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小水泥厂PLC系统控制.docx
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小水泥厂成品包装车间
PLC
控制系统设计
1
绪论
1.1
我国建材工业状况
建材工业是我国经济建设的先行工业之一,也是我国“十五”规划中被列发展循环经济的重
点行业之一。国家在“九五”计划和 2015 年远景规划中,将建材和建筑列在一起,作为国
家的支柱产业。我国是水泥生产大国,水泥产量已连续 19 年居世界第一位,据不完全统计,
2004
年我国新建投产新型干法水泥生产线
104
条,其中代表世界最先进、最大规模的
10000t/d 生产线 4 条,使全国的新型干法水泥生产线达到 404 条,因此,我国水泥工来
已经处于领导衔世界水泥工来的霸主地位。
1.2
设计任务范围
水泥是国民生产的重要原料,水泥生产过程也涉及工业生产过程的许多领域。出水泥有两种
形式:包装和散装。袋装水泥具有装、卸、运,易于堆垛和储存,不同品种、等级的水泥易
于标记,可分类存放和便于计量等优点。包装机自动实现包装袋的压紧、灌装、松开、关闭
和掉袋等功能,本课题的设计范围主要是针对于小型水泥厂的包装系统,利用三级给料间歇
式自动定量包装,在整个包装系统中加入了计数器,然后通过 PLC 把得到的这个计数值和
设定值相比较,以实现自动控制。此外,我们还在系统中引入了称重传感器,在定量包装系
统中应用了单片机实现重量的自动检测与控制,这样在很大程度上提高了系统的包装速度和
精度,从而降低了企业和客户的经济损失。,
1.3
工艺流程
水泥生产制造过程中,按照主要的生产阶段可分生料制备系统、孰料烧成系统和水泥制成包
装系统。水泥包装系统专题涉及了包装的计量、变频调速、电子称等方面。
1.4
三级给料及
PLC
控制的优点
所谓三级供料即:称量每单位包装的重量叫单位包装重量,第一级供料占单位包装重量的
60%,第二级供料占 35%,第三级供料占 5%;另有其它理解方式:省去一半的粗细两级
供料;化大袋称重问题为小袋称重解决,简称“化整为零”。可见在同样周期内三级供料要
比两级供料精确。由一,我们选用的三级供料即,第一级是 60%,第二级是 35%,第三级
是 5%,是目前普遍使用的二级供料的升级版,比如定量包装 100
斤采用二级供料的平均
误差是 0.3%,采用三级供料相当于 100 斤省去一半的二级供料的平均误差就是 0.15%,
精度高了一倍;理由二,三级供料可以实现多种状态下、及条件下的包装称重稳定准确,比
如:供料的足与不足、料的比重大小变化、粉状的、粒状的,不规则状的,都可以通过三级
供料实现较准确称重;二级供料实际上只有料流均匀时准,是一种巧合称重;理由三,料流
及落差越小,越容易控制,采用三级供料最后的料流明显小于二级供料的料流,所以容易得
到称重稳定和能耗节省;理由四,料流速度越快,称重的效率就越高,在连续称重工作中,
三级供料就是要求有最快的和不停止的流料速度,这也是人们以往实现不了三级供料原因之
一;理由五,稳、准、快、省基本统一是有一种升级秤技术为基础的,因为一种升级秤技术
还没有授权,请原谅我在我们没有合作意向时暂不公开;理由六,我们认为一台机械的最大
价值就是像电动车一样,要节省使用成本,它基本包括耗能成本、维修成本、寿命成本、及
用人成本。用 PLC 控制水泥包装机有如下优点:1)抗干扰性能十分优良,而且 PLC 具有 I/O
点状态同步显示,可以直观地判断 PLC 所有外部电气部件的运行状态以及能汉显报警和故
障信息,极大地缩短了平均维修时间
2)系统构成灵活,扩展容易,通讯能力强
3)PLC
指令
丰富功能强大,但编程与操作十分简单,开发周期短,现场调试容易,如称重设定值、推包
前后延迟时间等都可通过中文显示器在线调试;而且日后维护、修改程序甚至扩展等都极易
被现场技术人员掌握。4)体积小,重量轻,安装简便(可嵌入式或壁挂式);实时性好,准确
度高,称重精度可达 50±0.2kg。
2
系统设计
2.1
系统设计的目的和目标
在 20 世纪 90 年代到本世纪初,机电一体化技术尤其是 PLC 技术在我国水泥装备的制造和
应用开发方面得到了快速发展和技术水平的迅速提升。袋装水泥全自动包装发运是达到高装
车能力的唯一办法,包装机和自动叠包机为发运系统的畅通形成了一个重要的中间链条。本
系统设计可以答到如下要求:①计数准确、可靠 水泥包装计数值有水泥单袋 50kg 和发运
装车是否准确两层意思。水泥单袋国家标准重量为 50kg±0.4kg,其计数值准确与否,由
专门的水泥包装机连续计量分装。②随时响应发货人要求的水泥袋数
③不影响原有设备的
运转前提下保证装车连续。
2.2
三级给料控制定量包装的设计
三级给料控制的定量包装,结构简单,可广泛应用于流动性不好的的粉粒状物料的定量包装,
目前该种方式在国内包装秤中很少应用,具有一定的市场开拓空间。为保证控制系统精度和
速度,过去用于成品包装的定量包装秤给料装置,大多采用直落式给料、双螺旋给料或双振
动给料等方式。定量开始后,大小给料机同时工作,当物料重量达到大给料设定值时停止大
给料,并继续保持小给料,当物料重量达到最终设定值时,关闭小给料。由于水泥具有较差
的流动性以及螺旋给料或振动给料机械具有的惯性,再加上物料输送的不均匀,定量包装秤
的动态精度很难稳定控制。基于上述问题,我们研究水泥的特性,采用变频器三级控制的方
式,将双螺旋给料或双振动改为单皮带给料,这样不仅降低设备的生产成本,而且又能保证
成品的完整型。
⑴结构组成
目前,国内外生产的自动定量包装秤,按计量斗形式主要分为有斗式和无斗式;按重量形式
主要分为净重式和毛重式,但大都采用模块化设计思路。设计的样机采用无斗式毛重进行称
量,主要由储料仓、皮带给料机、过渡器、截料装置、称重单元、夹袋装置、气动部分、缝
包部分、成品输送部分以及电气控制单元等组成。其结构组成如图
1 所示:
⑵主要技术指标
设备的最大秤量为 25~100kg;称量速度为 6~10 袋/分;称量精度为±0.5%~±1.0%;
平均功耗约为 5kw。
⑶皮带给料机
给料部分形式较多,通常有直落式、螺旋给料、刮刀式、振动式和皮带给料等,根据物料的
不同可选择不同的方式,这一部分选择是否合适直接影响到定量包装秤的速度和精度。由于
饲料行业工艺的特殊性,为克服采用漏斗式易堵料、螺旋或刮刀易使物料破碎、振动给料粉
尘污染严重等问题,为此,在该设备中我们选用皮带给料的方式。
⑷称重单元
称重部分主要由称重斗、称重传感器、称重显示控制器等组成,能够完成物料的准确计量,
并能发送控制系统所需的控制信号:超、欠量信号,预置提前量信号、提前量信号、目标值
信号、4~20mA 模拟量信号及标准的 RS232/485 信号。
⑸夹带接料斗
夹带部分为圆形,可保证夹袋后的密封性,并流有排气口,使袋内的粉尘及空气及时排出,
该部分主要依靠气动执行元件完成其各项动作
2.3
三级给料包装工作原理
⑴控制单元主要由计量控制仪表、可编程控制器和变频器等组成,将设备置于自动工作状态,
开启自动按钮,启动皮带给料机进行进行一级给料,当达到预置提前量时,称重单元发出信
号,变频器切换到二级给料方式;当达到提前量时,称重单元发出信号,变频器切换到三级
给料方式,当达到设定目标值时,截料斗关闭,松袋,套袋,系统自动切换到工频状态进行
下一循环。其工作原理图如下图 2 所示:
三级供料用于无斗包装秤供料过程示意图(吨袋包装秤依次类推)
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