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基于PLC、称重模块、触摸屏的工业配料自动控制.doc
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基于PLC、称重模块、触摸屏的工业配料自动控制.doc
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I
摘 要
自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料(固体或液体)进行输送、配比、
加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、
建材、食品、饲料加工等行业。本文介绍了一种基于西门子和新型称重配料控
制器的技术特性。根据西门子和称重仪表作为控制器以完成控
制过程。液体灌装配料系统主要由称重仪表和四通道灌装设备构
成。通过对称重仪表清零和标定等参数的设置,来完成相应的设置质量的精确称重。
设置校准标定值为允许误差范围在以内。系统采用慢喂阀和快喂阀两种
方式添加原料,是为了达到高速、准确的目的。在设计本系统过程中考虑了可能影
响系统误差诸多因素,如液体在空中停留的时间即空中飞料时间、影响水流速快慢
的压力大小即蓄水池液位等。为了进一步减小误差,我们可以通过设置空中飞料时
间来调整,设置空中飞料时间为。当称重结束时,完成称重,开始放料。当称重
仪表称的桶中液体质量为零时,此时放料结束,完成一次原料称重。整个过程可以
通过触摸屏设置并观测。把水、水泥、砂、碎石分别在四个通道称重,当且仅当四
个通道放料阀都处于复位状态时,搅拌电机开始工作,原料进行搅拌,完成一个工
业配料的实际应用——混凝土搅拌自动控制系统。基于、称重仪表、触摸屏的
工业配料自动控制,可在材料精确、快速称重的生产行业进行应用。
关键词:;称重仪表;人机界面;工业配料。
II
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III
目 录
第一章 绪论.................................................................................................................................................1
1.1 课题的提出..............................................................................................................................................1
**工业配料自动控制系统设计的提出*************************************************
**课题设计的目的和意义*****************************************************************
本文介绍了一种基于西门子 和新型称重配料控制器 的四通道灌装
设备自动控制系统。系统实现称重仪表的称重,将信号传递给控制器即西门子 (
,由程序控制阀门动作,达到精准快速称重的目的。可以用在四通道灌装
原料的定量称重。精确度高,误差范围 。通过触摸屏可以检测整个工业配料过
程,对于高自动控制,工作环境特别差的条件下的精确称重。****************************
1.2 工业配料技术的前景..............................................................................................................................2
1.3 课题设计的主要内容..............................................................................................................................2
*6*系统实现原理******************************************************************************
*6*硬件电路的实现***************************************************************************
*6*6软件程序的编制***************************************************************************
*6*7误差分析************************************************************************************
1.4 课题设计的基本要和技术参数..............................................................................................................2
*7*课题设计的基本要求********************************************************************
*7*系统的主要技术参数********************************************************************6
第二章 系统设计实现方案与原理.............................................................................................................3
2.1 引言..........................................................................................................................................................3
2.2 系统的设计方案及 PLC 选型.................................................................................................................3
**设计方案论证******************************************************************************6
** 选型方案论证***********************************************************************
在可编程逻辑控制器系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是可编
程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。
可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成
一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领
域有投运业绩、成熟可靠的系统,可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能
应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语
言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特
点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,
估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特
性等,最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。***
*输入输出(89)点数的估算***************************************************************
89 点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加
:~:的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。实际订货时,还需根据
制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点,对输入输出点数进行圆整。所需地址分配
如下表 所示。*******************************************************************************************
IV
表 输入输出地址分配表********************************************************************;
如上表所示,基于 、称重仪表、触摸屏的工业配料自动控制系统需要输入
点 个,输出点 个。*****************************************************************************;
*存储器容量的估算*****************************************************************************;
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存
储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计
阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程
序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容
量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了
不同公式,大体上都是按数字量 89 点数的 ~ 倍,加上模拟 89 点数的
倍,以此数为内存的总字数(; 位为一个字),另外再按此数的 :考虑余量。;
6*控制功能的选择********************************************************************************;
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度
等特性的选择。*******************************************************************************************;
( ) 运算功能************************************************************************************;
简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通可编
程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代
数运算、数据传送等;大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的 运算和其他高级
运算功能。随着开放系统的出现,目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能,
有些产品具有与下位机的通信,有些产品具有与同位机或上位机的通信,有些产品
还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出
发,合理选用所需的运算功能。大多数应用场合,只需要逻辑运算和计时计数功
能,有些应用需要数据传送和比较,当用于模拟量检测和控制时,才使用代数运
算,数值转换和 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。******************;
( ) 控制功能************************************************************************************
控制功能包括 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等,应根据控
制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用
单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完
成所需的控制功能,提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采
用 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、"( 码转换单元等。*****
(6 ) 通信功能************************************************************************************
大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如 +8
),需要时应能与工厂管理网( +8)相连接。通信协议应符合 (98<<< 通
信标准,应是开放的通信网络。*********************************************************************
可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、=9 通信口、
常用 ( 接口等;大中型可编程逻辑控制器通信总线(含接口设备和电缆)应 :
冗余配置,通信总线应符合国际标准,通信距离应满足装置实际要求。*************
可编程逻辑控制器系统的通信网络中,上级的网络通信速率应大于 #',
通信负荷不大于 ;:。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形
式:***********************************************************************************************************
> 为主站,多台同型号可编程逻辑控制器为从站,组成简易可编程逻辑控
制器网络;*************************************************************************************************
#> 台可编程逻辑控制器为主站,其他同型号可编程逻辑控制器为从站,构成
主从式可编程逻辑控制器网络;*********************************************************************
V
>可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型 ( 中作为 ( 的子
网;***********************************************************************************************************
>专用可编程逻辑控制器网络(各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网
络)。 为减轻 ? 通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功
能的(如点对点、现场总线、)通信处理器。**************************************************
7*编程功能*****************************************************************************************
离线编程方式:可编程逻辑控制器和编程器公用一个 ?,编程器在编程模式
时,? 只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换
到运行模式,? 对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可降低系统
成本,但使用和调试不方便。在线编程方式:? 和编程器有各自的 ?,主机
? 负责现场控制,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,编程器把在线编
制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。这种
方式成本较高,但系统调试和操作方便,在大中型可编程逻辑控制器中常采用。五
种标准化编程语言:顺序功能图((@)、梯形图( )、功能模块图( @)
三种图形化语言和语句表()、结构文本( (+)两种文本语言。选用的编程语言
应遵守其标准(<;66),同时,还应支持多种语言编程形式,如
等,以满足特殊控制场合的控制要求。***********************************************************
*诊断功能*****************************************************************************************
可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻
辑判断确定硬件的故障位置,软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 内部的
性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对可编程逻辑控制器的 ? 与外部输入输
出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱,
直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。******************
;*处理速度*****************************************************************************************A
*可编程逻辑控制器的类型*******************************************************************A
可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装
和控制室安装两类;按 ? 字长分为 位、7 位、A 位、; 位、6 位、;7 位等。
从应用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型可编程逻辑控制
器的 89 点数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统;模块型可编程
逻辑控制器提供多种 89 卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的
89 点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。********************************A
根据实验设备及用户经验,我们选择西门子小型 作为主控制器。具体型号
如 (B? 一览表(图 )所示。***************************************************A
图 (B? 一览表***************************************************************C
**6( 的特征*********************************************************************C
*体积小尺寸D;EAE; 由于其紧凑的设计( 可以适合于任
何机器控制环境。****************************************************************************************C
**7( 的主要组成部件***************************************************************C
**原理分析**********************************************************************************
2.3 本章小结................................................................................................................................................11
第三章 自动配料系统硬件设计...............................................................................................................11
3.1 引言........................................................................................................................................................11
3.2 自动配料系统简介................................................................................................................................12
6**自动配料系统的特点******************************************************************
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