PAGEPAGE28畢業(yè)設計（論文）基于PLC控制的自動配料系統(tǒng)設計BasedonthePLCcontrolautomaticbatchingsystemdesign班級學生姓名學號指導教師職稱講師導師單位徐州工業(yè)職業(yè)技術學院論文提交日期

摘要隨著工廠企業(yè)規(guī)模的不斷擴大和發(fā)展，自動配料控制系統(tǒng)經(jīng)歷了長足的發(fā)展。配料生產(chǎn)系統(tǒng)是一種將多種原料按照一定比例混合在一起，進行加工生產(chǎn)出某種產(chǎn)品的過程。其中，配料是生產(chǎn)中必不可少的關鍵環(huán)節(jié)，配料的精確與否對產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的影響。隨著信息技術和自動控制技術的不斷發(fā)展，新一代的配料控制系統(tǒng)必將朝著信息化和智能化的方向發(fā)展。本文主要研究了一種以可編程控制器(PLC)為核心的自動配料控制系統(tǒng)，完成了一種具有性價比較高、可推廣應用的自動配料控制系統(tǒng)。PLC因為其功能強大、容易使用、可靠性高等特點，常常被用作現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設備的控制。文中首先對自動配料系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應用前景進行了論述，在傳統(tǒng)配料系統(tǒng)的基礎上，提出了系統(tǒng)的總體設計方案和基本組成結構，井對系統(tǒng)的相關設備，如配料電子秤的結構和控制原理，技術參數(shù)等進行了介紹。然后，論文給出了配料控制系統(tǒng)電氣控制部分的主要組成及采用PLC實現(xiàn)現(xiàn)場配料設備動力協(xié)調(diào)控制的方法，從而使該配料系統(tǒng)可以按要求自動完成下料、稱量、配料全過程，井給出了配料控制系統(tǒng)各部分的控制流程。在實際運行中達到了預期的效果，對其它控制系統(tǒng)中亦有很好的借鑒和參考價值。關鍵詞：可編程控制器；自動配料；控制；電子秤AbstractAlongwiththeenterprisescaleexpansionanddevelopment,automaticbatchingcontrolsystemhasundergoneconsiderabledevelopmentBatchingproductionsystemisasysteminwhichavarietyofrawmaterialsaccordingtoacertainproportionaremixedtogether,forprocessingtoproduceaproductoftheprocessAmongthem,theingredientsareindispensableintheproductionofkeyingredients,accurateproductqualityhasimportantinfluenceWiththedevelopmentofinformationtechnologyandthedevelopmentofautomaticcontroltechnology,anewgenerationofbatchingcontrolsystemwilltowardsinformationandintellectualization.

Inthispaperaprogrammablecontroller(PLC)asthecoreoftheautomaticbatchingcontrolsystem,completewithahighercost,theapplicationofautomaticblendingcontrolsystemPLCbecauseofitspowerful,easytouse,highreliability,isoftenusedasthefielddatagatheringandtheequipmentcontrol.

Inthispaper,automaticbatchingsystemdevelopmentpresentsituation,applicationprospectsarediscussedinthispaper,thetraditionalingredientsonthebasisofthesystem,presentstheoveralldesignofthesystemandthebasicstructureofthesystem,andtherelatedequipment,suchaselectronicproportioningscalestructureandcontrolprinciple,technicalparameterswereintroducedThenthepapergivesthebatchingcontrolsystemelectricalcontrolpartofthemaincompositionandtheuseofPLCrealizefieldbatchingequipmentdynamiccoordinatedcontrolmethods,therebyenablingtheproportioningsystemcanworkautomaticallyaccordingtothedemandfeeding,weighing,batchingprocess,wellpresentedbatchingcontrolsystempartofthecontrolprocessIntheactualoperation,toachievethedesiredresults,forothercontrolsystemalsohastheverygoodreferencevalue.Keywords:PLC；Automaticbatching；Control；Electronicscale目錄第1章緒論1.1課題研究的背景1.2本次設計的主要內(nèi)容第2章可編程控制器2.1可編程控制器的定義2.2可編程控制器的特點2.3PLC的基本結構2.4PLC的工作原理第3章自動配料系統(tǒng)的硬件電路設計3.1自動配料系統(tǒng)的組成3.2自動配料電子秤的選擇3.3稱重顯示器介紹3.4變頻器選用3.5給料設備第4章自動配料系統(tǒng)的軟件程序的設計4.1系統(tǒng)的總體設計4.2GX-Developer軟件的介紹4.3自動配料系統(tǒng)總體流程圖4.4自動配料系統(tǒng)分部分設計第5章總結參考文獻致謝第1章緒論1.1課題研究的背景自動配料系統(tǒng)在冶金、建材、化工及食品等行業(yè)應用非常廣泛，近幾年來隨著計算機技術和PLC技術的飛速發(fā)展，國內(nèi)外的組態(tài)軟件不斷完善，自動配料系統(tǒng)控制方案也在不斷改進。由于PLC的迅猛發(fā)展，實現(xiàn)了工業(yè)控制領域的飛躍，其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，在各個領域發(fā)揮著越來越大的作用。除了邏輯處理功能以外，近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC從邏輯控制滲透到了生產(chǎn)過程控制、運動控制等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。1.2本次設計的主要內(nèi)容自動配料控制系統(tǒng)可以按照預先設定的物料配比，控制各輸入物料的瞬時流量，從而達到準確控制各種物料的配比比例，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的目的，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化和智能化、企業(yè)的科學管理、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術手段。本論文主要完成了以下工作：對自動配料系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應用前景進行了論述，在對傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)進行研究的基礎上，提出了自動配料控制系統(tǒng)的總體結構設計方案和基本組成，并對配料電子秤的結構、性能、控制原理，技術參數(shù)等以及系統(tǒng)的其它相關設備進行了介紹。其次，給出了自動配料控制系統(tǒng)電氣控制部分的主要組成及采用PLC實現(xiàn)現(xiàn)場配料設備動力協(xié)調(diào)控制的方法，在此基礎上，根據(jù)自動配料控制系統(tǒng)的要求對PLC系統(tǒng)進行選型，硬件配置、軟件設計等，從而使該配料系統(tǒng)可以按要求自動完成下料、稱量、配料全過程，并給出了配料控制系統(tǒng)各部分的控制流程。第2章可編程控制器2.1可編程控制器的定義可編程控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）是將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、現(xiàn)代的微電子技術、計算機技術和通信技術融為一體的自動化控制設備。2.2可編程控制器的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強PLC在設計與制造過程中，考慮了工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾、電源波動、機械振動、溫度和濕度變化等因素的影響，在設備硬件上采用了隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，主要模塊采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，I/O電路設計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施，所有這些使PLC具備了很強的抗干擾能力。特別是大量的開關動作由無觸點的電子存儲器完成，大部分繼電器和繁雜的硬件接線被軟件程序所取代，故其可靠性大大提高。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施硬件方面采取的主要措施有：①隔離——PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種光電隔離措施使外部電路與PLC內(nèi)部之間完全避免了電的聯(lián)系，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響，還可防止外部強電竄入內(nèi)部CPU；②濾波——在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號；③在PLC內(nèi)部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，防止干擾信號通過供電電源進入PLC內(nèi)部，另外各個輸入輸出(I／O)接口電路的電源彼此獨立，以避免電源之間的互相干擾；④內(nèi)部設置連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障，立即報警；⑤外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結構，以適應惡劣的工作環(huán)境。在軟件方面采取的主要措施有①設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障進行檢測與診斷，發(fā)現(xiàn)出錯后，立即自動做出相應的處理，如報警、保護數(shù)據(jù)和封鎖輸出等；②對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備，以保障停電后有關狀態(tài)及信息不會因此而丟失。采用以上抗干擾措施后，一般PLC的抗電平干擾強度可達峰值1000V，脈寬10us，其平均無故障時間可高達30—50萬小時以上。（2）通用性強，使用方便PLC具有功能齊備的各種硬件配置，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。用戶硬件確定之后，若生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新，也不必改變PLC的硬件設備，只需改編程序就可以滿足控制要求。（3）功能強，適應面廣目前PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有A／D、D／A轉換、算術運算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，又可以控制一個機群、多條生產(chǎn)線；既可以現(xiàn)場控制又可以遠程控制。（4）編程簡單，容易掌握PLC程序的編制，一般都采用繼電控制形式的梯形圖編程語言。梯形圖編程語言既繼承了傳統(tǒng)控制線路的形象直觀，又兼顧大多數(shù)企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。（5）體積小，重量輕，功耗低由于PLC采用半導體大規(guī)模集成電路，因此整個產(chǎn)品結構緊湊、體積小、重量輕、功耗低，以三菱FXON一24M型PLC為例，其外形尺寸僅為130mmx90mmX87mm，重量只有600g，功耗小于50W。所以，PLC很容易裝入機械設備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電—體化的理想的控制設備2.3PLC的基本結構可編程控制器一般由微處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入/輸出接口（I/O接口）、編程器及電源等部分組成。（1）微處理器（CPU）CPU是PLC的運算控制中心，PLC在CPU的控制下，協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作，執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。進行信息和數(shù)據(jù)的邏輯處理，產(chǎn)生相應的內(nèi)部控制信號，實現(xiàn)對現(xiàn)場各個設備的控制。（2）存儲器PLC的存儲器分系統(tǒng)存儲器（ROM）和用戶存儲器（RAM）。系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能訪問和更改：用戶存儲器用來存放用戶編制的應用程序和工作數(shù)據(jù)，其內(nèi)容可以用戶人一更改。（3）輸入輸出接口輸入輸出接口是PLC和工業(yè)現(xiàn)場輸入輸出設備連接的部分。2.4PLC的工作原理PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停地分階段處理各種不同的任務，如圖3.1所示。這種周而復始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。圖3.1掃描過程讀取輸入在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。CPU以字節(jié)為單位來讀取輸入/輸出過程映像寄存器。在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入電路的1/0狀態(tài)讀入輸入過程映像寄存器。外接的輸入電路閉合時，對應的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入電路斷開時，對應的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入點的常開觸點斷開，常閉觸點接通。執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到相應的映像寄存器中，因此，各映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實際的I/O點，這樣做有以下好處：（1）程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。（2）用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。通信處理在通信請求處理階段，CPU處理從通信接口和智能塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當?shù)臅r候信息傳送給通信請求方。CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出點的線圈“斷電”，對應的輸出過程映像寄存器中存放的二進制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。當CPU的工作模式從RUN變?yōu)镾TOP時，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當時的狀態(tài)。定時器定時器相當于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器。S7—200有三種定時器，它們的時基增量分別為1ms、10ms、100ms。定時器的當前值寄存器是16位有符號整數(shù)，用于存儲定時器累計的時基增量值(1～32767)自動配料系統(tǒng)的硬件電路設計3.1自動配料系統(tǒng)的組成一般的自動配料系統(tǒng)由以下幾部分組成:(1)給料部分給料部分是從料倉(或儲罐)向稱重設備中加料的執(zhí)行機構根據(jù)物料的不同特性,選用不同的給料設備,如電磁振動給料機、螺旋給料機、單(雙)速電磁閥等。(2)稱量部分稱量部分由傳感器、標準連接件、接線盒和稱量斗組成,與稱量儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。(3)排料設備排料可以是稱重設備(減量法)或排放設備(增量法、零位法)。通常由排空閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電(氣)動閥門等組成。所有設備均應根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進行設計和選擇。(4)控制系統(tǒng)配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、上位工控機、可編程控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng)中,也可以采用工業(yè)計算機(IPC)加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進行配料的控制。(5)校秤系統(tǒng)配料系統(tǒng)傳感器應定期進行調(diào)校,以保證系統(tǒng)配料精度。3.2自動配料電子秤的選擇在氧化鋁生產(chǎn)過程中,常用稱量方式有進料式稱量和卸料式稱量2種。進料式稱量有2種實現(xiàn)方法,第1種方式稱為零位法，即在稱量開始時通過給料設備向稱量料斗內(nèi)給料,在稱量值達到設定值時停止給料，然后打開閘門將料卸出,再從零位重新稱量下一物料;第2種方式稱為增量法，即稱量料斗接收、稱量好一種物料后,不排空料斗,而是只將電子秤內(nèi)部計數(shù)值清零,再接收另一物料顯然,零位法的稱量精度比增量法的稱量精度高。采用進料式稱量,當給料設備停止給料后,還將有一部分物料在空中以自由落體的方式落入稱量料斗,這些余料稱為落差。因為有落差的影響,增量法稱量物料重量的設定值應為要配制的物料標準重量減去落差值。而在氧化鋁生產(chǎn)工業(yè)中，因為所配物料均為固體，又給料機放料后，在皮帶稱上直接稱量其數(shù)值。在進料式稱量中,由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不凈,從而產(chǎn)生稱量誤差。卸料式稱量只稱量從料斗中取走的物料量并顯示其重量,不存在卸料干凈與否的問題,因而該方式特別適合于稱量難稱的物料,如易粘附的物料等,其缺點是設備比較復雜,需要同時有給料裝置和卸料裝置,要求車間高度較高,并且由于稱量料斗內(nèi)的物料重量值總是高于需要配制的物料的重量值,從而導致傳感器量程增大,造成稱量精度降低。因而一般情況下卸料式稱量的精度比進料式稱量的精度低。1.稱重元件設計（1）電子秤以自動秤量方式將散狀物料按預定的配比進行秤量，該秤可控制物料的秤量、卸料。當飼料到規(guī)定的數(shù)值時，指針移到相應的接近開關處，使電子秤動作，再執(zhí)行下一步飼料的送料和秤重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。電子秤由秤體、稱重傳感器和放料門組成。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該鋼制彈性體具有較強的抗過載能力和較長的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下高準確度配料的技術要求。稱重儀表性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，功耗低、可靠性高，而且具有遠程數(shù)據(jù)通訊功能、設定預置功能及落差補償功能，可實現(xiàn)準確、高速動態(tài)采樣。其最大載荷可達250KG/M。它的輸出信號驅動其微型輸出繼電器，以開關量形式將信號送入PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設定稱量值等功能。（2）皮帶稱的工作原理：物料通過給料設備送至配料皮帶秤，秤體中的稱重傳感器和測速傳感器將稱重和速度信號送至皮帶秤儀表，皮帶秤儀表顯示輸送物料的瞬時流量、累計量等數(shù)據(jù)，同時將瞬時流量以4～20mA模擬電流形式送往PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)測量值與設定值的偏差，通過變頻器去調(diào)整皮帶秤驅動電機的轉速，使之精確地以用戶設定的給料流量給料，達到恒定物料瞬時流量的目的。適用該工作模式的工藝現(xiàn)場必須滿足這樣一個前提條件，那就是物料給出量必須與給料控制電機的轉速成正比。圖1皮帶稱結構皮帶秤儀表將測量到的瞬時流量轉化為兩個4～20mA模擬輸出信號，一個作為PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入與調(diào)節(jié)器機內(nèi)設定植比較參與反饋運算，另一個作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入乘前饋放大系數(shù)，然后再與反饋運算輸出相加輸出4～20mA模擬調(diào)節(jié)信號控制變頻器的頻率從而及時改變電機的轉速。單回路前饋-反饋復合控制系統(tǒng)較為實用可行的。圖2原理圖2.測速元件的設計這里采用變頻器進行調(diào)速。（1）變頻調(diào)速基本原理：

三相異步電動機的轉速公式為:n=n1(1-s)=60f(1-s)/p(1)

式中:n—電機的轉速，r/minn1—同步轉速，r/minp—磁極對數(shù)s—轉差率，%f—頻率，Hz由轉速公式（1）可知,我們可以通過改變極對數(shù)、轉差率和頻率的方法實現(xiàn)對異步電機的調(diào)速。前兩種方法轉差損耗大，效率低，對電機特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實現(xiàn)電機調(diào)速的。在調(diào)速的整個過程中，從高速到低速可以保持有限的轉差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬(10%～100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%～30%。實際上僅僅改變電動機的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因為由異步電機的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即：U∝E=C1fΦ（2）式（2）中，C1為常數(shù)，因此有：Φ∝E/f≈U/f（3）若外加電壓不變，則磁通Φ隨頻率而改變，如頻率f下降，磁通Φ會增加，造成磁路過飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電機產(chǎn)生最大轉矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速(VVVF)，簡稱變頻調(diào)速。

從結構上看，靜止變頻調(diào)速裝置可分為交-直-交變頻、交-交變頻兩種方式。前者適用于高速小容量電機，后者適用于低速大容量拖動系統(tǒng)。只要設法改變?nèi)嘟涣麟妱訖C的供電頻率f,就可以十分方便地改變電機的轉速n,比改變極對數(shù)p和轉差率s兩個參數(shù)簡單得多。（2）變頻器的構成異步電機的變頻調(diào)速是通過變頻器實現(xiàn)的。變頻器一般由整流器、濾波器、驅動電路、保護電路以及控制器(MCU/DSP)等部分組成。圖3給出了PWM型交-直-交變頻器的控制原理框圖。3.3稱重顯示器介紹由圖2可知，這是一個VVVF變頻調(diào)速系統(tǒng)。首先是將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U/f的協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除與抑制低次諧波，使負載電機在近似正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈動小，調(diào)速范圍寬。近年來，帶驅動和保護電路的各種智能功率模塊(IPM)也相繼應用在變頻系統(tǒng)中。IPM模塊是將三相逆變IGBT、驅動電路以及保護電路集成在一塊芯片上，它的出現(xiàn)推動了變頻家電市場的啟動和發(fā)展。新型IPM模塊甚至將開關電源也設計在模塊內(nèi)，更加方便用戶使用，用戶只需要了解接口電路和定義，很快便可以組成并運行系統(tǒng)，從而大大加快了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。為了提高配料精度，給料方式采用快、慢速給料。當料斗中料重小于設定比例的時，配料皮帶電機在變頻器調(diào)節(jié)下，轉速大于額定轉速，即快速給料；在料斗中料重大于設定比例時，配料皮帶電機在變頻器調(diào)節(jié)下，電機轉速低于額定轉速，即慢速給料；3.3稱重顯示器介紹稱重顯示控制器用來顯示通過配料皮帶秤的物料重量。本系統(tǒng)中選用XK3132型稱重顯示控制器，是ICS-SXF系列電子皮帶配料秤的配套儀表。具有自動稱量、鍵控調(diào)零、自動調(diào)零（零點自動跟蹤）、實物標定、掛碼標定、實物檢驗、掛碼檢驗、PID控制及連鎖控制等功能。XK3132型稱重顯示控制器具有八位累計量顯示、四維流量顯示、4~20mAPID控制輸出信號、4~20mA流量信號輸出、噸脈沖信號輸出、以太網(wǎng)接口、4路開關量輸入、2路開關量輸出等接口。產(chǎn)品的以太網(wǎng)接口能很方便的與多臺儀表和計算機構成一個完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)強大的配料和管理功能，特別是能實現(xiàn)運程監(jiān)控和運程維護功能。2.3.1稱重顯示器顯示面板說明儀表面板主要由累計量顯示器、流量顯示器、指示燈、按鍵組成。（1）累計量顯示器累計量顯示器由八位數(shù)碼管組成，通常顯示累計量，累計量的分度值（小數(shù)點的位置）可設置。在鍵控調(diào)零狀態(tài)下，該顯示器顯示零點值；在標定狀態(tài)下，該顯示器顯示量程系數(shù)或累計示值；在鍵盤輸入時，顯示輸入的數(shù)字；在參數(shù)狀態(tài)下，顯示參數(shù)值。累計量顯示器還可以顯示報警時的故障號。（2）流量顯示器流量顯示器由四位數(shù)碼管組成，通常顯示皮帶秤的瞬時流量。在參數(shù)狀態(tài)下，顯示參數(shù)號；在鍵控調(diào)零狀態(tài)下，該顯示器顯示倒計時或調(diào)零狀態(tài)；在標定狀態(tài)下，該顯示器顯示倒計時或標定狀態(tài)；在故障狀態(tài)下，顯示HELP。（3）指示燈說明稱量指示燈：a.紅、綠燈交替閃爍表示停機；b.綠燈亮表示正常運行；調(diào)零指示燈：燈亮表示儀表正處于調(diào)零狀態(tài)；掛碼指示燈：燈亮表示儀表處于掛碼校驗狀態(tài)；實物指示燈：燈亮表示儀表處于實物標定狀態(tài)；PID指示燈：燈亮表示儀表處于自動控制輸出狀態(tài)；燈滅表示儀表處于手動控制輸出狀態(tài)；故障指示燈：燈亮表示儀表故障；鎖鍵指示燈：燈亮表示儀表處于鎖定狀態(tài)，按鍵不響應；參數(shù)指示燈：燈亮表示儀表處于參數(shù)查詢或修改狀態(tài)；（4）鍵盤鍵盤由10個數(shù)字鍵、6個功能鍵、上下移動鍵、鎖鍵和確認鍵組成。6個功能鍵分別是：調(diào)零、掛碼。實物、參數(shù)+、參數(shù)-。2.3.2主要技術參數(shù)工作電源：電壓187-242V(AC)功率：25W重量信號輸入：a.數(shù)量：4路b.輸入信號范圍：0-10mVc.線性度：<0.03%FS速度信號輸入數(shù)量：2路模擬量輸入：2路開關量輸入：4路快關量輸出：a.4路b.無源干結點c.<DC36V或DC36V，電流<80mA儀表靈敏度：0.2Uv/d顯示分度值：1t、0.1t、0.01t、0.001t可選累計量顯示范圍：0-999999.99流量顯示范圍：0-9999.99計算分度值：0.1g環(huán)境要求：溫度0-40度濕度：<90%3.4變頻器選用變頻器VFD(Variable-frequencyDrive）是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機｝；作電源的頻率和幅值的方式來控制交流電動機的電力傳動裝置。它多數(shù)采用SPWM正弦脈寬調(diào)制方式，是電力電子與計算機控制相結合的裝置。2.4.1變頻器的基本結構主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型和電流型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將［頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。變頻器的結構圖如圖2一8所示：圖2—8變頻器的結構圖(1）整流器整流器與單相或三相交流電源相連接，將工頻電源變換為直流電源，也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，因此可以進行再生運轉。(2）中間電路 在經(jīng)過整流器整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也能使直流電壓變動。為了抑制這種電壓波動，采用電感或電容來吸收脈動電壓或電流。當裝置容量舉較小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以采用簡單的平波回路。中間電路有以下三種作用：

①使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定且平滑。

②通過開關電源為各個控制電路供電，產(chǎn)生脈動的直流電壓，以供變頻器使用。③可以配置濾波或制動裝置，以提高變頻器性能。

(3）逆變器

同整流器相反，逆變器是將固定的直流電壓轉換成可變電壓或頻率的交流電壓，將直流電能轉換為所要求頻率的交流電能，以所確定的時間使六個開關器件導通、關斷就可以得到三相交流輸出。

(4）控制電路

控制電路是給異步電動機供電的主電路提供控制信號的回路，且電壓和頻率是可調(diào)的。它主要由頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”，等組成。

控制電路將信號傳送給整流器、中間電路以及逆變器，同時也接受來自于這些設備的信號。其主要組成部分是：輸出驅動電路和操作控制電路。它的主要功能是：①利用信號來開關逆變器的半導體器件。

②提供操作變頻器的各種控制信號。

③監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護功能

其中，各組成部分的功能為：運算電路：是將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，以此來決定逆變器的輸出電壓和頻率；電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等；驅動電路：是指驅動主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導通或關斷；速度檢測電路：是以裝在電動機上的速度檢測器的信號為輸入速度信號，將之送入運算回路，根據(jù)指令和運算使得電動機按照指令速度運轉。保護電路：主要是用來檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常情況時，為了防止逆變器和異步電動機被損壞，而使逆變器停止上作或抑制電壓、電流值。

2.4.2西門子MM44O變頻器

在本系統(tǒng)中采用的是西門子公司的MM44O變頻器，用以從PLC得到信號，控制給料機的轉速。MM440變頻器是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。MM440變頻器由微處理器控制并采用了具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它具有很高的運行可靠性和功能多樣性，且可以根據(jù)需要選擇其脈沖寬度調(diào)制的開關頻率，因而降低了電動機運行的噪聲干擾，全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。

MM440變頻器具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅動裝置。由于MM440變頻器具有全而完善的控制功能在設置相關參數(shù)以后它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。因此，它既可用于單機驅動系統(tǒng)也可集成到自動化系統(tǒng)中。3.5給料設備2.5.1給料設備的定義給料設備是一種專門為配料皮帶送料的設備，它主要是通過控制調(diào)速電機的轉速來調(diào)節(jié)給料設備的給料速度。在恒速配料和雙調(diào)速配料這兩種方式中給料設備是一個獨立設備。

2.5.2給料設備的形式

給料設備有多種形式，例如螺旋給料機式、電磁振動給料機式、圓盤給料機式、密封葉輪給料機式等等。在實際工程中，要根據(jù)所配物料的特性來選擇適合的給料設備。對于富有粘性或含有少量水分的粒狀物料可以選擇圓盤給料機或電磁振動給料機；而對于干燥的細粉末狀物料可以選擇螺旋給料機或密封葉輪給料機。同時系統(tǒng)一般要求給料設備能夠接受4-20mA的標準信號，因此在選擇給料設備是要考慮系統(tǒng)能否滿足配料的需求。

2.5.3給料機的電氣控制

在本系統(tǒng)中用的給料機，可以通過變頻調(diào)速方式，來控制給料電機的轉速，從而控制給料機的給料速度。給料機的電氣控制圖如圖2-6配料秤電氣原理圖中所示，依次分別給出了給料機風扇主回路、給料機主控制回路、給料機／風扇啟停控制回路、給料機運行指示，分別對給料機進行控制。第4章自動配料系統(tǒng)的軟件程序設計4.1系統(tǒng)的總體設計自動配料控制系統(tǒng)是一個多輸入，多輸出，并且各條配料輸送生產(chǎn)線協(xié)調(diào)控制，對料位，流量等準確的進行檢測和調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。因此，這個控制系統(tǒng)由可編程控制器(PLC）與配料皮帶秤組成一個兩級計算機控制系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表，控制計算機，PLC，變頻器等設備。

在自動配料的生產(chǎn)工藝過程中，由配料皮帶秤完成對輸送物料進行計量。下位機采用PLC進行皮帶順序控制，同時還承擔對輸送設備，稱量系統(tǒng)的過程進行實時控制，并完成對系統(tǒng)的故障檢測，顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調(diào)節(jié)給料機的轉速的作用。上位機主要完成配料，料流計量控制，建立各種配料的配比，對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，統(tǒng)計打印等功能，系統(tǒng)中配料過程均由可編程控制器（PLC）和上位機（主機）實現(xiàn)兩級控制。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，通過上位機監(jiān)控軟件發(fā)送的料單設定出累計總流量和各種配料的配比參數(shù)，但是在實際的配料過程中總是存在著一定的偏差，為了使這種偏差最小化，在生產(chǎn)過程中將自動調(diào)節(jié)。配料系統(tǒng)控制原理圖如圖3-l所示：該調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)的控制要求比較設定值與從稱重顯示器傳送來的實際量之間的偏差e，即實時流量與給定流星相比較得到配料偏差，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)改變輸出信號，以控制變頻器對給料機輸送電機的速度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)定量給料。4.2GX-Developer軟件的介紹GX

Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、

ST及FB、Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能GX

Developer的特點：

1.

軟件的共通化

GX

Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。

此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。

2.

利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升

能夠將Excel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復制，粘貼，并有效利用。

3.

程序的標準化

(1)

標號編程

用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。

用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。

(2)

功能塊（以下，略稱作FB）

FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。

(3)

宏

只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。

4.

能夠簡單設定和其他站點的鏈接

由于連接對象的指定被圖形化而構筑成復雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設定。

5.

能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接

(1)

經(jīng)由串行通訊口

(2)

經(jīng)由USB

(3)

經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板

(4)

經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計算機插板

(5)

經(jīng)由CC-Link計算機插板

(6)

經(jīng)由Ethernet計算機插板

(7)

經(jīng)由CPU計算機插板

(8)

經(jīng)由AF計算機插板

6.

豐富的調(diào)試功能

(1)

由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。

(a)

沒有必要再和可編程控制器連接。

(b)

沒有必要制作條使用的順序程序。

(2)

在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。。

(3)

數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。4.3自動配料系統(tǒng)總體流程圖當系統(tǒng)上電后，PLC控制配料系統(tǒng)開始工作，首先系統(tǒng)向PLC發(fā)出配料指令，得到配料開始的指令后，PLC驅動變頻器進行配料，工控機讀取稱重的數(shù)據(jù)，判斷是否達到系統(tǒng)所要求的配料值，如果沒有，則繼續(xù)配料直到滿足系統(tǒng)預設的配料值為止：如果達到系統(tǒng)預設的配比值，則向PLC發(fā)出停止配料的指令，判斷配料是否結束，如果沒有，則進行下一項的配料過程。4