砂輪自動配料系統(tǒng)設(shè)計

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南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 作 者: 尹萬利 準(zhǔn)考證號：084914204062 教學(xué)點: 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)電一體化 題 目: 砂輪自動配料系統(tǒng)設(shè)計 侍壽永 副教授 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2016 年 5 月 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要 本課題綜合運用了可編程控制器PLC、變頻器技術(shù)和觸摸屏技術(shù)。能解決傳統(tǒng)人工稱重配料，帶來一系列問題，比如，粉塵大帶來的職業(yè)病，配方復(fù)雜變更麻煩，稱重不準(zhǔn)確而造成的質(zhì)量問題等。并且該控制裝置，適用不同種類的砂輪進(jìn)行配料。同時，系統(tǒng)擁有著操作簡單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點，從而大大的提高了生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的管理難度。 關(guān)鍵詞 PLC 自動稱重 砂輪配料 控制裝置 Title Design of grinding wheel automatic batching system Abstract This topic integrated use of the programmable controller PLC, frequency converter technology and touch screen technology. Can solve in weighing ingredients, bring a series of problems, for example, large dust of occupational disease, complex formula change trouble, weighing the quality problem caused by inaccurate and so on. And the control device, it is suitable for different kinds of grinding wheel for ingredients. At the same time, the system has the advantages of simple operation, convenient maintenance and high reliability, thus greatly improves the production efficiency, reduces the enterprise the management difficulty. Keywords PLC automatic weighing ingredients control of grinding wheel device 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第 3 頁 共 1 頁 目次 1 引言 1 1.1課題來源 1 1.2設(shè)計內(nèi)容 1 1.3設(shè)計意義 1 2. 砂輪配料系統(tǒng)總體設(shè)計方案 3 2.1設(shè)計思路 3 2.2設(shè)計方案 4 2.2.1硬件設(shè)計 4 2.2.2軟件設(shè)計 5 3.系統(tǒng)硬件設(shè)計及選擇 6 3.1工作原理 6 3.2主電路設(shè)計 6 3.3控制電路設(shè)計 8 3.3.1系統(tǒng)I/O分配 8 3.3.2控制電路設(shè)計 9 3.4系統(tǒng)元器件的選型 10 4.系統(tǒng)軟件設(shè)計 14 4.1工作流程 14 4.1.1手動模式 14 4.1.2自動模式 14 4.2系統(tǒng)各部分主要程序 15 4.2.1啟動程序 15 4.2.2計算程序 16 4.2.3送料皮帶程序 18 5.系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計 19 5.1新建項目 19 5.2 建立連接 19 5.3設(shè)置變量 20 5.4 界面設(shè)計 20 5.5 項目下載 23 6.系統(tǒng)調(diào)試與操作 24 6.1系統(tǒng)調(diào)試 24 6.2系統(tǒng)故障及解決 24 6.3系統(tǒng)操作說明 25 總結(jié)與展望 26 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第 0 頁 共 41 頁 附錄 參考程序 29 第 2 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 1 引言 1.1課題來源 在砂輪生產(chǎn)行業(yè)中，配料通常是將原材料按某種比例均勻混合在一起，用以形成一種新的材料，因此配料是砂輪生產(chǎn)的重要組成部分。在生產(chǎn)過程中，各種原料要嚴(yán)格按比例進(jìn)行均勻混合，就必須靠配料機(jī)械來完成。目前工廠一般使用兩種方法，第一種方法采用人工稱重，然后將成比例的各種原材料同時放入配料機(jī)中攪拌。另一種方法是自動稱重，自動攪拌。由于砂輪的很多原始材料為粉狀或顆粒人體容易吸入粉塵等雜物，導(dǎo)致職業(yè)病出現(xiàn)，增加了生產(chǎn)風(fēng)險和勞動力，人工配料時，成本，同時配料品種繁多，數(shù)量巨大，因此造成人工配料難以現(xiàn)場管理，很容易出現(xiàn)誤配，不但質(zhì)量難以保證，同時也增加了管理成本。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，所以要求采用準(zhǔn)確、可靠的自動配料系統(tǒng)。 1.2設(shè)計內(nèi)容 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容是通過自動化控制手段，讓砂輪的配料能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的配料比重進(jìn)行自動配料。工作過程無需人員參與，大大減少了人工配料的種種弊端。具體的設(shè)計內(nèi)容如下： 1、自動稱重檢測 系統(tǒng)通過各個料倉下的稱重傳感器來實時反應(yīng)各原料的變化量，然后系統(tǒng)來比對設(shè)置值與變化量，當(dāng)其值相等時，即完成了該料的放料過程。 2、變頻控制 控制裝置在整體各原料未出料比值高時，將會以比較高的頻率來帶動電機(jī)運行進(jìn)行出料，而當(dāng)某一原料的出料快接近系統(tǒng)設(shè)置值時，變頻器將降低頻率運行，以此來提高配料比重的精準(zhǔn)度。 3、信息顯示 控制裝置在觸摸屏上顯示系統(tǒng)的出料值、剩余料的重量以及超出報警等，實現(xiàn)人機(jī)交互通信能力，使得系統(tǒng)操作控制簡單。 1.3設(shè)計意義 隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對砂輪生產(chǎn)的品質(zhì)的要求越來越高，主要體現(xiàn)在，產(chǎn)品配料的準(zhǔn)確性上，這就使配料成為了整個生產(chǎn)過程至關(guān)重要的一部分，它的準(zhǔn)確性直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。通過該課題的設(shè)計，能實現(xiàn)以下幾個方面目的： 1、改善了砂輪生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，提高了配料的效率，改變了以往的稱重方式。 2、提高了配料生產(chǎn)過程的自動化程度，更加有利于企業(yè)管理，減輕了工人工作量。 3、綜合利用所學(xué)專業(yè)知識，通過畢業(yè)設(shè)計真題真做，促進(jìn)我們學(xué)生動手操作能力的提高，學(xué)有所用。 36 第 6 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第二章 砂輪配料系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2.1設(shè)計思路 目前，砂輪的種類繁多，不同的砂輪生產(chǎn)需要的原料和比例也不同，考慮到這一因素，就需要控制裝置對配料的設(shè)置也是靈活多變的，而這一部分是通過觸摸屏去控制。而為了使配料稱重出料更精確，我們采用了變頻器控制出料速率，而又不影響配料整體效率。具體設(shè)計思路如圖2-1所示。 圖2-1 下料及傳輸示意圖 該控制裝置通過每個原料倉下的稱重傳感器，對料倉的整個進(jìn)行稱重。而整個裝置通過固定支架去支撐，料倉下方的下料電機(jī)帶動著出料口的帶凹槽螺旋桿進(jìn)行下料，以防原料在下料的過程中發(fā)生堵塞，從而影響整個系統(tǒng)的正常運行。而下料口通過下料管把料送到送料皮帶上，然后統(tǒng)一的送到攪拌裝置中，進(jìn)行下一步生產(chǎn)過程。 2.2設(shè)計方案 2.2.1硬件設(shè)計 目前，PLC的應(yīng)用已為大多數(shù)電氣技術(shù)人員所熟悉，因其具有可靠性高，成本低、編程設(shè)計靈活、易于維護(hù)等優(yōu)點，故采用PLC作為本課題的控制器，再用變頻器、觸摸屏、檢測裝置以及低壓元器件組成。而本控制裝置的輸入信號主要有操作按鈕信號、檢測信號以及模擬量模塊上的稱重傳感器信號。輸出信號主要包括接觸器、指示燈以及變頻器。同時人機(jī)交互界面主要由觸摸屏進(jìn)行完成，通過它來實時了解運行狀況，設(shè)置運行參數(shù)。具體的系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。 接觸器 指示燈 變頻器 觸摸屏 操作按鈕 檢測信號 稱重傳感器 P L C EM 235 圖2-2 系統(tǒng)組成框圖 1、控制器 可編程序邏輯控制器（PLC——programmable logic controller）作為一種新型的工業(yè)控制裝置，在科研、，非常值得推廣，已經(jīng)廣受自動控制界的歡迎，因此，本控制系統(tǒng)選擇PLC作為控制核心。 2、變頻器 變頻器作為調(diào)速、節(jié)能裝置已被廣泛應(yīng)用于諸多工業(yè)現(xiàn)場，本裝置采用變頻器來實施調(diào)節(jié)傳目的。 3、檢測 檢測部分主要就是檢測皮帶上是否還有余料。裝置在下料完成后要將所有的料都送進(jìn)攪拌倉內(nèi)，通過檢測裝置來反映送料是否完成。 4、稱重 稱重傳感器是系統(tǒng)對下料重量的重要監(jiān)控，配料過程中必不可少的一部分，成為系統(tǒng)配料精度的重要保證。通過它來將信號反饋給控制器，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據(jù)。 5、模擬量模塊 本控制裝置采用的模擬量模塊是EM235，該模塊為模擬量輸入輸出混合模塊過轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量傳輸給PLC對其進(jìn)行處理。該模塊主要和裝置上的稱重傳感器進(jìn)行配合，將設(shè)備上的重量傳送給控制器。 6、觸摸屏 采用觸摸屏作為人機(jī)交互界面（HMI），這樣便于工作人員實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。在徑，即在其上設(shè)置各種操作按鈕，相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入等。 2.2.2軟件設(shè)計 軟件是一個系統(tǒng)不可或缺的部分。如果說系統(tǒng)的硬件部分是軀干的話，那么軟件就是一個系統(tǒng)的靈魂，是它給了一個系統(tǒng)生機(jī)，讓人可以隨心所欲的去控制整個系統(tǒng)。本課題的軟件部分設(shè)計需要考慮的主要分為以下幾個部分：觸摸屏與可編程控制器的通信，主要運用的是Profibus-DP現(xiàn)場總線通信；可編程控制器PLC控制變頻器來為電機(jī)調(diào)速進(jìn)行出料，運用的是PLC內(nèi)部的數(shù)字信號控制；實時檢測稱重傳感器的信號，通過模擬量模塊EM235接收傳感器信號，且對信號進(jìn)行判斷與分析。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計及選擇 3.1工作原理 本控制裝置設(shè)置了“手動”和“自動”兩個操作模式，可以根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一般情況下，我們會選用“自動”模式，而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或調(diào)試時，我們可以根據(jù)需要選擇“手動”模式進(jìn)行工作和檢測，故障解決后再裝換成“自動”模式下工作。 在“自動”模式下，要先在觸摸屏上設(shè)置下料的參數(shù)，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)，對各種配料進(jìn)行分配下料。而稱重傳感器會實時的反饋給控制器數(shù)據(jù)，控制器通過比較稱重傳感器反饋回來的數(shù)據(jù)和觸摸屏上設(shè)置的參數(shù)，來判斷是否需要繼續(xù)進(jìn)行下料。并且控制器會根據(jù)下料的總體狀態(tài)來控制變頻器輸出不同速率，進(jìn)而去保證配料的效率和準(zhǔn)確性。 在“手動”模式下，只需控制下料按鈕進(jìn)行快速下料，由于未確定配料重量，這里需要靠操作人員通過觀察觸摸屏上的重量變化來進(jìn)行控制，因此，這里采用點動控制，而當(dāng)料倉內(nèi)無料時，系統(tǒng)會報警提示加料。 不管系統(tǒng)處于什么模式下工作，控制裝置中只要有任何一臺下料電機(jī)工作，送料皮帶電機(jī)便進(jìn)行工作，并且在下料電機(jī)停止后，通過余料檢測傳感器來停止送料皮帶電機(jī)工作，以保證皮帶上無余料。 3.2主電路設(shè)計 控制裝置主電路較為簡單，就是4個變頻下料電機(jī)和送料皮帶電機(jī)，具體電路設(shè)計如圖3-1所示 第 13 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 圖3-1 控制裝置主電路設(shè)計 三相電源經(jīng)斷路器QF、熔斷器FU、交流接觸器KM1主觸點后接入變頻器，然后經(jīng)過變頻器分給4臺下料電機(jī)的控制接觸器主觸點、熱繼電器主觸點，最后接入下料三相異步電機(jī)。而送料皮帶電機(jī)是經(jīng)過控制接觸器KM6主觸點、熱繼電器FR6主觸點后接入送料皮帶三相異步電機(jī)M5。 3.3控制電路設(shè)計 首先確定PLC的I/O分配表如表3-1所示，控制電路如圖3-2所示。 3.3.1系統(tǒng)I/O分配 根據(jù)實際需要，PLC的I/O地址分配如表3-1所示： 輸 入 輸 出 輸入元件 輸入點 作用 輸出元件 輸出點 作用 SB1 I0.0 系統(tǒng)起動 變頻器端子5固定頻率+1 Q0.0 快速下料信號 SB2 I0.1 系統(tǒng)停止 變頻器端子6固定頻率 Q0.1 慢速下料信號 SA1 I0.2 手/自動轉(zhuǎn)換 KA1 Q0.4 系統(tǒng)運行指示燈HL1 SC1 I0.3 皮帶余料檢測 KA2 Q0.5 報警指示燈HL2 SA2 I0.4 1號手動下料 KA3 Q0.6 自動指示燈HL3 SA3 I0.5 2號手動下料 KA4 Q0.7 手動指示燈HL4 SA4 I0.6 3號手動下料 KM1 Q1.1 變頻器啟動信號 SA5 I0.7 4號手動下料 KM2 Q1.2 1號下料信號 FR5 I1.0 皮帶送料過載 KM3 Q1.3 2號下料信號 KM4 Q1.4 3號下料信號 KM5 Q1.5 4號下料信號 KM6 Q1.6 皮帶送料信號 表3-1 I/O分配表 3.3.2控制電路設(shè)計 該裝置電氣部分接觸器、指示燈信號、操作控制按鈕信號、控制變頻器快慢速運行信號等。 模擬量模塊通過總線連接器與PLC相連，觸摸屏通過DP通信連接電纜與PLC相連。 圖3-2 控制裝置PLC控制電路 3.4系統(tǒng)元器件的選型 1、控制器 本控制的三個子系統(tǒng)中，PLC 作為主要控制元件，目前市場上PLC 種類和型號很多，運行穩(wěn)定，西門子PLC使用簡單方便，組態(tài)靈活、簡單、緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本、網(wǎng)絡(luò)通信能力強以及功能強大的指令集，使得西門子PLC 在中國有很大的市場占有率。S7-200系列小型PLC可應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)，為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。因為本系統(tǒng)設(shè)計中會使用到多個S7-200PLC，所以需要一個高級的PLC進(jìn)行控制多個S7-200系列的PLC。從多種角度考慮并結(jié)合我院實驗設(shè)備及自身實際出發(fā)，本系統(tǒng)控制器選用S7-200和S7-300系列PLC。 基于西門子PLC的以上優(yōu)點，在本項目中，我們選用西門子S7-200PLC作為控制系統(tǒng)的核心。 同時，又由于在本控制裝置中，需要對下料重量經(jīng)過稱重傳感器進(jìn)行測量，只需要一路模擬量輸入，所以我們使用了EM235模塊，因為EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。可以充分的滿足本項目的控制要求。 2、觸摸屏 高性能的圖形操作終端TP177B平臺是一個全新的和進(jìn)化的系列。這個新平臺結(jié)合了最好的性能，圖形和功能在一個獨特的，超緊湊和堅固的封裝。該平臺分為兩類HMI – “基本”和“高級”?；灸Ｐ吞峁┝艘粋€長長的名單中常見的許多獨立的小系統(tǒng)和應(yīng)用程序的特性和功能。先進(jìn)的機(jī)型，增加了創(chuàng)新和功能性，靈活性和聯(lián)網(wǎng)能力能夠解決更大，更復(fù)雜的系統(tǒng)的需求。該TP177B平臺的人機(jī)界面提供了多種選擇類型的顯示器（TFT和STN），大?。ǚ秶鷱摹?.7到15”）和格式（可在面板安裝和懸吊式），不僅滿足而且超過您的應(yīng)用需求。 因為TP177系列的觸摸屏具有以上的優(yōu)勢，而且能夠滿足在本系統(tǒng)中作為參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)監(jiān)控等比較重要的要求，因此，我們選擇此系列的觸摸屏。 3、變頻器 由于選用西門子PLC作為控制核心，從使用方面及性能角度考慮，選用西門子變頻器驅(qū)動皮模式：速度、轉(zhuǎn)矩、位置及各模式的切換、用途更廣泛、更專業(yè)）；外型結(jié)構(gòu)和輔助功能與F700相同（通訊功能強、信號調(diào)整方面近似工業(yè)儀表的特點，調(diào)節(jié)余地大、使用更為方便）。西門子MM440系列變頻器具有以下優(yōu)勢： 總結(jié)了以往西門子變頻器中具有代表性產(chǎn)品的特點，即：常規(guī)控制性能方面吸取了MM420的特點（過載能力強、控制功能多、適合大多數(shù)通用場合）；矢量控制方面與MM420相當(dāng)（工作于多種模式：速度、轉(zhuǎn)矩、位置及各模式的切換、用途更廣泛、更專業(yè)）；外型結(jié)構(gòu)和輔助功能與MM430相同（通訊功能強、信號調(diào)整方面近似工業(yè)儀表的特點，調(diào)節(jié)余地大、使用更為方便）。 發(fā)揮普通電機(jī)的最佳性能（無傳感器矢量控制）：驅(qū)動無編碼器的普通電機(jī)實現(xiàn)高精度和快速度響應(yīng)運行的矢量控制。在0.3Hz的超低速下最高可實現(xiàn)200%的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩模式下控制范圍1:20；響應(yīng)水平進(jìn)一步提高,速度響應(yīng)120rad/s,速度控制范圍1:200。 驅(qū)動帶編碼器的電機(jī)實現(xiàn)高性能的矢量控制：閉環(huán)矢量控制下，變頻器可達(dá)到比無傳感器矢量控制時更高精度和更快速度響應(yīng)的性能。速度控制范圍1:1500；速度波動率：0.01%；速度響應(yīng)300rad/s。轉(zhuǎn)矩控制范圍1:50；并具零速控制和伺服鎖定功能。位置控制中，內(nèi)置15段預(yù)設(shè)位置段，并且可與PLC或脈沖單元連接后可構(gòu)成通用伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)定位操作。若選用西門子專用電機(jī)，可實現(xiàn)低速時連續(xù)輸出100%轉(zhuǎn)矩，適合于開卷/收卷等場合。 基于該系列的變頻器的種種優(yōu)點，我們選用MM440系列的變頻器。 4、傳感器 在本項目中，我們主要用傳感器檢測送料皮帶是否有余料，因此，我們選用接近開關(guān)開自動檢測?，F(xiàn)在在市場上，主要有以下幾種接近開關(guān) 1）渦流式接近開關(guān) 這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電的 2）電容式接近開關(guān) 這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。 3）霍爾接近開關(guān) 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體 4）光電式接近開關(guān) 利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。 由上述的各種接近開關(guān)的特性我們可以很容易的感覺到，光電式接近開關(guān)是最適合在本系統(tǒng)中使用的，因此，在本系統(tǒng)中，我們選擇光電式接近開關(guān)。 5、接觸器 接觸器，指利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。因為可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制（某些型別可達(dá)800安培）電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機(jī)做為控制對象，也可用作控制工廠設(shè)備、電熱器、工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，并作為遠(yuǎn)距離控制裝置。在本項目中，接觸器主要用于控制變頻器的得電情況和控制電機(jī)和變頻器的通斷以及控制三相異步電機(jī)的通斷等功能。 6、 稱重傳感器 稱重傳感器，指一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。本裝置中需要通過稱重傳感器，對料倉的整體重量進(jìn)行稱量，進(jìn)而獲得料重的變化值。而稱重傳感器又分為以下幾個種類。 1）光電式 包括光柵式和碼盤式兩種。光柵式利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表，即可計算出移過的莫爾條紋數(shù)量，測出光柵轉(zhuǎn)動角的大小，從而確定和讀出被測物質(zhì)量。碼盤式的碼盤（符號板）是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃，上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。光電池將透過碼盤接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理，最后在顯示器上顯示出代表被測質(zhì)量的數(shù)字。光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。 2）電磁力式 它利用承重臺上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作。當(dāng)承重臺上放有被測物時，杠桿的一端向上傾斜；光電件檢測出傾斜度信號，經(jīng)放大后流入線圈，產(chǎn)生電磁力，使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。對產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，即可確定被測物質(zhì)量。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高，可達(dá)1/2000～1/60000，但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。 3）電容式 它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關(guān)系工作。極板有兩塊，一塊固定不動，另一塊可移動。在承重臺加載被測物時，板簧撓曲，兩極板之間的距離發(fā)生變化，電路的振蕩頻率也隨之變化。測出頻率的變化即可求出承重臺上被測物的質(zhì)量。電容式傳感器耗電量少，造價低，準(zhǔn)確度為1/200～1/500。 4）電阻應(yīng)變式 利用電阻應(yīng)變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。 綜合考慮以上幾種類型的稱重傳感器，我們感覺到電阻應(yīng)變式更加適應(yīng)本裝置的各項要求，所以我們采用稱重傳感器的型號為YYT5/204751。 7、電動機(jī) 控制裝置中變頻器電機(jī)用來驅(qū)動料倉下的下料電機(jī)進(jìn)行下料，皮帶電機(jī)用來將放下的送到攪拌裝置中進(jìn)行攪拌。 下料負(fù)載較小且無需高轉(zhuǎn)速，故選用四極對數(shù)的低速電機(jī)，其型號為QAD-8-055。 第 19 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1工作流程 該系統(tǒng)為雙模式，即手動與自動。系統(tǒng)啟動后，會根據(jù)選擇的模式進(jìn)入不同的流程。下面就根據(jù)不同模式進(jìn)行不同的工作流程分解： 4.1.1手動模式 在手動模式下，主要依賴與下料開關(guān)對系統(tǒng)進(jìn)行操作。按下按鈕，系統(tǒng)便開始下料，且稱重傳感器不停的反饋數(shù)據(jù)，通過觸摸屏顯示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)料倉內(nèi)無無原料時，下料電機(jī)不工作且報警提示為料倉添加原料。具體流程圖4-1如下： 否 是否有料 停止下料報警暴擊 是 手動下料 稱重檢測 開始 圖4-1 手動模式工作流程圖 4.1.2自動模式 在自動模式下，首先要在觸摸屏上對控制裝置設(shè)置參數(shù)（要下料的重量），然后系統(tǒng)會先進(jìn)行，對設(shè)置原料的重量與料倉內(nèi)所存的原料進(jìn)行比較，如果所存的不足，便報警提示加料，或者重新設(shè)置參數(shù)。當(dāng)參數(shù)設(shè)置完成后，系統(tǒng)便可啟動運行，下料電機(jī)工作。系統(tǒng)通過稱重傳感器反饋回來的數(shù)據(jù)，和設(shè)置的參數(shù)比較，達(dá)到要求后，便停止該電機(jī)運行，直到所有電機(jī)停止，系統(tǒng)便停止運行，具體流程圖如圖4-2。 開始 是 否 設(shè)置料重 報警加料 下料 料是否充足 否 是 停止下料 是否達(dá)料重 圖4-2 自動模式工作流程圖 4.2系統(tǒng)各部分主要程序 4.2.1啟動程序 系統(tǒng)中設(shè)定了一個手動按鈕作為啟動按鈕，而啟動系統(tǒng)也不需滿足其他前提條件。于是，只進(jìn)行簡單的起保停設(shè)計就好，而裝置中又有一個系統(tǒng)啟動指示燈，只需把他并聯(lián)上去，隨著系統(tǒng)一起工作停止。如圖4-3所示: 圖4-3 啟動程序 4.2.2計算程序 該部分程序作為系統(tǒng)的計算程序，系統(tǒng)中需要計算的主要是料倉內(nèi)的余料、需要放的料以及為提高放料速率的界定，而已知的條件為需要放的料、料倉現(xiàn)有的料和空料倉的重量（皮重），因此就需要通過對已知量進(jìn)行計算進(jìn)而得出未知量，服務(wù)于系統(tǒng)的運行。而該系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的計算程序，我們將分為以下幾部分： 1）為了便于監(jiān)控，讓工作人員能及時了解料倉內(nèi)的余料情況，所以我們要計算余料，具體程序如圖4-4所示： 圖4-4 余料計算程序 2）在手動模式下，要及時知道已下料的重量，而充分利用已知量，我們將通過下料前的重量減去實時的重量，就得到需要的已下料的重量，具體程序如圖4-5所示： 圖4-5已下料重程序 3）為保證裝置的配料既精準(zhǔn)而不失效率，因此，讓下料電機(jī)在不同階段以不同的轉(zhuǎn)速運行，在程序中就需要將其區(qū)分開，來判斷頻率的高低。具體的程序如圖4-6所示： 圖4-6 高速下料界定程序 4.2.3送料皮帶程序 在本裝置中的送料皮帶正常情況下，會隨著下料電機(jī)的啟動一起啟動，而因為考慮到下料電機(jī)停止后，送料皮帶上依然有余料，為了保證皮帶上的余料都能送入攪拌倉中，皮帶電機(jī)的停止設(shè)定在檢測裝置檢測不到信號，且在送料皮帶過載時也會停止。具體的程序如圖4-7所示： 圖4-7 送料皮帶程序 第 22 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第五章 系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計 5.1新建項目 1、雙擊組態(tài)軟件圖標(biāo)打開軟件，新建一個空項目。選擇設(shè)備類型，點擊進(jìn)入。如圖5-1所示： 圖5-1 項目新建 5.2 建立連接 選擇項目菜單，雙擊連接，進(jìn)入連接設(shè)置，在通訊驅(qū)動程序中，選擇S7-200。出現(xiàn)如圖5-2所示： 圖5-2 選擇連接 在下方是關(guān)于通訊連接參數(shù)的設(shè)置，為了保證連接穩(wěn)定，我們將波特率選擇了最低，降低傳輸效率。而本系統(tǒng)中用的DP通訊，所以我們也選用DP配置。如圖5-3所示： 圖5-3 建立連接 5.3設(shè)置變量 在本系統(tǒng)中，由于控制的多臺電機(jī)，且數(shù)據(jù)較多，因此，變量也比較多，而要讓組態(tài)能更好工作，就需要設(shè)置全面的變量。點擊進(jìn)入變量設(shè)置，變量的設(shè)置要與程序保持一致。下面是本系統(tǒng)中設(shè)置的變量表，如圖5-4所示： 圖5-4 變量的設(shè)置 5.4 界面設(shè)計 5.4.1 初始界面 在初始界面中可設(shè)置了本項目的名稱、跳轉(zhuǎn)按鈕等，具體初始界面如圖5-5所示： 圖5-5初始界面 5.4.2 手動模式界面 在本系統(tǒng)中，手動模式下是需要人工操作進(jìn)行下料，而下料的的重量以及剩余料的重量就需要界面來顯示，因此本界面只是起到利于觀察的作用，只做顯示，而返回按鈕是將本界面跳轉(zhuǎn)到初始界面，如圖5-6所示： 第 24 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 圖5-6 手動模式界面 5.4.3 自動模式界面 當(dāng)系統(tǒng)上電后，在自動模式下，首先要對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在自動模式畫面，在此對此次配料所需的各種配料的重量進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后，點擊下方的啟動按鈕，配料裝置便開始工作，并且在此顯示料倉內(nèi)此時的余料的重量。當(dāng)配料完成后自動停止，也可按停止按鈕，來中斷配料。同樣的返回按鈕點擊能夠回到初始界面。如圖5-7所示： 圖5-7 自動模式界面 5.5 項目下載 一切都設(shè)置完成后就需要將設(shè)置的畫面下載到觸摸屏中，點擊上方的編譯，確認(rèn)無誤后，點擊下載，在設(shè)置IP 地址中輸入觸摸屏的地址，然后點擊下方的傳送按鈕。即完成了下載過程如圖5-8所示： 圖5-8 項目的下載 第 26 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與操作 6.1系統(tǒng)調(diào)試 1、合上電源開關(guān)，按下系統(tǒng)的啟動按鈕，系統(tǒng)在啟動后會有系統(tǒng)指示燈被點亮，且還有兩個操作模式指示燈，告訴我們目前在什么工作模式下，選擇需要的操作模式，我們這里先進(jìn)行“手動”模式操作，后進(jìn)行“自動”模式。 2、將模式選擇旋鈕打在“手動”模式下。此時，“手動”狀態(tài)指示燈被點亮，然后逐一按下每個料倉的下料開關(guān)進(jìn)行下料，我們這里主要是觀察接觸器是否動作吸合，下料電機(jī)是否工作。在下料電機(jī)工作后，皮帶電機(jī)也隨之啟動運轉(zhuǎn)，為使皮帶上的光電傳感器能檢測到有料，我們用卡片在中間遮住，以此來向系統(tǒng)反應(yīng)有料經(jīng)過。并且，在下料電機(jī)停止后一會，再取出卡片，皮帶電機(jī)也隨之停止。而在系統(tǒng)工作的期間，觸摸屏?xí)鶕?jù)稱重傳感器的變化來顯示實時的數(shù)據(jù)，我們這里用滑動變阻器來進(jìn)行操作模擬。而觸摸屏上的數(shù)據(jù)也隨著我們預(yù)想的那樣隨著阻值的改變呈線性變化。 3、而把系統(tǒng)的操作模式換為“自動”模式時，我們需要對配料的值進(jìn)行設(shè)置，而這些值我們通過觸摸屏來進(jìn)行操作，而設(shè)的值主要是對各種配料的重量。設(shè)置完成后，按下屏幕上的啟動，系統(tǒng)便開始下料，為了模擬出真實的下料過程，我們這里依舊用電位器來作稱重傳感器，下料電機(jī)工作，皮帶電機(jī)也隨之啟動，慢慢的調(diào)節(jié)電位器，觸摸屏上的數(shù)據(jù)跟著變。當(dāng)電位器旋到一定位置時發(fā)現(xiàn)，下料電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，這是下料將要完成的前兆，繼續(xù)旋動電位器，很快，下料電機(jī)停止了，而下料電機(jī)停止后，送料皮帶電機(jī)并未停止，抽出遮擋的卡片，送料皮帶電機(jī)隨即停止。 4、調(diào)試其他功能。該系統(tǒng)系統(tǒng)報警功能、畫面切換功能，將畫面切換到系統(tǒng)監(jiān)控畫面，再按下畫面切換按鈕，畫面將會切換顯示系統(tǒng)運行時的各個參數(shù)，如果需要修改參數(shù)只需要按下停止按鈕，再進(jìn)行參數(shù)設(shè)置即可。而當(dāng)裝置中余料不足時會報警，不能啟動，提示操作人員加料。 6.2系統(tǒng)故障及解決 1、故障現(xiàn)象：在手動模式下，短時啟動下料電機(jī)，而當(dāng)下料電機(jī)停止后，送料皮帶電機(jī)隨即停止，未將余料送入攪拌機(jī)內(nèi)。 故障分析：在本系統(tǒng)中，當(dāng)下料電機(jī)運行后，皮帶電機(jī)就隨著啟動，而從料倉到檢測裝置還有一定距離，如果在這期間，下料電機(jī)停止的話，皮帶電機(jī)就會停止。 原因：下料電機(jī)啟動后，料并未到檢測裝置那里。在這段時間里，皮帶電機(jī)會隨著下料電機(jī)停止而停止。 解決辦法：加了一個定時器，在下料電機(jī)停止后后延時幾秒鐘，再進(jìn)行檢測裝置停止，這樣就保證了下料電機(jī)短時啟動停止，而不造成皮帶電機(jī)停止后，送料皮帶上依然有余料。 2、故障現(xiàn)象：在多種料一起下料，且是快速下料時，皮帶電機(jī)時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)。 故障分析：在本系統(tǒng)中，控制皮帶電機(jī)的啟停，來自下料電機(jī)的信號，還有接觸器和熱繼電器，檢查了，連接并無接觸不良的現(xiàn)象，測試了接觸的通斷吸合也正常。運行中發(fā)現(xiàn)熱繼電有動作。因此，有可能是熱繼電的動作未完全停止電機(jī)所致。 原因：在程序中，熱繼電的觸點控制了皮帶電機(jī)的停止，而并未阻止它的再啟動。未將整個下料停止掉。 解決辦法：將熱繼電器的觸點常閉信號，串接在下料電機(jī)的啟動支路中。以保證皮帶電機(jī)的熱繼電動作，能完全停止掉，而不致于造成系統(tǒng)故障。 6.3系統(tǒng)操作說明 控制裝置具體操作步驟如下： 1、合上電源總開關(guān)，按下系統(tǒng)的啟動按鈕，根據(jù)需要選擇操作模式。而一般情況下是用“自動”模式完成配料，“手動”模式作為調(diào)試和檢測用。 2、操作模式在“手動”模式下時，系統(tǒng)的手動操作指示燈亮起，此時在觸摸屏上按下手動按鈕，畫面會切換到手動模式的監(jiān)控畫面，依次有四個開關(guān)來控制料倉下料電機(jī)的通斷，觸摸屏顯示剩余料的重量和已下料的重量。 3、操作模式在“自動”模式下時，系統(tǒng)的自動操作指示燈亮起，在觸摸屏上按下自動按鈕，切換畫面到自動模式的操作畫面，在此畫面上設(shè)置每種原料需要的參數(shù)，設(shè)置完成后按下啟動按鈕，系統(tǒng)便開始配料。當(dāng)完成所有原料的下料完成后，自動停止。 第 27 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第七章 總結(jié)與展望 7.1課題總結(jié) 本課題設(shè)計的是關(guān)于砂輪自動配料系統(tǒng)，其在砂輪配料過程中可以根據(jù)，預(yù)先設(shè)置好的配料比重進(jìn)行自動配料。整個系統(tǒng)采用了PLC、變頻器以及觸摸屏技術(shù)，能根據(jù)預(yù)先設(shè)置的配料重量進(jìn)行自動配料，運用變頻器調(diào)速技術(shù)進(jìn)行下料（通過改變下料電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變下料速度），大大的提高了配料速率，提高了砂輪生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)實現(xiàn)了自動稱重進(jìn)行配料。 自動稱重——能夠?qū)崟r的將料倉的重量變化反饋給控制器，進(jìn)而比較得出是否再繼續(xù)運行下去，并且系統(tǒng)還根據(jù)它的重量變化，判斷是否需要快速下料，從而保證了配料的精確性和高效性。 觸摸控制——大大提高了人機(jī)交互能力，使操作更加簡單，就完成控制配料的整個過程，節(jié)約了人力，并且控制器獲取的信號也更加可靠與穩(wěn)定。 通過畢業(yè)綜合設(shè)計這一環(huán)節(jié)，可將所學(xué)專業(yè)知識緊密結(jié)合起來，并得以綜合靈活運用，在反復(fù)設(shè)計及修改下，終于在學(xué)校規(guī)定時間定完成課題的設(shè)計、安裝及軟、硬件的調(diào)試。更為重要的一點就是此課題的設(shè)計使我意識到將所學(xué)習(xí)的知識和生產(chǎn)實踐相結(jié)合的重要性。 7.2展望 雖然本控制裝置已經(jīng)可以基本實現(xiàn)各項控制要求，但該控制裝置仍有很多不夠完善的地方。如果以后有機(jī)會，我希望通過以下幾個方面來完善它： 1、在控制裝置整個斷電后，重啟以后可以繼續(xù)上次未完成的配料過程，而不丟失數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的可靠性。 2、在料倉缺料的時候能自動為料倉添加原料，并且在不停止裝置運行的情況下，以及確保精準(zhǔn)度。 第 28 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 致 謝 大學(xué)三年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院給了我在大學(xué)三年深造的機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝電氣工程系的老師和同學(xué)們?nèi)陙淼年P(guān)心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的三年充滿了感動。 這次畢業(yè)論文設(shè)計我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師侍壽永老師對我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向侍老師尋求幫助，而侍老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。侍老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個月以來，侍老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向侍黃老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了劉彪、裴東東等同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！ 尹萬利 2016年5月 第 29 頁 共 41 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 參考文獻(xiàn) [1] 侍壽永. 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