精品饲料生产线的三菱PLC和三菱变频器的改造Word格式.docx

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自动控制

1绪论

伴随着自动化水平的提高，我国的饲料工业从70年代末、80年代初起步、经过10多年的发展，已成为国民经济的一个基础产业。

在重视科技、重视计算机技术应用，高起点地发展有饲料加工企业这一正确战略思想指导下，在起步阶段，抓住饲料加工过程中配料这一重要环节，采用微机控制结束，淘汰或改造陈旧落后的“容积式”“字盘秤式”配料生产方式，从而大大地提高了饲料加工生产的产量及质量，显而易见的经济效益，为自动控制技术在饲料加工业中的应用开创了一个良好的开端。

随着大规模集成电路及微型计算机的迅速发展，PLC技术应用的普及，各种功能的外围支持设备、接口技术、网络通讯和操作系统亦越来越完善，电控元器件的质量及品种都上档次的提高，为饲料厂自动控制系统本身提供了良好的方法和手段。

尤为重要的是，作为控制对象的工艺设备本身性能的提高，为自动控制系统稳定可靠地运作奠定了扎实的基础。

记过近20年的发展，目前我国饲料加工生产过程的自动化水平已经达到了国际同行业先进水平，具体体现在单机设备的控制和生产过程的控制两个方面。

在单机控制方面，从配料秤发展到定量秤/计量秤及成品打包秤，并逐步形成了计量称重设备控制仪表的系列化、标准化及通讯网络化。

主要关键性加工设备（如粉碎机、制粒机）机电一体化控制技术的研究及应用也有所进展，初见成效。

现场检测装置由单一的料位器，发展到防堵、跑偏、测速等现场保护装置，检测精度、稳定性及信号传输方式都在不断更新。

在生产过程自动控制方面，由以继电器控制方式为主，通过扩大单机设备仪表控制范围，在局部的生产环节实现自动化控制，由以机电控制方式为主，通过扩大单机设备仪表控制范围，在局部的生产环节实现自动化控制，发展到包括全厂生产过程在内的所有设备都采用可编程序控制器实现自动化联锁控制，主要的单机设备及配料环节采用智能化仪表实时控制，并在此基础上，将可编程序控制器、智能化控制仪表通过数据通讯方式与上位机联网，在上位机上实现全方位的生产过程监控与管理。

2饲料生产自动化

饲料生产过程的自动化控制，实际上包含了两个方面的内容。

一类是以自动化仪表为执行结构，对生产过程中一些变化的物理量进行自动控制，使单机设备某一个生产环节处于最佳工作状态，属于仪表自动化的范畴。

例如在配料混合生产环节，通过配料秤智能控制仪，按照预定的配方要求，控制物料的加料过程及配比，用压制机智控制仪，控制和监测压制过程中的温度、压力、流量等。

另一类是以电动机、电磁阀等为执行机构，控制生产设备机械运动的系统，属于电气传动自动化的范畴。

在这一范畴内，结合饲料生产过程的特点，我们所要解决的问题是如何按照生产工艺的要求，合理有效地按照一定的规律，控制饲料生产过程中上百台生产设备的协调运行，已使整个生产过程达到最优的技术经济指标。

3饲料生产过程PLC控制系统的设计

3.1被控过程的描述

在熟悉工艺流程特点和明了控制任务的基础上，设计一个PLC控制系统的首要任务是详细罗列该系统的全部功能和要求，其中包括系统方框图组成的描述，PLC及其I/O与被控过程其他控制器或计算机关系的阐述等。

图1饲料厂生产过程PLC控制系统框图

饲料厂生产过程PLC控制系统框图各部分功能如图1所示：

a.PLC作为控制主机安装在PLC柜内，通过其I/O模块，接收来自MCC柜内的交流接触器、保护元器件（自动空气开关、继电器、现场传感器）等动作输入信号以及操作台上控制按钮主令信号，根据程序运行的结果发出输出信号，控制MCC柜内的交流接触器动作，从而达到控制监测现场设备的目的。

b.MCC柜即电动机控制中心，安装控制回路中的交流接触器、自动空气开关、热继电器、中间继电器、电流互感器等电器元器件，对被控设备实行驱动控制以及短路、过载保护等功能。

c.现场操作按钮箱安装在现场各楼层，实现控制系统的手/自动操作转换，在现场对单台设备实现手启动、停操作，在自动控制方式下，亦能通过现场操作按钮实现单机设备的紧急停车，通过PLC控制程序运行，从而实现故障设备工段的自动联锁停车。

d.用雕刻或丝网印刷等方法将工艺流程刻画在有机塑料或技术材料做成的显示屏上，用指示灯的状态来模拟显示现场设备运行的状态。

灯亮表示该设备在运行，灯熄灭表示该设备停车等。

采用这种方式模拟现场显示生产过程，直观、一目了然，但反映的信息单调，电气接线较多，一旦制造成功，工艺上有任何改动，在模拟屏上都不能更改。

所以在一些饲料厂的设计中，取消了这部分硬件设备，而用PLC与上位机通讯组态方式，在计算机屏幕上显示工艺流程。

操作台安装系统中的一些操作按钮、指示灯、报警器、电流电压表、控制电源稳压器等。

如一次回路的合闸分闸按钮、各楼层饿信号联络按钮、指示灯、各工段的主令启动、停车按钮等。

e.典型控制原理图：

以一个直接启动的电机控制回路，说明强电控制系统与PLC之间的关系。

如图所示。

图2典型控制原理

QF—自动空气开关，做短断和过载保护开关

PF—热电保护

KM—交流接触器

SB—现场手/自动转换及急停开关

SA—现场启动按钮

合上主回路空气开关QF其常开触点QF闭合，当SB置手动位置时，按下启动按钮SA，交流接触器KM线圈得电其常开并自保，主触点KM闭合接通电动机M电源，电动机启动运转。

当装换开关SB置于中间位置，KM线圈失电，其主触点及常开触点断开，电动机电源切断停止运转。

但SB置于自动位置时，由PLC根据程序命令发出输出信号，使KM线圈得点，电动机运行，同时PLC根据程序命令监测输入信号的状态，KM常开触点闭合，对应的输入点状态为“1”，则电机M正常运行；

运行中当发生短路或过载故障时QF常开触点也断开，对应的输入点状态为“0”，KM常开触点断开，其对应的输入点状态为“0”，通过编制程序，PLC发出故障报警信号，并切断有关的输出信号做相应的联锁停车控制。

在自动运行状态下，现场发现故障，将转换开关SB置于中间位置，KM线圈失电，电机停止运行，相应的SB输入状态位由“1”变为“0”，KM输入状态由“1”变为“0”PLC同样发出报警及联锁控制信号。

3.2主机的选型

在确定控制方案以后，首先遇到的问题便是采用什么样的机型？

容量应多大？

对于我们这样一个以开关量控制为主的系统来说，一般的PLC控制功能都能满足要求。

所以在确定机型容量时，I/O点数变成了一个重要因素。

将所有I/O点按其形式（开关量或模拟量）、功用（输入或输出）、信号电平（直流或交流、电流电压等级）和设置地点（远程或就地）等来分类，并按照预选的PLC机型编制I/O分配端子图，包括架号、机架内的I/O通道号，每个I/O点的操作数分配号（即I/O地址号）和寄存器的选用安排等，列出PLC硬件配置清单。

在主机选型中，除了应该考虑主机的I/O点控制范围、估算各类寄存器容量是否满足编程要求以外，一些非功能性的因素也该注意，如性能价格比、订货周期、经销单位的技术实力与技术支持等。

3.3编写用户程序

a.根据工艺流程及控制要求，编制各工段的控制流程图，粉碎工段的控制图如图3所示。

b.用户程序的编制方法与可编程序控制器的系统结构有关，由于各种系统对控制的功能的要去不同，出现了多种形式的系统结构，常见的有循环控制结构、判断分支结构、子程序嵌套结构、步进控制结构、中断传送结构等。

对不同形式的系统结构，相应的内部电路组成、编程方法和控制功能不一样。

循环控制的程序结构，采用模块式结构，整个程序是由若干个程序块串联组成，每个程序块又由若干条指令，完成，某种控制功能。

运行时CPU从程序起点开始，依次执行各个程序块中的每一条指令，直到程序终点，从而构成一个扫描周期，并周而复始地重复上述扫描循环。

对于饲料生产过程的控制，采用循环控制结构及编程方法，就完全可以达到控制功能的要求，一般包括以下几个程序块：

a）系统工作状态识别及初始化程序块

b）设备非联锁集中控制操作程序库

c）流程联锁控制主令启停操作程序块

d）设备输入状态检测程序块

e）风网设备控制程序块

f）主流程设备控制程序块

g）设备故障报警程序及显示程序块

h）与上位机通讯数据的采集与汇总程序块

图3粉碎工段控制流程框图

3.4典型回路分析

a）设备输入状态检测程序块（图3）：

中间继电器M0~M4构成一个故障检测记忆回路，当转换开关SB置于手动位置，输入信号“”，或是自动空气开关断开，输入信号为“”，其对应的常闭接点状态不变。

电流通过常闭接点M502或M502是M10线圈得电并自保。

图4设备输入状态检测程序块

设备启动后，交流接触器KM输入信号为“”，其对应接点M500由常闭变为常开，即使在T0接点闭合的情况下，电流也不会超过M500和T0使M10得电，表示设备运行正常。

一旦由于某种原因是KM输入信号为“”，其对应的接点M500恢复为常闭状态，在T0接点仍闭合的情况下，电流便会从M500和T0是M0线圈得电并自保。

M0得电，即有故障发生，用其接点状态去联锁有关的控制及报警回路。

其余回路依次类推，当故障复位信号M4由常闭变为常开时，M0~M4全部复位。

b）主流程设备控制程序块（图5）：

M13为流程启动信号，T10为风网全部启动完毕信号，Y1~Y4为输出信号，M700~M704为设备非联锁单机控制信号，T0~T4为启动及检测延时信号，T11~T14为停车延时信号，M10为流程停车信号。

图5主流程设备控制程序块

当流程启动时，风网设备启动完毕后，M3、T10节点闭合，电流通过M13、T10、M0、T11使Y0得电并自保，发出输出信号，启动电机1。

同时T0常开节点闭合，检测输入回路。

若有故障M0常闭接点断开，M0失电，切断输出信号；

如无故障，则通过M13、T0、M1、T12回路使Y1得电并自保，发出输出信号启动电机2，同时T1计时吗，经过延时T1常开节点闭合检测输入回路，若有故障M1常闭接点断开，Y1失电切断输出信号；

若无故障，则启动M3，依此类推知道3、4、5启动完毕。

停车时，M10常闭接点断开，首先切断Y4停5，并通过Y3、Y4、M10回路使T14得电，记过延时其常闭接点断开，切断Y3、停M4。

依此类推直到3、2、1逐台全部停车。

在运行过程中，若M3发生故障，M2常闭触点断开，Y2、T2式电，由于T2常开接点断开，使得Y3、T3失电，T3常开接点断开，又使得Y4、T4失电，3、4、5同时停车。

故障发生，M10常开接点闭合，通过Y1、Y2、M10使T12得电，经过延时T12常闭接点断开使Y1失电停M2，进过Y0、Y1、M0又使T11得电，经过延时T11常闭接点断开使Y0失电，停1。

4心得体会

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

参考文献

[1]方希修,尤明珍编著.饲料加工工艺与设备.北京:

中国农业大学出版社,2007

[2]庞声海,郝波编著.饲料加工设备与技术.北京:

科学技术文献出版社,2006

[3]张培志主编.电气控制与可编程序控制器.北京:

化学工业出版社,2007

[4]巫莉主编.电气控制与PLC应用.北京:

中国电力出版社,2008

附录：

程序

LDIM500

ANDT0

LDIM501

LDIM502

LDM0

ORB

OUTM0

LDIM503

ANDT1

LDIM504

LDIM505

LDM1

OUTM1

LDIM506

ANDT2

LDIM507

LDIM508

LDM2

OUTM2

LDIM509

ANDT3

LDIM510

LDIM511

LDM3

OUTM3

LDIM512

ANDT4

LDIM513

LDIM514

LDM4

OUTM4

LDM13

ORY0

ANDT10

LDM700

LDIM0

ANIT11

OUTY0

OUTTOK50

LDY0

ANIY1

ANDM0

OUTT11K80

ORY1

LDM702

LDIM1

ANIT12

OUTY1

OUTT1K50

ORY2

ANIT13

OUTY2

OUTT1K100

LDY2

ANIY3

ANDM10

OUTT11K50

ORY3

LDM703

LDIM3

ANIT14

OUTY3

LDY3

ANIY4

OUTT14K80

ORY4

LDM704

LDIM14

ANIM10

OUTY4

OUTT3K50