从20世纪80年dddd.docx
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从20世纪80年dddd.docx
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从20世纪80年dddd
摘要
本设计在进行了一系列的实地考察后,根据现实的工程需求,加上对可编程控制器的理解和分析,采用可编程序控制器(ProgrammableController,简称PLC)来实现自动配料系统的控制。
详细讲述了自动配料系统的设计步骤,着重对软件开发与调试做了介绍,完成了配料的硬件配置和软件设计,并利用世纪星组态软件实现实时监控系统的设计。
本设计共分四部分,其中第一部分对前人的配料系统做了简要的介绍,并结合实地的考察经验,对本次设计做了简要的分析和设想。
第二部分根据毕业设计要求,结合自己的实践经验,提出了合理的设计方案,并对设计步骤作了进一步的介绍。
另外对资源的配置以及在现实中上料装置的原理做了介绍。
第三部分对配料系统软件的设计进行了细致的讲解,并对编程软件和编程中所用到的一些指令作了介绍,对部分程序作了详细的解读。
第四部分对组态模拟软件做了简要的陈述,对具体的模拟过程作了详细的叙述,并配有配料组态画面,使整个设计形象,完美,实用。
本设计通过软硬件之间的配合与调试,从而达到工业设计的要求,实现配料的自动化控制。
关键词:
可编程序控制器;世纪星组态软件;自动配料系统
Abstract
Inthedesignofaseriesoffieldvisits,accordingtotherealityofdemand,coupledwiththeunderstandingoftheprogrammablecontrollerandanalysis,aPLC(ProgrammableController,orPLC)toachieveautomaticdosagesystemcontrol.Describedindetailtheautomaticdosagesystemdesignsteps,focusingonsoftwaredevelopmentanddebuggingdone,completedthedosagehardwareconfigurationandsoftwaredesignandofusingCenturystarconfigurationsoftwaremonitoringreal-timesystem.
Thedesignconsistsoffourparts,thefirstpartisabriefintroductionofthepreviousdosagesystem,inconjunctionwithfieldinspectionexperiencewiththedesigndonethisbriefanalysisandideas.Thesecondpartisaccordingtoofgraduationdesign,inconjunctionwithownpracticalexperience,tobringforwardareasonabledesign,anddesignstepsfurtherintroduction.Inadditiontotheallocationofresourcesaswellasinreality,theprincipleofdevicewasintroduced.Thethirdpartofthedosagesystemsoftwaredesignforthedetailedpresentation,andprogrammingsoftwareanddictateswereintroduced,someoftheprocedureswereinterpreteddetailly.Thefourthpartstatethesimulationsoftwareofconfigurationbrieflyanddescribesimulationprocessindetail.Therearedosageconfigurationscreen,theimageoftheentiredesign,perfectandpractical.
Throughthedebuggingandco-ordinationamongthehardwareandsoftwaretomeettherequirementsofindustrialdesigntoachieveautomaticcontroldosage.
Keyword:
PLC;Centurystarconfiguration;automaticdosagesystem
1绪论
随着科学技术的不断发展,各项事业也在飞速的前进。
工业的发展尤为突出,因此对工业生产过程的控制也提出了更高的要求。
准确而又有效的实时控制是整个工程高质量的保障。
那种传统的以人工自行生产混合料的方式由于其配比难以保证,精度也不高,噪声及粉尘污染大。
近几年来随着计算机技术和PLC技术的飞速发展,国内外的组态软件不断完善,因而这种落后的生产过程必将被PLC自动控制的配料系统所取代。
PLC自动控制的配料系统具有产品质量优良、生产效率高、环保性能好等特点,正在成为配料生产的主流。
而在PLC自动控制中,混合饲料的自动配比系统尤为重要。
单仓累计称量自动配料系统,是目前比较先进和性价比比较高的自动配料系统,饲料生产现场对此类生产设备需求很多。
本课题主要解决其控制系统即实现自动控制,故其核心是PLC技术的实际应用。
1.1工作目的及意义
通过此次毕业设计,主要掌握PLC程序的设计方法、步骤及设计原则。
以达到学以致用,巩固书本知识的目的。
使自己具有较强的PLC程序设计能力,进一步提高自身的独立工作能力。
同时也提高了查阅书籍、参考资料、上网查寻信息的能力,运用计算机进行编程调试的能力,编制技术文件的能力等,提高解决实际工程技术问题的能力。
电子计算机的研制和使用是一门新技术。
近年来,随着电子计算机技术的不断完善和发展,计算机已经成为现代科学以及各工程技术领域的强有力的工具。
电子计算机具有运算速度快,精度高,存贮容量大和逻辑判断功能齐全等特点。
加之PLC和组态软件的不断完善,使得他们在过程控制领域里同样获得了较为广泛的应用,大大推进了过程控制的发展。
在配料生产过程自动化方面,使用电子计算机控制和管理生产可以减少生产事故,经常使生产装置保持最佳状态,可以提高产品的质量和产量、降低人力的消耗,改善工人劳动条件,提高劳动生产率。
1.2研究设想及理论依据
饲料加工控制系统处于强电开关环境下,对于抗干扰能力有较高的要求。
近年来随着工业控制机价格的大幅度下降,选用工控机作为系统控制机比较适宜。
该机抗恶劣环境能力强,配有键盘、鼠标、显示器,人机交互能力强,存储容量大,编程环境与普通微机相同,操作和使用方面,受到工程技术人员普遍欢迎。
系统工作原理及饲料加工的配料生产过程需要将不同品种的原料按照给定饲料配方的比例精确称量,然后送入混合机进行定时混合。
使用计算机完成这部分工作的过程控制,不仅称量精度高,而且可实现多批次、连续生产,既减轻了工人的劳动强度,又保证了产品的质量。
系统工艺原理及电控制原理叙述如下:
4个(或更多个)原料仓内装有不同品种的原料,生产时由各仓下面的配料续龙将仓内原料按序分别不断推入计量秤内。
安装于计量秤上的拉力或压力传感器将重量信号转换成电信号,然后将此信号经放大器放大,再经A/D转换后变为数字信号送入计算机,此信息与事先存储的饲料设定值不断地进行比较,直到配方所要求的重量为止[1]。
然后将称好的原料放入混合机,这时在混合机内投入配方所要求其他精料,并启动定时,计算混合机内原料的混合时间。
时间到启动放料,设定具体的放料时间,确保搅拌机内的混合料被移走。
放料结束后,上面配料过程继续。
2.1配料系统的设计要求
1、设计多种物料的配比,要求按照一定的比例精确配比。
2、在上料装置中,根据实际要求给每个料斗设定具体的上料时间和间隔上料时间,设
置合理,确保料斗的料不溢出和下料时料斗不能为空。
3、在下料装置中,根据配料的不同,具体设置计量装置,满足所设置的配比要求。
4、在搅拌装置中,设置一定的搅拌时间,确保搅拌均匀。
5、在下料装置中,要求设置必要的动力装置,把混合料运到下一道工序,确保下一次
下料时搅拌机为空载。
原料仓:
1#2#3#4#
传输带:
1#2#3#4#
搅拌机:
AB
5#6#
C
配料原理图如图2.1所示,具体方案如下:
1#~4#原料仓内装有不同品种的原料,生产时由各仓下面的配料续龙将仓内原料按序分别不断推入各料仓下的输送带上。
经1#~4#输送带到达初级搅拌机内进行搅拌,搅拌后下料到5#、6#皮带上,两台混料机A、B为初级搅拌机,由1#、2#皮带将1#、2#物料运到混料机A,混合后的物料通过5#皮带送到搅拌机C,由3#、4#皮带将3#、4#物料运到混料机B,混合的物料通过6#皮带送到搅拌机C,进行搅拌,搅拌后开启阀门,通过输送机将混合后的物料运到下一道工序。
具体的时间设置:
初次启动上料5s后开始下料,每次启动下料5s后启动初级搅拌机,设搅拌机时间依次为:
搅拌机A30s,搅拌机B45s,下料10秒后启动C搅拌机,设定搅拌时间为70s,设置每次下料时间依次为1#原料15s,2#原料30s,3#料45s,4#原料30s。
下料开始时1-4#皮带同时启动,下料5s后启动初级搅拌机,与此同时启动5#、6#皮带。
1#原料上料时间间隔为800s,2#原料上料时间间隔为500s,3#原料上料时间间隔为300s,4#原料上料时间间隔为500s,1#原料每次上料时间为24s,2#原料每次上料时间为30s,3#原料每次上料时间为27s。
4#原料每次上料时间为30s。
原料及配比设置:
设置4种原料,分别定义为1#、2#、3#、4#原料,各原料配方比依次为1:
2:
3:
2。
预期效果:
正常启动后,各料仓开始上料,上料5s后开始各料仓的下料,与此同时,1-4皮带启动运行。
各料斗的下料时间到时停止下料。
下料5s后启动初级搅拌机,10s后启动搅拌机C和5#、6#皮带,进行各自的搅拌和输送。
时间到时停止各自的搅拌。
搅拌机C停止时启动放料,放料时间到,停止放料,一个循环结束。
故障处理:
当某个部分发生故障时,可同时停止各个部分的运行,暂停计数器的计数,故障排除后,按恢复按钮后,各部分接着进行,保证了物料配比的准确性。
配比物料的调整:
由于某种原因,可能临时需要调整物料的种类,例如取掉1#原料进行配比,这样只需要控制1#原料的上料和下料及1#皮带的运行,这样可以根据不同的要求取舍各个原料来进行配比。
气力上料装置及原理
根据设备组合情况的不同,气力输送装置一般可分为吸气式、压气式和混合式三种基本形式。
吸气式气力输送装置如图2.1所示。
图2.1所示为固定式码头吸粮机,它是吸气式气力输送装置的一种形式。
从图中可以看出,物料的输送都是在风机的吸气管道一侧进行。
当风机开动后,在风机的吸气管道内造成一定的负压。
这时在管道外面的空气就被大气不断地压入管道。
与此同时,物料也被空气带动通过吸嘴进入管道,并被输送至卸料器。
在卸料器中,物料和空气分离,然后从卸料器底部的关风器排出。
空气则经除尘器和净化后进入风机,然后排人大气。
或再经一道除尘器二次净化后排人大气,这种输送方式的特点是:
1、可以从几处同时吸取物料,输送到一处集中。
2、适宜于堆积面广,或装在低处深处物料的输送。
图2.1吸气式气力输送装置
3、只要有空气吸入口,就能很容易地把管道伸入到一些狭窄的地方(如料斗下部),吸
取物料进行输送。
4、在输送过程中,没有灰尘飞扬,供料口可以敞开,供料和输送可以连续进行。
5、由于输送气流的压力低于大气压力,水分容易蒸发,所以对水分多的物料比压气式
容易输送。
图2.2为压气式气力输送装置。
图2.2压气式气力输送装置
压气式气力输送装置中,物料的输送都在压气管道一侧进行。
输料管内的空气压力大于周围的大气压力,因此也叫正压输送或压送。
当通风机1开动后,管道2内的压力便高于大气压力。
为了使料斗3中的物料能进入管道2中去,在这里装有供料器4。
物料进入管道后,即被气流输送至卸料器5中,使物料与空气分离,并由关风器6排出。
空气则经除尘器7净化后排入大气[5]。
3.2配料系统程序的具体分析
3.2.1系统程序的指令介绍
(1)定时器指令,如图3.1所示。
格式:
LD计数输入符号:
TIMN
定时值:
SV
图3.1定时器
N是定时器的编号,其取值范围:
000
N
255。
定时器设定值SV由4位BCD码组成,取值范围为0—9999,可以是#、SR、HR、IR、AR、LR、DM。
当SV不是BCD数或间接寻址DM区不存在时,ER标志位(25503)置“1”。
TIM指令的功能:
从输入条件为ON时刻开始定时,定时时间为SV*0.1。
定时时间到,定时器输出的常开触点位ON,且保持;当输入条件变为OFF时,定时器复位,其输出常开触点变为OFF,并停止定时,其当前值PV恢复设定值SV[7]。
(2)计数器指令,如图3.2所示。
格式:
LD计数输入符号:
CNTN计数输入端:
CP
LD复位输定时值:
SV复位端:
R
CP
R
图3.2计数器
N是计数器的编号,其取值范围:
000
N
255。
SV是计数器设定值,必须是0---9999之间的BCD码(十进制数),其取值区域:
#、SR、HR、IR、AR、LR、DM。
当SV不是BCD数或间接DM区不存在时,ER标志位(25503)置“1”。
计数器功能:
计数器CNT指令有CP和R2个控制端。
其中CP为计数脉冲输入端,R为复位端。
只要复位端R为ON,计数器就复位,其常开触点为OFF时,且停止计数,当前值PV恢复为设定值SV。
当复位端R为OFF时,计数器进入计数状态,每当从CP端输入1个脉冲(上升沿控制),计数器的当前值就减1,当计数器的当前值减为0000时,计数器的常开触点就闭合(为ON)且保持。
计数器具有断电保持功能[7]。
3.2.2配料系统程序的端口设置
表3.1输入输出端口明细表
输入端口
地址设置
输出端口
地址设置
电源开启
00000
1#鼓风机
01000
电源关闭
00001
2#鼓风机
01001
故障排除开启
00002
3#鼓风机
01002
故障停止
00003
4#鼓风机
01003
故障停止
00004
1#下料机
01004
故障停止
00005
2#下料机
01005
故障停止
00006
3#下料机
01006
1#原料停止
00007
4#下料机
01007
1#原料恢复
00008
1#皮带
01100
2#原料停止
00009
2#皮带
01101
2#原料恢复
00010
3#皮带
01102
3#原料停止
00011
4#皮带
01103
3#原料恢复
00100
搅拌机A
01104
4#原料停止
00101
搅拌机B
01105
4#原料恢复
00102
5#皮带
01106
1#2#料同时停
00103
6#皮带
01107
1#2#料恢复
00104
搅拌机C
01200
3#4#料同时停
00105
5#鼓风机
01201
3#4#料恢复
00106
电动阀门
01202
输入端口主要是PLC为接受操作人员或者一些传感器的信号而设置的端口,比如说电源开关就属于人工输入的,还有故障停止输入也是输入的,当整个系统的某部分发生故障时,只要按下此键,即可暂停整个系统的运行。
输出端口是PLC为给一些电器发出控制信号而设置的端口。
比如说鼓风机,只要PLC给连接鼓风机的端口置一,那么鼓风机的电源开关就会闭合,使鼓风机处于工作状态,其他与此类似。
本控制系统有19个输入点,19个输出点。
具体的输入输出分配如表3.1所示。
Y
Y
N
图3.3上料流程图
如图3.3的流程图所示。
电源打开后开始上料计时,同时也开启上料。
上料计时到停止上料,开始上料间隔计时,上料间隔时间到,又开始下一轮的上料。
用计数器CNT000来控制上料时间,用CNT001来控制上料间隔时间,电源开关闭合后,CNT000开始计数,此计数器处于闭合时开始上料。
时间到启动上料间隔定时器,同时停止上料。
间隔定时到,给CNT000复位使得此计数器再次计数。
Y
N
图3.4下料流程图
下料流程如3.4所示。
电源闭合后,开始定时5S,由于初次下料时,料斗的料为空,所以延时5S下料。
延时时间到,开始启动下料计数器,在下料计数器为闭合时开始下料,时间到,停止下料。
直至放料结束后给下料计数器复位,开始下一轮的下料。
Y
Y
N
N
图3.5搅拌流程图
搅拌流程如图3.5所示,电源开关闭合后,开始定时10S的计数,时间到开始搅拌机的运行,同时进行搅拌计数,搅拌计数时间到,停止搅拌,直至放料结束后才给复位。
在满足条件时进行下一次的搅拌过程。
3.2.4部分梯形图分析
以上是1#原料的上料控制程序。
CNT000控制每次的时间,CNT001控制每次上料的时间间隔。
当电源开关打开后,每个计数器都复位,CNT000,CNT001开始计数,同时开始上料,上料料结束后,CNT001继续计数,到达设定的时间,CNT000又开始计数,上料。
以上为1#原料的下料控制程序。
当设定的下料延时时间,即TIM020到,开始下料,端口01004启动。
下料计数器CNT011开始计数,计数时间到,停止下料,01004关闭。
以上为搅拌机A的搅拌控制程序。
定时器008到,开启搅拌,计数器015开始计数,01104端口启动,计数时间到,停止搅拌,01104关闭。
通过上述的分析以及思路和方案的设计,使程序设计有层次、有条理、简单易懂。
自动配料程序详见附录A。
4.3系统的运行
上料:
电源启动后,开始上料,给料斗按照设定值进行上料,同时按照设计的间隔时间进行循环上料。
1#原料每隔800s上料一次,每次上料时间为24s。
2#原料上料每隔
500s上料一次,每次上料时间为30s。
3#原料每隔300s上料一次,每次上料时间为27s。
4#原料每隔500s上料一次,每次上料时间为30s。
下料:
初次启动,上料5s后开始下料。
#原料15s,2#料30s,3#料45s,4#料30s,下料开始,1#、2#、3#、4#皮带同时启动。
搅拌:
每次启动下料5s后启动A、B搅拌机,搅拌机时间为搅拌机A30s,搅拌机B45s下料10秒后启动C搅拌机,搅拌时间为70s。
搅拌时间到自动停止个搅拌机,皮带照常运行。
放料:
C搅拌时间到,启动电动阀门和5#鼓风机,开始放料,20s后自动关闭电动阀门和5#鼓风机,又开始下料。
自动配料系统的组态运行效果图详见附录B。
结论
本设计利用可编程控制器PLC来实现配料的自动控制系统,并且用可编程逻辑控制器PLC和世纪星组态软件有机结合来实现配料可视画面的自动控制。
在设计动态画面时,由于客观原因,不能用梯形图程序来驱动画面,改为用相似于C语言的程序来驱动。
只是把梯形图的逻辑关系转换为用这种语言来表示,基本上能实现梯形图的逻辑功能。
在组态运行时,由于只是表示期间的逻辑关系,没能与现实的设定时间相一致,这也是出于方便考虑。
在设计组态软件时,遇到了难以解决的问题,比如说物料的流动表示,搅拌机的搅拌动画不太明显等等,都采取了替换的方式,用流体表示物料来实现物料的流动,在搅拌动画设计中,设计了用叶轮来表示搅拌动画,具体设置100ms一个脉冲,这样搅拌动画就很明显了。
在设计软件时,同样碰到了这样那样的问题,比如说上料时间和上料间隔时间的互锁,经过努力思考,最终得以解决.
小的问题不可避免,但本系统从整体上来说,行安全可靠、人机界面好、操作简便快捷、系统性能稳定。
PLC与计算机集结合起来构成的配料的自动控制系统,集PLC配置的灵活性、工控计算机强大的数据处理能力、控制网络的数据传送能力、良好的系统开放性、相对低廉的硬件成本、较高的性能价格比等诸多优秀特点于一体,是中、小生产过程自动控制系统的一个很好的选择。
系统基于PLC和组态软件的自动配料控制系统利用了PLC抗干扰能力强,适用于工业现场的特点,而组态监控软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,其强大数据处理和图形表现的能力可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。
但是本系统也依然存在着一些问题,而且有很多是在实验室很难发现的问题。
尽管系统设计时,硬件设计和软件设计上都采取了多种措施来提高容错能力,但有时组态软件和PLC也会发生一些连接和控制上无效的故障。
在设计过程中由于自己在设计和实际工业中的经验还不丰富,以及对PLC和组态软件运用还不够熟练,所以设计的PLC程序和组态软件部分编程有些还不是很完善。
还需要不断的努力进一步的提高。
自动配料程序代码:
附录B
世纪星运行效果图:
附录C
配料系统世纪星运行程序:
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