旋转式水泥包装机电气控制系统的研究与设计毕业设计论文(编辑修改稿)

旋转式水泥包装机电气控制系统的研究与设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

所以我们就可以容易的计算出在等效模型 中不同的参数地值，由此，我们也就可以知道了系统的传递函数， G（ s） =（ 500/6s+100） *（ +299），求得的反馈值为 [7]。 这样也就可以知道了实际地等效原理图。 计量系统的简介 计量系统在水泥包装机的应用 在旋转式水泥包装机控制系统当中，计量系统系统是其中的一个非常核心的部分，它对精度的控制直接影响了出厂的水泥是否达到了出厂的重量，是否达到了出厂的要求。 我们以单片机 C52 为核心，设计出了一个高精度，抗干扰能力强的计量系统。 如图 28为计量系统的构成框图， 整个系统基于单片机信号采集与处理的条件下进行控制动作。 K f A m++fM3 7 5C D 178。 sn（ s ）P I 调 节 器 变 频 器三 相 异 步 电 动机+反 馈输 入n广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文） 9 图 28旋转式水泥包装机系统结构图 在我国，在水泥生产这一领域，在一些经营了很多年的老厂，使用的计量装置都还是机械称以及电子称。 经过那么多年的使用，我们也发现了它们在生产过程当中的很多的不足。 机械称靠机械的位移来控制物料的流入，这种方法太古老，太原始，因为机械装置在生产的过程当中自身就有很多设计的缺陷，这肯定多多少少都会影响到称的精度。 机械称的工作原理需要用到杠杆原理，但是杠杆工作久了会引起摩擦，而大大降低了杠杆动作的速度。 而用来检测杠杆的运动的位 置的时候用到的是接近开关，而在水泥生产的恶劣环境来说，接近开关往往比较容易损坏，寿命比较短，电参数总是不太稳定，这样接近开关往往就得不到应有的作用。 在水泥包装行业，生产的环境不太好，如果使用电子称来计量的话，电子称遇到的干扰因数会比较多，这样就有可能导致电子称在计量时出现死机或者计量达不到应有的精度。 所以我们为了增强包装机的计量精度，以及让整个系统在面对干扰时不那么容易出现错误，设计出此系统。 计量系统在水泥包装机系统中是这样工作的：检查系统设备是否正常，是否存在备妥信号，设备如无异常，则可正常开机，旋转 式水泥包装机开机运行，插袋工作靠人工操作，插量系统把原有的皮重数值清零，这时下料器下的闸板被打开，叶轮电机开始工作旋转，水泥料往下灌装，在这个时候，计量系统不断的接收着称重传感器传S T C 8 9 C 5 2P 1 . 0 P 1 . 1光 耦 光 耦固 态 继 电 器 控 制 输 出闸 板 叶 轮 电 机控 制 机 构掉 袋 控 制机 构P3.2P3.3P3.4P3.5键 盘 显 示 接 口键 盘 6 位 L E DP1.3P1.2P0.7P0.0光 耦„ „A D 转 换 器„ „称 重 传 感 器第 一 级 放 大第 二 级 放 大光 耦 光 耦插 袋 位 信 号 掉 袋 位 信 号广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文） 10 来的物料袋的袋重信号并通过显示屏显示出来。 当水泥袋重达到事先的设定值之后，下料器下的闸板立即关闭，叶轮电机也随之停止运行，完成停止下料步骤。 此时旋转式包装机处于正常工作状态不断旋转，当灌装好的水泥袋转到预设的位置时，计量系统收到信号而驱动掉袋装置进行推包，使包装袋掉入输送皮带，袋装水泥的包装过程到此完成。 在此计量系统中还包含了一个 显示频和一个按钮键盘，显示频用来显示数值，按钮键盘用来修改数据，输入袋重值以及其他标准值等。 计量精度的分析 老式包装机的缺点：（ 1）还采用 8位的 AD 转换器，测量精度不够，显示精度只能够达到 ，计量精度只能达到 ；（ 2）零点地调节，称重数值的设定与改变都是通过电位器来调节，可是水泥厂粉尘多，污染大，电位器容易损坏，不够稳定；（ 3）抗干扰能力差，干扰信号容易通过检测信号线串入，且大型设备的开停容易产生电压波动，影响计量系统的稳定性。 影响袋重的因素有：（ 1）称量机构的弹簧片出现松 动，称体和包装机之间有接触，或者位置出现不对称，导致包装机称重偏大或出现数值飘移；（ 2）出料口应与出料管垂直，以免在出料时被挤压的压力过大，影响精度；（ 3）供料系统要均衡，下料仓内的气压要保持稳定，保证气动装置能够准确动作，保证精度。 （ 4）滞后时间产生的影响：当达到袋重时，传感器输送信号给微机，微机再给出关闭下料闸板需要一定的时间。 如果采样不够准确与迅速，时间过程会影响计量的精度。 改进策略分析：（ 1）使用分辨率为 12 位的 AD 转换器，这样显示分辨率就能达到 10g，称重漂移值＜ 10g；（ 2）采用电磁铁控制 闸板，当袋重达到 80%时，关掉第一个闸板，降低水泥灌装速度，这样当达到袋重关闭第二块闸板时，水泥袋误差就能最大限度的减小；（ 3）在单片机设计中设置自动清零功能，保证零点的准确性（ 4）调整下料机构拉杆的长度，使闸板卡轮卡块处在最佳的间隙，这样可以大大的减少滞后时间，提高计量精度；（ 5）要保证闸板的质量，经常检查闸板的磨损情况，保证闸板能够自由开合；（ 6）要确保旋转拐臂轴承转动的灵活性，调整开启拉杆的高度；（ 7）电磁铁要垂直安装，不能够倾斜，倾斜将会影响电磁铁的往复运动，延长滞后时间，所以电磁铁的安装很重要。 在本文的研究中，我们将在最后两章重点介绍计量系统的设计。 广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文） 11 包装机 PLC 的选型 PLC 全名为可编程序控制器，由四个部分组成：分别是 CPU、存储器、 I/O 口和部分可选配件。 CPU、存储器、 I/O 系统是 PLC 的最基础的组成部分，是 PLC 完成各种控制功能必不可少的组成部分。 而其他可选的部件主要有：外存储器、通讯接口、扩展接口等，它们主要的功能是存储程序、编程、进行系统扩展和系统功能测试等等 [8]。 CPU 作为 PLC 最核心的部分，能够准确快速的处理字节的指令，对系统起到有效的控制作用。 而 I/O口能够进行电平交换、电气隔离、转换串型和并型数据，并能够对外提供一些驱动能力，它是 CPU 模板和外部的开关量讯号之间的接口。 对模拟的 I/O 接口的输出部分来说，它的主要功能是能够实现阻抗的匹配，波形的校正功率的放大。 对输入部分来说，它的功能是将来源于受控对象的仿真量，变成可编程序控制器能够识别和处理地数字量。 PLC 经过多年的发展，现在在市场上种类繁多，功能不一。 按照 PLC 地 I/O 点地数目，我们可以把可编程序控制器三种，第一种我们称作小型机， I/O 点的数量最多为 256点，没有模拟量。 第二种我们称作中型机 ， I/O 点的数量在 256— 2048 点之间，模拟量的数目在 64— 128 之间。 第三种我们称作大型机， I/O点的数量为 2048 点以上，模拟量的数目在 128— 512 之间 [9]。 为了方便用户在实际应用时根据自己的需求来配置，在进行具体的功能设计选择时，一般采用模板式的结构。 而对于一些小型机而言，它们的配置比较固定，一般会把它们制作成一体机，供给成套设备来用。 而对于大型机而言，它们的电源、 CPU 都是需要做热备份的。 下图 29是小型的 PLC 的结构框图。 图 29 PLC结构图 电 源输入单元输出单元编 程 器用 户 程 序 存储 器系 统 程 序 存储 器中 央 处 理 单元可 编 程 控制 器接 触 器 线 圈指 示 灯电 磁 阀 线 圈按 钮接 触 器 触 点行 程 开 关广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文） 12 可编程序控制器的扫描周期分为三个部 分，第一个阶段是输入信号的采样部分；第二个部分是程序执行地读取部分；第三个部分是输出信号地刷新部分 [10]。 关于可编程序控制器 PLC的输入信号地采样，它地整个采样地过程是，将全部地保存在输入锁存器当中地输入端子地同断状态，通过 PLC 特有的扫描方式按循序来扫描，读取程序，把它们分别输入寄存器，也被称为输入刷新。 之后就关掉了输入地端口，随后开始程序的执行阶段。 对于 PLC 的程序执行阶段，它的工作过程是，对于 PLC 程序执行阶段，其工作过程是，根据命令，存储用户程序指令，扫描，并执行每个指令后，操作，和后处理，然后， 它的输出写入状态寄存器，一步一步的阅读，输出状态寄存器的内容也跟着变化。 对于程序地输出刷新阶段，它的工作过程是，在全部的指令执行结束之后，输出状态寄存器的通断状态被输送到输出的锁存器当中，之后通过不同的方式进行输出，驱动相应的输出设备进行工作。 要想设计一个 PLC 系统，我们首先要做的就是先确定这个系统的控制方案，第二部要进行的就是 PLC的选型。 设计和选型主要是基于一些工艺设计的要求和系统的实际应用来完成。 所选的 PLC 一般选择在同行业当中有过使用经历，比较可靠稳定的系统，它应该易于与本生产系统形成一个标准的整 体。 PLC 的系统硬件与功能应当实际的环境和系统的规模相符合。 可编程控制器的功能图，了解，并将使用适当的编程语言，可以缩短设计时间，所以我们进行设计选型，要仔细的分析系统的工艺流程，了解流程的每一个点，和控制要求，根据这些，大概算出输入输出的点数或内存需求，确定 PLC 可以实现的功能，和外部设备的特点。 可以按照价格来分析选择，以满足性价比的要求。 在选择 I/O 点数的时候，应当在正常的输入输出点数的基础上，增加 10%— 20%的余量，作为最终的点数估算数据 [11]。 综合旋转式水泥包装机的系统工艺流程和技术特点来考虑， 以我们以最具性价比的方式选择了由西门子公司生产的 S7— 200系列的 PLC，由统计资料可以知道，这个控制系统需要的 I/O 点有： 38 个开关量输入，38 个开关量输出， 3个模拟量输入，两个模拟量输出。 根据 I / O 实际点，我们可以知道，它需要的模块如下： 1 个模拟混合输入输出模块， 3 个数字组合继电器输出模块， 38 个开关量输入（包括料位器信号输入，自保运行输入）， 38 个开关量输出（包括系统的信号报警和运行指示等）。 还需要一个速度调节模拟量输入，一个速度反馈模拟量输入 [12]。 一个模拟量输出，这个模拟量输出用于调节旋转式 包装机的主轴转速的变频器。 由此，我们可以得出下图 210，旋转式水泥包装机 PLC 控制系统地主机硬件组成。 广西科技大学鹿山学院本科生毕业设计（论文） 13 图 210旋转式水泥包装机 PC控制系统主硬件组成 控制系统的实验 实验的目的是为了检验系统各个环节的功能，以保证它们能像预期的那样能够执行指令进行正常操作。 我们把实验的内容分为十一步，分别如下： 第一步：按下绿色启动按钮 1，检查启动的顺序是不是正确，指示灯是否有显示。 启动顺序：运行振动筛，等待 6s 之后运行斗式提升机，再经过 6s 之后，水泥输送电机运行。 第二步：按下红色的停止按钮 1，检 查停止的顺序是不是正确，指示灯是否有显示。 停止顺序：刚开始是水泥输送电机停止运行，经过 6s 之后，斗式提升机停止工作，再经过 6s 之后，振动筛也自动停止工作。 第三步：按下红色的紧急停止按钮 1，查看全部设备是否停止工作。 第四部：实验性的把中间仓料位升高，使它超过设定的标准信号值，查看生产系统的设备有没有按顺序停止工作，高料位信号指示灯是否正常显示。 第五步：实验性的把中间仓的料位降低，使它低于所设定的标准信号值，查看系统的设备有没有按顺序正常开机，检查低料位信号灯是否正常显示。 第六步：按下绿色启动按钮 2，检查启动 的顺序是不是正确，指示灯是否有显示。 启动顺序：首先启动皮带输送电机，经过 6s之后清包机运行，再经过 6s 之后理顺机运行，再经过 6s 之后，卸包机工作，经过 6s 之后，旋转式包装机运行，再经过 6s 之后，下料机开始下料。 第七步：按下红色的停止按钮 1，检查停止的顺序是不是正确，指示灯是否有显示。 停止顺序：停止下料机，下料。