混凝土搅拌站自动化控制系统毕业论文(编辑修改稿)

混凝土搅拌站自动化控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

以下基本原则 : ①根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等的要求 ,选择电动机类型。 ②根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求 ,考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩 ,合理选择电动机容量 ,并确定冷却通风方式。 同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。 ③根据使用场所的环境条件 ,如温度 ,温度 、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等 ,考虑必要的防护方式和电动机的结构型式 ,确定电动机的防爆等级和防护等级。 ④根据企业电网电压标准和对功率因数的要求 ,确定电动机的电压等级。 ⑤根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求 ,以及机械减速的复杂程度 ,选择电动机的额定转速。 除此之外 ,选择电动机还必须符合节能要求 ,并综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。 综上所述，可以选用 YVF 系列 三相异步电动机 该系列电机是在 Y2 系列电机的基础 上，开发设计的通用型变频调速电机 ， 能与目前市场上不同厂家的变频器良好地匹配，变频范围 5100Hz 或 3100Hz。 YVF 系列频调速电机和变频器配套使用，具有效率高，噪声低，节能效果明显，驱动平稳，变速范围广，快速响应性能优良等特点，可广泛应用于数控，纺织，冶金等要求高精度调速的场合，也可应用于以节能为目的的风机水泵类负载，单机平均节电率可达 3060。 山东科技大学 19 旋转编码器 旋转编码器 旋转编码器是用来测量转速并配合 PWM 技术可以实 现快速调速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电 脉冲 以数字量输出（ REP）。 它分为 单路 输出和双路输出两种。 技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。 单路输出是指旋转编码器的输出是一组 脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组 A/B 相位差 90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 旋转编码器是用来测量转速的装置。 旋转编码器直接与旋转轴连接时，可以测定旋转圈数，即每转一圈会发 出 一 定 数目的脉冲信号，这样就可以根据脉冲数的多少计算出旋转的圈数。 它分为单路输出和双路输出两种。 技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有）山东科技大学 20 和供电电压等。 单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差 90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 其 工作原理 由一个中心有轴的光电 码盘 ，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取 ,获得四组正弦波信号组合成 A、 B、 C、 D,每个正弦波相差 90 度相位差（相对于一个 周波 为360 度），将 C、 D 信号反向，叠加在 A、 B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个 Z 相 脉冲 以代表零位参考位。 由于 A、 B 两相相差 90 度，可通过比较 A 相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低， 但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率 — 编码器以每旋转 360 度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度 5~10000 线。 本 次设计采用旋转编码器来采集搅拌机电动机的转速，并将转速传给数据采集卡。 数据采集卡 山东科技大学 21 数据采集卡 采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用 图像采集 卡 、 视频采集卡 、音频采集卡（比如 声卡 ）、 数据采集卡 等。 由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集 卡、动态视频采集卡。 所以采集卡又称 视频捕捉卡 ，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。 很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。 视频采集卡，英文全称为：“ Video Capture Card” ，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。 数据采集 (DAQ)，是指从 传感器 和其它待测设备等 模拟 和 数字 被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到 上位机 中进行分析，处理。 数据采集系统 是结合基于 计算机 或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的 测量系统。 数据 采集卡 ，即实现数据采集 (DAQ)功能的 计算机 扩展卡，可以通过 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、山东科技大学 22 火线 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash、 48 23 以太网 、各种 无线网络 等总线接入 个人计算机。 本次设计采用 PCI1710UDE 采集卡 ,其基本特点有 : 100KS/s， 12 位高增益， PCI 总线数据采集卡 16 路单端或 8 路差分模拟量输入 , 或组合方式输入 12 位 A/D 转换器 , 采样数率可达 100 kS/s 板载 4K 采样 FIFO 缓冲器 每个输入通道的增益可编程 在本次设计中，采集卡是最核心的硬件，选用研华公司的PCI1710UDE。 它将采集旋转编码器的输出值作为其输入值，可以选择输出数字量，通过 PC 机的程序转换成电压值从而与实际电压值一起作为 PID控制器的输入。 采集卡接线盒 采集卡接线盒 NI CB68LP 作为带有 68 个螺栓端子的低价位终端附件 ，能轻松连接现场 I/O 信号和 68 针数据采集产品。 该附件包括一个 68 针公口 SCSI 连接器，可直接连接于 68山东科技大学 23 针电缆。 接线盒提供支架，方便桌面使用，或安装在用户自制的面板上。 CB68LP 有一个垂直放置的 68 针连接器。 硬件接线图 首先将 PCI1710UDE 安装好，连接好接线盒，通过查取 PCI 采集卡相关资料可知：输出电压信号为 56 和 22 端口， 56 接变频器端口 5， 22 接变频器端口 2， Y0 接变频器端口 STF， Y0 端 COM 口接变频器端口 SD， X0接旋转编码器端口 A， X0 端 COM 口接旋转编码器端口 0，旋转编码器端口 24V 接电源 24V 端口，计算 机监控软件直接与采集卡通信 ，用导线把变频器、 交流异步电机 和电源相连便组成了一个闭环控制系统。 4 系统软件介绍 虚拟仪器简介 PC 机监控软件 并插 入采集卡 FRS500 变频器 搅拌机电机 旋转编码器 PID 控制器 山东科技大学 24 虚拟仪器的 90 年代提出的新概念。 虚拟仪器（ Virtual Instrument,缩写为 VI）就是在通用计算机上加上一组软件或硬件，使得使用者在操作这台计 算机时，就像是在操作一台自己设计的专用的传统的电子仪器，其实质是 充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。 虚拟仪器 技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高 效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 这也正是 NI 近 30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。 在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。 任何一个使用者都可以通过修改软件，很方便地改变或增减仪器系统的功能与规模，所以有 “ 软件就是仪器 ” 之说。 虚拟仪器又被称为继电磁式仪器、智能仪器之后的第 3 代仪器。 第 1 代电磁式仪器的原理只要以电磁 感应和机械传动为主；第 2 代智能仪器的主要标志是含有单片机等计算机硬件设备或一些固化的软件，而虚拟仪器是以软件开发仪器为主，硬件只是一个安插在计算机内的数据采集卡，起到模 /数转换或数 /模转换的作用，仪器的其他显示、分析、计算等数据处理功能全部通过软件编程来实现。 随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。 虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。 虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法，代表了测量与控制技术的 未来发展方向。 虚拟仪器技术利用一种硬件投资，开发多种功能，实现一机多用与功能复合。 美国 NI 公司，作为虚拟仪器的倡导者，其软件产品为虚拟仪器技术提供可强大的支持。 虚拟仪器图形化开发环境 LabVIEW，集成了对硬件产品的强大支持，数据流驱动方式的软件结构，便于数据采集系统的快速并行开发。 山东科技大学 25 传统台式仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的有一个封闭结构，他有固定的输入输出接口和仪器操作面版，每种仪器实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。 从一般的仪器设计模型看，一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显 示等几部分功能模块组成的整体。 因此，可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，这就是虚拟仪器设计的核心。 与传统仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。 一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难，采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计自己的仪器系统；另一方面，用户可以将一些先进的数字信 号处理算法应用于虚拟仪器设计，提供传统台式仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。 虚拟仪器技术目前在国外发展很快，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，虚拟仪器技术广泛应用于测试与自动化的各个领域。 目前，比较流行的虚拟仪器软件开发环境大致有两类：一类是基于文本的编程语言，如 C， Visual C++, Labwindows/CVI, LabVIEW, HP VEE 是针对虚拟仪器和测控领域专门设计，编程直观、开发效率高。 虚拟仪器内部功能 山东科技大学 26 图 35 内部功能 虚拟仪器系统框图 计算机上开发虚拟仪器的软件开发环境包括 NI 的 LabVIEW、 LabWindows/CVI ， Microsoft 的 Visual Basic(VB) 、 Visual C/C++(VC/VC++)， HP 公司（现在的 Agilent 公司）的 HP VEE 等 系统框图 山东科技大学 27 labview 概述 美国 NI 公司的创新软件 LabVIEW，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，并已发展成为测试与测量领域的工业标准。 LabVIEW 整合了与 GPIB， VXI， RS232， RS485 以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能，可以方便的构建基于上述硬件设备的实际数据采集系统。 同时 LabVIEW 内置了 TCP/IP， ActiveX 软件标准库函数，使其与其他系统的交互简单易行。 LabVIEW 开发的程序之所以被称为“虚拟仪器”（ Vis， Virtual Instrumengts），是因为它能够很容易地开发出形如传统仪器面版的界面，并通过数据接口卡完成传统仪器的功能，人们通过操作计算机界面上的旋钮或开关，就可以实现各种功能的控制，就象操作真实的仪器一样。 由于 LabVIEW 的广泛 应用，大部分硬件厂商的产品都针对 LabVIEW 提供了专门的应用接口， 使得应用 LabVIEW 可以方便的同其他厂商的硬件产品进行交互。 而 LabVIEW 与一般硬件的交互，主要是通过数据采集驱动软件（ NI DAQ Driver Software）得以实现的。 LabVIEW 程序，即虚拟仪器 (VIs)，主要包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标 /连接器。 程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。 在程序前面板上，输入量被称为控制（ Controls），输出量被称为显示（ Indicators）。 控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。 每一个程序前面板都对应着一段框图程序。 框图程序用 LabVIEW 图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。 框图程序由端口、节点、山东科技大学 28 图框和连线构成，其中端口被用来同程序前面板的控制和显。