基于plc的电子称重及定量包装控制系统设计

基于plc的电子称重及定量包装控制系统设计内容摘要：

停、功能切换、工况检测、数据输入与修改、运行状态、故障报警等 ,使参数组态变得更为方便；检测元件检测料计量、投料结束信号，以及各部分的动作完成情况； PLC 自动循环扫描各个输入输出点的当前状 态 ,并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态 ,通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机的启停和气缸的动作 ,从而完成从自动进料到称重 .包装接受全过程的自动控制。 传感器的选择 称重传感器从受力方式上可分为压式和拉式传感器，拉式传感器在包装机上安装简便，积灰少，维护方便，本方案选用全密封拉式传感器，型号为 SHK—4型，主要技术性能为： (1)非线性度，不重复度及滞后误差： %FS； (2)输出灵敏系数：满量程时 /伏； (3)激励电压： 6～ 12伏直流。 传感器的安 装数量根据 G4201型包装机托袋架安装位置确定。 原机托袋架是由两个支点与定重支架相连接，本方案每个托袋架采用两个拉式传感器，分别安装在支点上方。 当电子称重装置故障后，能迅速恢复原机计量功能。 传感器容量 河南机电高等专科学校毕业设计论文 10 的选择原则为： NWWnmKC )(  式中： C——单个传感器容量； Wnm——净重最大值； K——冲击系数 (一般取 )； W——托袋架自重； N——传感器个数。 由现有设备和生产工 艺，已知： Wnm=50千克， N=2， W=48千克， K=。 将已知数代入上式得： C=。 选容量 75千克传感器可以满足要求。 显示仪表的选配 本方案选用 MD－ Ⅱ 型数字表作为称重显示仪表，数字显示仪表准确度高，读数方便，抗干扰性强。 其主要技术性能为： （ 1）显示范围： 0～ 177。 1999 (2)精度： %(177。 1个字 )； (3)设定值误差： %FS； (4)工作环境温度： 10～ 50℃ ；湿度 85%。 该仪表显示范围为 “500”，精度在 177。 1 个字时，误差值 为 177。 ，且具有信号输出，满足生产工艺要求。 安装及调校 1 .安装 传感器安装在托袋架上方，上用螺杆吊挂在机体上，下用调整螺杆与托袋架连接。 将机内定重砣用铁板垫高，使定重支架前端下移，刀子与刀承脱离接触，传感器承受托袋架全部重量。 安装时要注意调整托袋架的平衡、垂直，使作用力的方向与传感器的受力轴线相吻合。 显示仪表和控制元件安装在控制箱内，控制箱置于距包装机 2米以外的支架上，既可防止机械振动对仪表产生影响，又便于操作人员观察。 控制部分采用双 河南机电高等专科学校毕业设计论文 11 向可控硅元件，目的是避免电磁干扰。 传感器 与显示仪之间的联接，采用多芯屏蔽电线，防止交流电磁干扰。 (1)空载校正 :空载校正是在传感器只承受托袋架重量时进行，用数字电压表测量传感器输入、输出电压。 调整稳压 电源 使传感器输入电压一致，调整传感器受力尽可能使输出电压相接近，凋整显示表使数字显示为零。 (2)加载调整 :定重包装 (50千克 )，对定重点以外准确度要求并不严格，在实际调试中，仅对 50177。 2千克的量值范围进行校正， 当加载 50千克砝码时，调整显示仪使数字显示为 “500”，然后反复进行增量、减量和零值调整，使显示值与砝码值之差在误差范围内。 本方案称重装置不是成套产品，显示器也无量纲标志，调整时若发现显示值与砝码值相差较大，可通过零值迁移和调整放大倍数等方法，使显示值与砝码值保持不变的比例关系。 (3)定值设定 :放料的冲力和控制机构滞后性的影响，实际设定值要小于定重值，提前量多少，要在实际运行中确定，一般在。 电子称重装置的称重误差主要来自四个方面，即：称重传感器误差、测量仪表误差、 机械传力误差和动态称重误差。 在设计本系统时，我们仅对传感器和测量仪表引起的称重误差进行了计算，然后对照包装机允许差值进行分析确定，其计算式为：  )21(0 AATQ  式中： |Δ|——称重误差 (绝对值 )； Q0——砝码重量值； δ——传感器和测量仪器的综合误差； σT——传感器误差； σA1——测量仪表误差； σA2——定值误差。 包装机允许称重误差 177。 1 千克，由传感器和电测仪表引起的 称重误差仅占允许误差的 11%，给机械传力和动态称重留有充分的允许误差余地。 河南机电高等专科学校毕业设计论文 12 PLC 选型及 I/0的分配 根据称重式自动定量 包装机 的操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的SIMATICS7200 系列 PLC，此系列的 PLC 具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。 所选 CPU 的型号为 CPU 226 AC／ DC／ REL，它提供 24个数字量输入和 16 个数字量输出，输入 ／ 输出接口电路 均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。 并且 2 个 RS485 通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 由于要处理传感器的模拟量输入信号，所以扩展了一个 EM 235 模拟量处理模块，该模块具有 4 路模拟量输入。 POP 文本显示器对整个系统进行过程监控显示以及参数设定等功能，可以通过 PPI 协议和 S7200 系列 PLC 的编程口或扩展通讯口直接通讯。 自动包装机工艺过程由进料、充填、称重、检测、包装几部分组成，包装机控制系统输入信号有：启动、停止及急停信号，安全门开关检测，缺袋检测，定量充填部分信号，动盘到位检测，包装检测。 输出信号有：传送带的启动，袋的加紧与松开，防止加料外漏，定量称重，传送带的运行状态，报警控制，转位电机控制，电机启停控制信号等。 综合上述控制要求，并基于整个控制系统总成本及备用点考虑，本设计选用输入 24点、输出 24点的 PLC 基本单元。 I/O 点分配如表。 表 I/0点分配表 开 始 甲不放料 甲称松袋 放 料 甲 甲称夹袋 甲不放料 甲称运袋 乙秤夹袋 乙称松袋 放 料 乙 乙称夹袋 乙不放料 停 止 乙不放料 输入脉冲 输出脉冲 河南机电高等专科学校毕业设计论文 13 图 PLC接线图 扩展单元 CPU 226本机集成 24输入 /16输出共 40个数字量 I/O 点。 可连接 7个扩展模块，最大扩展至 248路数字量 I/O 点或 35路模拟量 I/O 点。 13K 字节程序和数据存储空间。 6个独立的 30kHz 高速计数器， 2路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 2个 RS485通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 I/O 端子排可很容易地整体拆卸。 用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 /输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 西门子 S7200系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。 S7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 因此 S7200系列具有极高的性能 /价格比。 (1)S7200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力 丰富的扩展模块 S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械， 河南机电高等专科学校毕业设计论文 14 中央空调，电梯控制，运动系统。 (2)S7200系列 PLC 可提供 4个不同的基本型号的 8种 CPU 供您使用。 ① CPU 单元设计 集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）， CPU 221，222具有 180mA 输出， CPU 224， CPU 224XP， CPU 226分别输出 280， 400mA。 可用作负载电源。 ② 不同的设备类型 CPU 221~226各有 2种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 ③ 本机数字量输入 /输出点 CPU 221具有 6个输入点和 4个输出点， CPU 222具有 8个输入点和 6个输出点，CPU 224具有 14个 输入点和 10个输出点， CPU 224XP 具有 14个输入点和 10个 输出点， CPU 226具有 24个输入点和 16个输出点。 ④ 本机模拟输入 /输出点 CPU 224XP 具有 2个输入点 ， 1个输出点。 ⑤ 中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 ⑥ 高速计数器 CPU 221/222:4个高速计数器 （ 30KHz） ，可编程并具有复位输入， 2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为 90176。 的 A/B 相增量编码器 CPU224/224XP/226: 6个高速计数器（ 30KHz），具有 CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/224XP/226:可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。 可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 ⑦ 脉冲输出 2路高频率脉冲输出（最大 20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 ⑧ 实时时钟 例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 ⑨ 块电池模 用于长时间数据后备。 用户数据（如标志 位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约 5天。 选用电池模块能延长存贮时间到 200天（ 10年寿命）。 电池模块插在存储器模块的卡槽中。 ⑩ 编程： CP。