【论文】皮带配料自动称重控制系统 皮带配料自动称重控制系统摘 要是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序配料工序质量对整个产品的质量举足轻重配料系统的恒流量控制采用PID调节流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合依据系统工艺流程介绍了配料系统的流量控制方式和系统控制过程详细讲述了PLC的选型及PLC配料系统变频控制中的硬件设置参数设定和软件设计过程关键词The belt ingredients automatic weighing control systemAbstractBelt ingredients automatic weighing system is a very important process in fine chemical production process the quality of ingredients process is an important quality of the product as a whole This design the sintering machine batching systems for industrial weighing Automatic batching system based on PLC belt ingredients control program for the automatic control of the ingredients The use of PLCs acquisition of analog signals traffic calculation PID regulation and control tasks on the drive motor and other equipmentThe belt ingredients automatic weighing system the constant flow control using PID control flow measurement control is a combination of measurement bias and frequency control Batching system flow control method and system control process in accordance with the system process design detailed account of the hardware settings in the selection of the PLC and PLC batching system inverter control parameter setting and software design processKey words S7-200PLC Frequency Control PID control Constant flow control目 录摘 要I第一章 绪论111概述112设计背景113工艺流程3第二章 皮带配料自动称重系统621设计总体介绍622上位机介绍8com 概述8com 工作原理823恒流量控制介绍9com 概述9com PID调节原理924 西门子S7200简介11com 概述11com 一般特性12com 扩展模块1325 变频器简介15com 概述15com 变频器的基本结构15com 变频器的分类16com 变频器中常用的控制方式1626 皮带电机简介16com 概述16com速与交流调速的优劣比较17com 异步电动机的变频调速原理1827 电子皮带秤简介21com 概述21com成部分22com23com2328光电编码器简介24com 概述24com理24com分类及特点25第三章 控制方案的确定及其实现方法2831设计的总体任务及实现的功能28com重配料系统控制要求28com务2832控制思想的确定2933具体系统设计方案30com 测速环节30com统31comPID调速31com控制环节3234输入输出量统计32第四章 硬件选择硬件接线图及其软件编程3441硬件选择34com的选择34com的选择34com号的处理37com感器的选择38com的选择38com PLC的选择4242硬件接线图44com PLC接线图44com 变频器接线图4743 软件编程见附录48第五章 总结50 绪论11概述近年来国内新建烧结机的配料方法均采用皮带配料自动称重控制水泥冶金陶瓷等工业生产具有配料精确快速产品的皮带配料自动称重控制系统皮带配料自动称重控制系统是指运用各种自动控制技术完成多种原料的称重配比混合运送等相应工艺要求的控制系统稳定性准确性是系统必备的要素该系统在工业生产中常以单片机或者可编程控制器PLC来完成控制功能然而以单片机实现的控制系统在安全可靠及抗干扰的性能上要稍逊色于PLC为此在工业生产中大力开发使用PLC完成控制功能的调速配料系统是非常必要的本设计完成以PLC为控制器的调速配料系统的硬件设计皮带配料自动称重是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序配料工序质量对整个产品的质量举足轻重自动配料控制过程是一个多输入多输出系统各条配料输送生产线严格地协调控制对料位流量及时准确地进行监测和调节系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个计算机控制网络通过现场总线连接现场仪器仪表控制计算机PLC变频器等智能程度较高处理速度快的设备在自动配料生产工艺过程中将主料与辅料按一定比例配合由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量PLC主要承担对输送设备秤量过程进行实时控制并完成对系统故障检测显示及报警同时向变频器输出信号调节皮带机转速的作用a皮带秤自动配料机b皮带秤自动配料系统现场示意图 图11 自动称重配料系统的构成电子皮带秤自动配料系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量从而达到控制各种产品的质量和产量的目的是实现生产过程自动化和智能化企业的科学管理安全稳定生产和节能降耗的重要技术手段皮带传输机的作用主要就是把落在皮带上的物料快速传输到其目的地称重传感器位于皮带下方其作用主要是检测出皮带上物料的重量并将它转化标准成标准的电流信号420mA或者010V电压信号反馈给控制系统测速传感器位于圆盘电机上其作用是检测电机转速以脉冲信号的方式将速度信号反馈给控制系统变频器的作用是主要是调节皮带电机的转速该系统采用PLC实现控制功能主要体现在实现自动控制及PID运算皮带配料自动称重系统21设计总体介绍一个完整的皮带配料自动称重系统主要由配料电子皮带秤仪表控制柜动力控制柜低压开关柜变频器柜现场操作盘工业控制微型计算机及监控管理软件几部分组成如下图所示图1 控制系统结构图上位机是指人可以直接发出命令的计算机一般是PC屏幕上显示各种信号变化液压水位温度等下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机一般是PLC单片机之类的上位机发出的命令首先给下位机下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备下位机不时读取设备状态数据一般为模拟量转换成数字信号反馈给上位机简言之如此实际情况千差万别但万变不离其宗上下位机都需要编程都有专门的开发系统在概念上 控制者和提供服务者是上位机被控制者和被服务者是下位机也可以理解为主机和从机的关系但上位机和下位机是可以转换的工作原理两机如何通讯一般取决于下位机通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议 可以有RS232的串口通讯或者采用RS485串行通讯当用计算机和PLC通讯的时候不但可以采用传统的D形式的串行通讯还可以采用更适合工业控制的双线的PROFIBUS-DP通讯采用封装好的程序开发工具就可以实现PLC和上位机的通讯当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯 通常工控机工作站触摸屏上位机通信控制PLC单片机等下位机从而控制相关设备元件和驱动装置PID算法即比例微分积分法在过程控制中按偏差的比例积分微分进行控制简称为PID控制它是模拟调节系统中技术最成熟应用最广泛的一种调节方式com PID调节原理PID控制就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量进行控制的 PID控制结构图如图22所示图22 PID调节系统框图控制器输入和输出 误差 之间的关系在时域中可用给定公式21表示如下 21公式中E t 表示误差u t 表示控制器的输出为比例系数Td微分时间常数Ti积分时间常数1比例 P 控制比例控制是一种最简单的控制方式其控制器的输出与输入误差信号成比例关系当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差之所以这样是因为只有当偏差信号e不为零时调节器才会有输出如果e为零此时将失去调节作用或者说比例调节器是利用偏差实现控制的它只能使系统输出近似跟踪给定值比例调节系统的稳态误差随比例系数的增大而减小所以要减小误差就要增大比例增益Kc但这样做往往会使系统的稳定性下降2积分 I 控制在积分调节中调节的输出信号u与输入偏差信号e的积分成正比关系即 22式中称为积分速度由式可见只要有偏差e存在调节器的输出会不断地随时间的增大而增大只有当偏差为零时调节器才会停止积分此时调节器的输出就会维持在一个数值上不变这就说明当被控系统在负载扰动下的过程结束后系统的静差虽然已经不存在但输出到执行器的信号将保持不变这与P调节时当e为零时调节器输出为零是不同的当采用积分调节时系统的开环增益与积分速度成正比增大积分速度会增强积分效果使系统的开环增益增大从而导致系统稳定性降低在工程实际应用中一般将比例和积分结合起来组成PI调节器将比例调节的快速反应与积分调节的消除稳态误差相结合从而能收到比较好的控制效果3微分 D 控制在微分控制中控制器的输出与输入误差信号的微分 即误差的变化率 成正比关系自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性组件 环节 或有滞后 delay 组件具有抑制误差的作用其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前即在误差接近零时抑制误差的作用就应该是零这就是说在控制器中仅引入比例项往往是不够的比例项的作用仅是放大误差的幅值而目前需要增加的是微分项它能预测误差变化的趋势这样具有比例微分的控制器就能够提前使抑制误差的控制作用等于零甚至为负值从而避免了被控量的严重超调所以对有较大惯性或滞后的被控对象比例微分 PD 控制器能改善系统在调节过程中的动态特性微分时间的选择对系统质量的影响具有两面性当微分时间较小时增大微分时间可以减小偏差缩短响应时间减小震荡程度从而能改善系统的质量但当微分时间较大时一方面有可能将测量噪声放大另一方面也可能使系统响应产生震荡对于滞后较小的系统一般不采用微分控制24 西门子S7200简介com 概述S7-200系列是一类可编程序控制器S7-200 Micro PLC外形结构图由于具有紧凑的设计良好的扩展性低廉的价格以及强大的指令使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求此外丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时具有很强实用性S7-200系列适用于各行各业各种场合中的