1、電信學院畢業設計開題報告姓名白麗霞專業電氣工程及其自動化班級電氣四班學號指導教師王曉蘭肖駿題目類型工程設計題目配料皮帶秤PLC自動限制系統設計一、選題背景及依據(簡述題目的技術背景和設計依據,如實說明選題目的、意義,列出主要參考文獻)1、選題背景及依據配料皮帶秤在諸多行業的工業生產過程中占有及其重要的地位,配料皮帶秤工序的合理性、穩定性、準確性以及快速性直接影響到以后各生產環節的順利進行.配料生產系統是一種將多種原料按一定比例混合在一起,進行加工生產出某種產品的過程.其中配料是生產中必不可缺少的關鍵環節,落后的配料設備不僅效率低,而且配料不準,手工操作又將人的因素引入配料環節,使工藝配方難以在

2、生產中實現,嚴重影響產品質量的穩定及進一步提升.因此實現高精度的快速的配料皮帶秤對工業企業生產有極為重要的意義.目前國內皮帶秤自動配料系統主要是采用單片機進行簡單的稱量計算和PID調節,功能簡單,限制精度低,治理功能弱,可靠性不高.而金川集團鍥冶煉廠的皮帶秤自動配料系統也采用了單片機限制,其配料車間就有20多臺皮帶配料秤,只能對分散在廠房每個地方的配料秤主機依次進行設置,對于連續配料的質量有很大的影響,一是會浪費原材料,二是影響生產的順利進行,重那么影響生產效率,在某些重要生產崗位上,配料失誤甚至會釀成事故,可見配料精度與配料速度影響著整個生產的質量和產量.PLC具有高可靠性,豐富的I/O接口

3、模塊,模塊化結構適合各種工業限制的需要,編程簡單易學,安裝簡單維修方便等特點.而可靠性高,穩定性好是PLC相比于單片機的最大的優點.本課題是基于鍥冶煉廠皮帶配料秤的應用現狀,提出皮帶配料秤與整個鍥冶煉生產過程限制系統集中架構在一起,實現生產過程限制系統與配料系統的集中限制,通過上位機對現場配料情況進行實時監控,并可直接在上位機上進行相關參數的設定,使得整個系統自動化程度和生產效率得到了進一步的提升.本設計主要針對的是配料皮帶秤中配料這一環節,皮帶秤有如下幾個特點：(1)皮帶秤的計量對象是連續流動的物料,稱重儀表可以顯示物料的瞬時流量和在某一段時間內的累計流量.(2)配料皮帶秤是在皮帶運行中進行

4、測量,所以測量的穩定性很重要.(3)由于皮帶速度大多在12m/s左右,故配料皮帶秤必須具有較高的響應速度.2、主要參考文獻(1)姜建芳,?西門子S7-200PLC工程應用技術教程?,機械工業出版社2021(2)程玉華,?西門子S7200PLC工程應用實例分析?,電子工業出版社,2021(3)李輝,?S7200PLC編程原理與工程實訓?北京航空航天大學出版社2007(4)潘冉平,電子電力技術與電機限制實驗室教程,杭州：浙江大學出版社,2000.(5)天津電氣傳動設計研究所,電氣傳動自動化技術手冊(第3版),機械工業出版社,(6)電氣工程師手冊編輯委員會,電氣工程師手冊(第3版),機械工業出版社,

5、(7)馬小亮,高性能變頻調速及其典型限制系統M,機械工業出版社,2021.(8)陳伯時,仲明振,中國電氣工程大典編委會,中國電氣工程大典：第15卷,電氣傳動自動化M,北京：中國電力出版社,2021.(9)Munoz-Garcia,Alfredo,NewinductionmotorV/fcontrolmethodcapableofhigh-performanceregulationatlowspeedsJ,IEEETransactionsonIndustryApplications,1998,34(4):813-821.(10)Siemens,SimovertMasterdrivesM.西門子電

6、氣傳動,2000.二、主要設計(研究)內容、設計(研究)思想、解決的關鍵問題、擬采用的技術方案、設計(研究)工作步驟設計內容配料皮帶秤是一種動態計量衡器,是對皮帶輸送機上的物料進行連續、自動累計的計量設備,其設計內容包括以下幾個方面：(1)查閱資料深入了解配料秤的組成結構.如下列圖所示是配料系統的結構組成圖,本結構圖中有4個稱重單元,對應于鍥冶煉廠中配料的四種原料即焦炭、石灰石、轉爐渣、鍥精礦,每個單元有料倉、給料電機、皮帶秤組成.每個給料倉通過各自的給料電機來限制給料速度,進而調節給料量.物料到達皮帶秤后,由皮帶秤測量原料的重量和皮帶的速度,每個料倉的下料最后到達主皮帶,混合后再送入下一級.

7、配料皮帶秤有四個稱重單元,對應于每個配料皮帶秤的現場示意圖如下圖所示.圖1.配料皮帶秤的現場示意圖(2)配料皮帶秤是裝有皮帶秤整個稱量裝置的皮帶輸送機,其中給料設備是調節物料多少,根據給料電機和驅動電機調速方式的不同,配料皮帶秤有一下幾種工作方式：包速限制方式、變速限制方式、同步限制方式.(3)研究PID算法,將PID算法與皮帶配料秤的限制結合起來,設計出基于PID限制算法的皮帶配料秤軟件限制程序.PID限制算法是限制系統設計的核心內容,它是根據被控過程的特性確定PID限制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小.PID限制器是一種線性限制器,它根據給定值r與實際輸出值y(t)構成限制偏差：e(

8、t)=r一y(t)將偏差的比例、積分、和微分通過線性組合構成限制量,對被控對象進行限制,故稱PID限制.模擬PID限制器的理想限制規律為:u(t)=kpe(t)+其中,u(t)：調節器的輸出e(t)：調節器偏差輸入信號Kp：比例調節系數丁：積分時間Td：微分時間PID限制結構主要由PID限制器,執行機構和被控對象組成.PID限制器是根據系統的偏差,利用偏差的比例積分、微分運算出限制量進行限制的.如下列圖所示是PID控制系統原理圖,由系統的輸入值r與測量值y(t)得到偏差e(t),然后對偏差進行比例、積分、微分運算最終得出限制作用u(t)0PID的限制原理圖如下列圖2所示.|比例環節+r(t)9

9、名產0>積分環節T*-u<t)一“變頻器»給料電機D微分環節圖2,PID限制原理圖(4)基于西門子PLC軟硬件開發平臺調試皮帶配料秤軟件限制程序.當系統開始上電后,按下開始按鈕,上位機向PLC發出配料的指令,此時1號配料系統、2號配料系統、3號配料系統、4號配料系統同時開始配料,系統開始配料后開始檢測各配料是否到達系統的設定值,如果沒有到達設定值那么繼續配料,如多到達設定值那么上位機向PLC發出停止命令結束配料.配料皮帶秤的系統限制流程圖如圖圖3所示.設計思想當配料皮帶秤開始運行時,在其上位設定一個流量設定值,皮帶運輸機上的物料重量通過懸浮秤架壓到稱重傳感器上,傳感器將重

10、量信號轉化為電信號送到限制器,同時測速傳感器將皮帶的速度轉化為電脈沖信號也送到稱重傳限制器,儀表通過采集重量和速度信號進行流量計算,得到瞬時流量和重量累積值等數據.由于皮帶配料秤上的物料實際值與給定值有一定的偏差,根據偏差大小來調整變頻器的頻率,從而限制電機以維持瞬時流量的恒定.這樣就夠成了一個閉環系統,從而到達了恒定物料流量的目的,具配料系統限制圖如圖4所示.圖3.系統限制流程圖解決的關鍵問題(1)配料皮帶秤的工作原理根據題目要求,深入現場熟悉配料皮帶秤的組成結構,并進一步了解配料皮帶秤的工作原理.(2)PLC限制系統的硬件連接在配料皮帶秤限制系統中,硬件連接是限制系統的骨架,只有具備完善的

11、硬件系統才能設計出符合要求的配料皮帶秤.(3)研究PID算法電子皮帶秤稱量的是瞬時流量,上位機給出的是設定流量,二者在實時計量中有所偏差.在流量實際限制中采用工業限制中應用最為廣泛的PID調節,根據流量偏差,利用比例、積分、微分計算出限制量進行限制.(4)編寫軟件限制程序將PID算法與皮帶配料秤的限制結合起來,設計出基于PID限制算法的皮帶配料秤軟件限制程序.擬采用的技術方案方案一：在配料皮帶秤自動限制系統設計中,采用單片機作為主限制器件.單片機接收來自稱重傳感器和測速傳感器的電信號,PID調節器對偏差進行比例、積分、微分的計算,最后通過限制變頻器來限制電機的轉速,同時也可以通過鍵盤來改變配料

12、比和設定值,從而限制流量的恒定,其系統框圖如下列圖所示.圖5.單片機限制系統框圖方案二：在配料皮帶秤自動限制系統設計中,采用PLC作為主限制器件.用PLC來采集皮帶秤的重量信號和速度信號,在秤重顯示器中進行瞬時流量和累計量的計算及PID計算,然后將偏差送到限制器,限制器限制變頻器進而限制電機的轉速從而限制流量的包定,通過上位機可以實時的檢測各個配料系統的運行情況.其配料皮帶秤系統框圖如圖6所示.圖6.配料皮帶秤系統框圖方案比擬：采用單片機進行簡單的稱量計算和PID調節,功能簡單,限制精度低,管理功能弱,可靠性不高.自動配料系統采用PLC限制方案,具有功能強大、方便靈活、可靠性高、本錢低、易維護等優點,大大提升了配料精度,便于計量的微化限制.所以本課題采用方案二.設計工作步驟：1 .了解配料皮帶秤系統的組成結構、工作原理及其限制算法.2 .設計配料皮帶秤系統的硬件組成.PLC采用西門子系列,其他硬件包括稱重傳感器,測速傳感器,稱重顯示器,皮帶秤稱體,變頻器,電機,上位機等.3 .配料皮帶秤系統的硬件設計及選型.包括PLC的CPU選型,模塊的選擇,稱重傳感器的選型,測速傳感器的選型,稱重顯示器的選型、變頻器的選型,電機的選型,上位機的選型.4 .配料皮帶秤系統的軟件設計.研究PID算法,將PID算法與配料皮帶秤的限制結合起來,設計出基于PID限制算法的皮帶配料秤軟件限制程序