基于PLC的饲料自动配料系统

基于PLC的饲料自动配料系统 摘要：自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。 本设计拟以PLC为核心控制芯片，设计一套饲料自动配料系统。 关键词：PLC 变频器 饲料 配料 Abstract: The automatic batching system is a response to a variety of different types of materials (solid or liquid) for transmission, the ratio, heating, mixing and packaging of finished the whole production process, such as automated production lines. Widely used in chemical, plastics, metallurgy, building materials, food, feed and other industries. The design is intended to control the PLC chip as the core design of a feed, automatic batching system. Key words: PLC converter feed ingredients 目 录 1 前言 3 1.1 课题背景 3 1.2 设计任务与总体方案的确定 3 2 PLC及变频调速技术概况 - 1 - 2.1 PLC简介 - 1 - 2.2 变频调速技术 - 5 - 3 系统总体方案设计 - 6 - 3.1 饲料配料系统的系统方案 - 6 - 3.2 系统整体原理架构图 - 7 - 3.3 饲料配料系统的工艺 - 7 - 4 主电路设计与分析 - 9 - 4.1 主电路的方案 - 9 - 4.2 主电路的元器件的计算与选型 - 9 - 5 选用变频器介绍，系统保护环节设计 - 11 - 5.1 三菱FR-A540变频器的三相接线图如下图所示 - 11 - 5.2 控制回路端子说明 - 12 - 5.3 系统的保护环节的设计 - 12 - 6 控制电路与设计 - 14 - 6.1 PLC电路设计 - 14 - 6.2 称重传感器的构成和工作原理 - 16 - 6.3 变频器控制电路设计 - 19 - 7 PLC程序设计 - 22 - 7.1 PLC控制程序 - 22 - 7.2 PLC与变频器的通讯设计 - 23 - 7.3 称量仪表参数设定 - 23 - 7.4 PLC程序编制 - 24 - 7.5 操作界面设置 - 28 - 8 总结与心得 - 31 - 9 参考文献 - 32 - 10 附录 - 33 - 附录一：PLC接线图 - 33 - 附录二：梯形图 - 34 - 1 前言 1.1 课题背景 自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。 在氧化铝生产及其它工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算,操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。 而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。 1.2 设计任务与总体方案的确定 1.2.1 设计任务 使用三菱公司的可编程序控制器，设计控制系统要求： 1．画出主电路 2. 分配I/O地址，列出元件表； 3. 设计系统控制的程序框图。 4. 根据程序框图设计该系统的控制梯形图，写出指令表。 1.2.2 控制要求 1. 饲料自动配料将完成3种物料的自动配比控制； 2. 控制方式为主从比例控制方式； 3. PLC要实现各种物料下料量的采集、喂料装置的启停、物料下料量的控制； 4. 操作界面要求显示每种物料的下料设定值、实际下料值；通过界面上设置的启动、停车按钮实现整个系统的开停； 2 PLC及变频调速技术概况 2.1 PLC简介 2.1.1 PLC的发展历史 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 　　 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 　　PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 2.1.2 PLC的硬件和软件 2.1.2.1 PLC的硬件构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 2.1.2.2 PLC的软件构成 1.系统软件 系统软件包含3个部分： （1）.系统管理程序。其作用一是运行时间管理，控制可编程控制器何时输入，何时输出，何时计算，何时自检，何时通信。二是存储空间管理，规定个中参数，程序的存放位置，以生成用户环境。三是系统自检程序，包括各种系统出错检验，用户程序语法检验，句法检验，警戒时钟运行。 用户指令解释程序。用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁。 标准程序模块及其调用程序。这是许多独立的程序块，各程序块具有不同的功能。 （2）.用户程序 用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。 2.1.3 PLC系统的其他设备 1.编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2.机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3.输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 2.1.4 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 2.1.5 PLC的注意事由 保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。 1. 工作环境 1.1 温度 PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。 1.2 湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 1.3 震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。 1.4 空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 1.5 电源 PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。 2.2 变频调速技术 2.2.1 变频调速技术的原理 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 2.2.2 国内外的技术发展情况 变频器是20世纪中叶发展起来的一种交流调速设备，是为了解决传统的交流电动机调速困难，交变速设备结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点而出现的。由于其使交流电动机的调速范围和调速性能均大为提升，因此交流电动机逐渐代替直流电动机出现在各个应用领域，甚至包括交流伺服系统控制领域。随着电力半导体的长足发展，变频器也随之不断进步。如今变频器已经深入日常生活，随处可见其服务的影子。 交流变频器的主要调速对象是交流电感电动机。变频器在对交流感应电动机实施调速的过程中，输出电压和输出频率的变化必须遵守一定的规则。这就是通常所说变压变频（vvvF）的基本原则。 3 系统总体方案设计 3.1 饲料配料系统的系统方案 饲料配料变频器系统，采用三只称重传感器，三菱FX2N-485-BD与三菱FR-A540变频器，四台电机，接触群组，继电器组构成。系统结构图2-1 图2-1 系统结构图 称重传感器称量3种饲料的重量，当配料的量达到一定程度是回馈给PLC控制电动机组的转速和电机的转换，从而达到饲料的量的控制。 3.2 系统整体原理架构图 3.3 饲料配料系统的工艺 本系统利用PLC的高抗干扰性能和其强大的通讯能力，提高了系统的稳定性与可靠性。同时利用一台变频器分时驱动3台喂料电机，取代了过去的点动动作，减少了干扰源，提高了配料精度和速度，又减少了系统的故障率。利用变频器不同的速度输出，取代了过去喂料电机的点动动作，减少了因接触器频繁吸合、断开所造成的对计算机系统及相关仪器仪表的电磁干扰。在实际应用中，无需对计算机系统采取特殊的抗干扰措施，也能保证其正常工作，从而保证了配料的准确性，提高了产品质量。由于减少了接触器的频繁动作，延长了其使用寿命。另外，正是由于减少了干扰源，无需象过去那样在系统调试中不断地改进软、硬件方面的抗干扰措施，从而大大缩短了系统调试周期。其各方面的优越性是很明显的！ 4 主电路设计与分析 4.1 主电路的方案 主电路是系统的主体电路，其余的是围绕主电路的控制来设计，所以主电路的设计关系着控制电路的设计。主电路包括保护电路，功能电路等。饲料配料变频系统的主电路由断路器、交流接触电路器、变频器、热继电器和电动机构成。其电路图如下: 图3-1 4.2 主电路的元器件的计算与选型 熔断器的选型：正泰RT28-32熔断器，其主要参数：额定电流为25A，RT28(RT18)型(又称HG30)熔断隔离器适用于额定电压为交流380V/500V，额定电流至63A的配电装置中作为过载和短路保护之用。氖灯和电阻组成了隔离器的熔断体熔断信号装置。 断路器的选型： CM1系列塑壳断路器CM1-100M，其主要参数：壳架等级额定电流为100A，额定电流为32A,额定极限短路分断能力为50KA，额定运行短路分断能力为35KA。 交流接触器的选型：CJ20系列交流接触器CJ20-16，其主要参数：额定绝缘电压为660V，额定工作电压为380V，约定发热电流为16A，额定发热为16A，定控制功频率为7.5KW，额定操作频率为1200/1h, 与SCPD的协调配NT00-32/660， 动作特性为吸合电压范围85%～110%Us，释放电压范围20%～75%Us，线圈控制功率起动62/47.8(VA/W)，吸特8.5/2.6(VA/W)。 热继电器的选型：热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。选用型号：CDRE17-25 25A；品牌：德力西 速度继电器的选型：SDJ系列速度继电器。 5 选用变频器介绍，系统保护环节设计 5.1 三菱FR-A540变频器的三相接线图如下图所示 5.2 控制回路端子说明 5.3 系统的保护环节的设计 饲料配料系统的主电路的保护环节，主要在于保护电动机组和变频的过电流和过热保护，故采用了熔断器、断路器和热过载继电器组进行保护，同时必须保证电路的正常工作，因此要选好保护环节的保护器件的型号。主电路的保护电路图如图3-3所示。 短路保护：使用熔断器和断路器。熔断器的熔体串联在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔断器的熔丝自动熔断，或断路器脱扣器感应脱扣，从而切断电路，达到保护的目的。断路器，有短路、过载和欠电压保护的作用。这种开关能在线路发生上述故障时快速地自动切断电源。 过载保护：过载保护元器件是热继电器。电动机的负载突然增大，断相运行或电网降低都会引起电动机的过载。电动机长期过载运行，绕组温升超过其允许值，电动机的绝缘材料就要变脆，寿命就会减少，严重时损害电动机。过载电路越大，达到允许温升的时间就越短。热继电器可以满足这样的要求：当电动机为额定电流时，电动机为额定温升，热继电器不动作；在过载电流较小时，热继电器要经过长时间才动作，过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时间过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护。 图3-3 6 控制电路与设计 6.1 PLC电路设计 6.1.1 FX2N系列PLC的外部结构简介 6.1.2 饲料配料变频系统中PLC的使用 端子功能的定义 <1> 输入端子 X1：当饲料1的重量到达A1时，称重传感器发出信号输入给PLC的X1端口 X2：当饲料1的重量到达A2时，称重传感器发出信号输入给PLC的X2端口 X3：当饲料1的重量到达A1时，称重传感器发出信号输入给PLC的X3端口 X4：当饲料1的重量到达A2时，称重传感器发出信号输入给PLC的X4端口 X5：当饲料1的重量到达A1时，称重传感器发出信号输入给PLC的X5端口 X6：当饲料1的重量到达A2时，称重传感器发出信号输入给PLC的X6端口 COM端：与变频器的CND端连接 <2> 输出端口 Y1：控制电机M1的启动和停止 Y2：控制电机M2的启动和停止 Y3：控制电机M3的启动和停止 Y4：控制变频器转速转换，中速运行，与Y1、Y2、Y3一起控制的转速 Y5：控制变频器转速转换，低速运行，与Y1、Y2、Y3一起控制的转速 Y6：当饲料1、2、3到量时，电机M4对饲料进行搅拌 6.1.3 PLC的外部接线图 PLC的外部接线图如4-1所示 图4-1 SB为开关，KM为交流接触器，KS为速度继电器 其中三菱PLC选用FX2N系列中的FX2N-16RM-001,输入点数为8，输出点数为8，可采用RS-485通讯 6.2 称重传感器的构成和工作原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。　　　 6.2.1 电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω） （2—1）　 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。 对式（2－－1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2） 用式（2－－1）去除式（2－－2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2－－3），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2－－6） 其中 K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （２－－７） 式（2－－6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便 常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（２－－６）常写作： ΔR/R = Kε (2—8)　　 6.2.2 弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。 以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。 设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2－－9） 其中：Q－－截面上的剪力；E－－扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。 需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。 6.2.3 检测电路 检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。 因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。 赛特，一个拥有高效、严谨而和谐的团队，塑造一个满客户需求的团队和组织，通过高效的团队合作、知识的共享、资源的互补来创造价值。在压力传感器、称重传感器、张力传感器、液位传感器、电子秤、温控表、称重传感器接线盒、便携式汽车轴重仪产品、爆破开关和配套工具、高温熔体压力传感器等自动化工业产品中有很强的技术实力！ 6.3 变频器控制电路设计 变频器主要是控制电动机组的转速，因此直接接入主电路中，而同时需要控制转速，因此必须跟控制电路进行连接。变频器外围接线图如图4-2所示。M0是电机的中速档，M1为电机的低速档，变频器采用了三菱FR-A540变频器。 4、变频器参数设置 在饲料配料变频系统中，变频器的参数不需要改变很多，大部分采用了默认值，只有改变了几个参数的设计，因为其中涉及到中速和低速档的转换，因此在关系到中速和低速档的参数进行了重新的设置。而且变频器和PLC要进行通信，因此也要重新设置一些参数。 在主要的控制电路中需要改变的参数。 3速设定4：50HZ 3速设定5：40HZ 3速设定6：20HZ 用于PLC与变频器之间进行通信时，变频器的参数设置。 Pr.117 站号 0 设定变频器站号为0 Pr.118 通讯速率 96 设定波特率为9600bps Pr.119 停止位长/数据位长 11 设定停止位2位，数据位7位 Pr.120 奇偶校验有/无 2 设定为偶校验 Pr.121 通讯再试次数 9999 即使发生通讯错误，变频器也不停止 Pr.122 通讯校验时间间隔 9999 通讯校验终止 Pr.123 等待时间设定 9999 用通讯数据设定 Pr.124 CR，LF有/无选择 0 选择无CR，LF 对于122号参数一定要设成9999，否则当通讯结束以后且通讯校验互锁时间到时变频器会产生报警并且停止（E.PUE）。 对于79号参数要设成1，即PU操作模式。 注：以上的参数设置适用于A500、E500、F500、F700系列变频器。 当在F500、F700系列变频器上要设定上述通讯参数，首先要将Pr.160设成0。 7 PLC程序设计 7.1 PLC控制程序 PLC控制着电动机组的运行情况，每一个输入都对应着相应的输出。饲料配料变频系统的功能是控制着三种饲料的配料情况，从而控制着电动机的快慢和电动机之间的运行转换情况。 PLC的程序梯形图如5-1。 图5-1 PLC控制着电机的运行情况如下： （1）闭合断路器QF，使主电路通电；按下SB1，使控制电路通电，电动机M1、M2、M3开始运行，Y1、Y2、Y3、Y4电机处于中速运行状态，饲料1、2、3开始配料。 （2）当饲料1、2、3的量达到A1时，X1、X3、X5得电，同时驱动Y1、Y2、Y3和Y5，切断Y4，驱使电动机M1、M2、M3处于低速运行状态，饲料1、2、3的配料速度降低。 （3）当饲料1、2、3的量达到A2时，X2、X4、X6得电，Y6得电，电动机M4运行，进行搅拌。 （4）电动机M4运行一分钟之后，重新开始下一次的饲料配料。当饲料1、2、3都为A2时，电机停止运转。 7.2 PLC与变频器的通讯设计 PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输。 每次参数初始化设定完以后，需要复位变频器。如果改变与通讯相关的参数后，变频器没有复位，通讯将不能进行。 三菱FX系列PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8120）进行设定。其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等。在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。 在这里对D8120设置如下： RS485 b15 b0 0000 1100 1000 1110 0 C 8 E 即数据长度为7位，偶校验，2位停止位，波特率为9600bps，无标题符和终结符，没有添加和校验码，采用无协议通讯（RS485）。 7.3 称量仪表参数设定 7.3.1 电子秤参数设定 1.最高输入灵敏度：0. 8μv／d。 2.零点信号范围：—1～12mV。 3.A/D分辨率：1/ 6 万。 4.量程信号范围：0～30mV。 5.A/D转换速率：20～30次 / 秒。 6.供桥电压：12V。 7.工作电压：～220V±10%。 8.使用温度：0～40℃。 9.消耗功率：≤15w。 10.保险管：≤ 1 A。 11.重量单位：kg 12.最大流量：根据实际需要设置范围 7.3.2 皮带秤参数设定 重量单位：根据需要设置成T/KG。 流量单位：根据流量范围合理设置。 最大流量：设置正常显示的最大流量，根据各皮带秤的下料量不同而分别设置。 秤台长度：是物理称重的有效长度，本设计所用皮带秤有效长度为1.1m。 7.4 PLC程序编制 PLC要实现的功能只要有各物料下料量的采集、各喂料装置的启停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累计。 各种物料的采集只需在PLC模块中对各物理量进行组态，按照硬件定义各量的通道，根据各量的实际情况定义信号高低位、电流高低位参数即可。 7.4.1 PLC I/O点配置表 输入端子 输入装置 输出端子 输出装置 I0.0 启动 Q0.0 电子秤显示 I0.1 停止 Q0.1 红色信号灯 I0.2 料位仓料位检测 Q0.2 绿色信号灯 I0.3 料位满信号 Q0.3 皮带驱动电机M1 I0.4 皮带称称重传感器 Q0.4 皮带驱动电机M2 I0.5 1号皮带称显示 Q0.5 皮带驱动电机M3 I0.6 2号皮带称显示 Q0.5 料仓底门气动阀1 I0.7 3号皮带称显示 Q0.7 料仓底门气动阀2 I1.0 1号称量料斗料重等于设定比例 Q1.0 料仓底门气动阀3 I1.1 1号称量料斗料重大于设定比例 Q1.1 1号测速电机常速转动 I1.2 1号称量料斗料重小于设定比例 Q1.2 1号测速电机快转 I1.3 2号称量料斗料重等于设定比例 Q1.3 1号测速电机慢转 I1.4 2号称量料斗料重大于设定比例 Q1.4 2号测速电机常转信号 I1.5 2号称量料斗料重小于设定比例 Q1.5 2号测速电机慢转信号 I1.6 3号称量料斗料重等于设定比例 Q1.6 2号测速电机快转 I1.7 3号称量料斗料重大于设定比例 Q1.7 3号测速电机常转 I2.1 3号称量料斗料重小于设定比例 Q2.0 3号测速电机慢转 I2.2 达到要求重量 Q2.1 3号测速电机快转 表1 系统PLC输入输出配置表 7.4.2 程序流程框图 图7程序流程框图 7.4.3 系统程序顺序功能图 图8系统程序顺序功能图 7.5 操作界面设置 根据生产的需要设计操作界面，操作界面上能显示各主要参数的实际情况，显示各设备的运转情况，显示各故障报警情况，并能实现操作人员对设备的有效控制，对配料参数的输入及调整。 7.5.1 操作界面的操作 操作界面上画出了3台被控设备的示意图，每台被控设备电机位置的指示灯以不同的颜色显示该设备的运行、停机状态。气动阀门位置浅蓝，绿两色代表阀门的开闭两种状态。I/O域的0、1分别显示了状态的闭、开。 图12 系统进行料位检测时显示的红灯与料满时的绿灯 测速电机在皮带称显示是开始启动根据不同的比例改变速度，其中的绿色，红色，蓝色分别表示电机的常转、慢转、快转。皮带称显示时由原来的灰色变为红色。 图13 运行中的配料系统 图14 测速电机快转信号（蓝色） 图15 测速电机慢转信号（红色） 每台秤由3个棒图分别显示该秤的下料设定值，实际下料值。设定值为PLC计算出的，送到控制仪表的值。 图16 皮带称过程显示 图17 电机速度显示 8 总结与心得 两周的课程设计迅速结束了，虽然完成了课题，但从中也暴露出来许多亟待解决的问题。一到动手完成课题时，才知道自己的基础知识何其匮乏，太多的知识点得重新学起。当然，这次动手的机会确实让我受益匪浅。这个课题课题是饲料配料变频控制系统，这是一个非常贴近于工厂实际工程的课题，为我们以后参加工作熟悉各种工厂系统打下了一定的基础。通过这个课题，我们加深了对工科应用型人才的更深层次的理解，也为我们以后选择工作方向提供了良好的启示。唐老师要求我们综合有关的电气控制知识、变频器的应用知识，PLC的原理和应用以及自动检测技术等学科知识来完成课题。这在一定程度上提高我们的综合能力水平。由于系统要在综合各科知识的前提下才能完成，所以也在资料的查询和整理上有更高层次的要求，而且由于网上很少有一样的或者相似的课题供我们参考。我们必须要自己去了解PLC的工作原理以及工作过程，变频器是如何实现变频调速的，如何设置变频器的参数来实现变频控制，如何选择器件的型号，如何实现过载、过流保护等等，而且其中任何一个环节出了问题，都将是系统无法实现。 在课程设计之初，我们对于我们的课题有点无从下手的感觉，主要是我们不知道怎么去实现饲料配料的重量控制，我们最开始的想法是用一个A/D、D/A转换器去实现重量的控制，但是如果这样做的话系统将会非常的复杂，无论从设计还是从实际出发都不理想，所以我们通过参阅唐老师提供给我们的资料最终选用了称重传感器，称重传感器能够设定重量的值，然后就有了相应的输出，简单实用。 本次课程设计我要非常感谢我们的指导老师唐勇奇老师，他为我们提供了丰富的资料，其中包括各个品牌的变频器的使用手册，PLC与变频器的通讯等等，而且在课程设计中，对我们遇到的问题得到了很好的解答，并且还向我们传授了许多实用的工厂实践经验，使我们受益菲浅。通过课程设计让我懂得了如何发现问题，解决问题。一开始接触这个课题完成不知道从何处入手，很多东西不知该如何实现，直到不断的上网浏览和借阅书籍之后才有点眉目。这也让我意识到其实我们身边的资源是很丰富的，应该好好珍惜和利用。课程设计虽然结束了，但是我认为实践应该是我们工科生学习中不可缺少的环节，今后的学习中，我们还应该主动为自己创造实践动手的机会，理论联系实际才能真正把我们专业知识学到位。 9 参考文献 [1] 廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆.重庆大学出版社. 2001年2月第一版. 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