砂轮配料系统设计和实现 机械制造专业.doc

本课题综合运用了可编程控制器PLC、变频器技术和触摸屏技术。能解决传统人工称重配料，带来一系列问题，比如，粉尘大带来的职业病，配方复杂变更麻烦，称重不准确而造成的质量问题等。并且该控制装置，适用不同种类的砂轮进行配料。同时，系统拥有着操作简单、维护方便、可靠性高等优点，从而大大的提高了生产效率，降低了企业的管理难度。 关键词 PLC 自动称重 砂轮配料 控制装置 Title Design of grinding wheel automatic batching system Abstract This topic integrated use of the programmable controller PLC, frequency converter technology and touch screen technology. Can solve in weighing ingredients, bring a series of problems, for example, large dust of occupational disease, complex formula change trouble, weighing the quality problem caused by inaccurate and so on. And the control device, it is suitable for different kinds of grinding wheel for ingredients. At the same time, the system has the advantages of simple operation, convenient maintenance and high reliability, thus greatly improves the production efficiency, reduces the enterprise the management difficulty. Keywords PLC automatic weighing ingredients control of grinding wheel device 目次 1 引言 1 1.1课题来源 1 1.2设计内容 1 1.3设计意义 1 2. 砂轮配料系统总体设计方案 3 2.1设计思路 3 2.2设计方案 4 2.2.1硬件设计 4 2.2.2软件设计 5 3.系统硬件设计及选择 6 3.1工作原理 6 3.2主电路设计 6 3.3控制电路设计 8 3.3.1系统I/O分配 8 3.3.2控制电路设计 9 3.4系统元器件的选型 10 4.系统软件设计 14 4.1工作流程 14 4.1.1手动模式 14 4.1.2自动模式 14 4.2系统各部分主要程序 15 4.2.1启动程序 15 4.2.2计算程序 16 4.2.3送料皮带程序 18 5.系统监控界面设计 19 5.1新建项目 19 5.2 建立连接 19 5.3设置变量 20 5.4 界面设计 20 5.5 项目下载 23 6.系统调试与操作 24 6.1系统调试 24 6.2系统故障及解决 24 6.3系统操作说明 25 总结与展望 26 致 谢 27 参考文献 28 附录 参考程序 29 1 引言 1.1课题来源 在砂轮生产行业中，配料通常是将原材料按某种比例均匀混合在一起，用以形成一种新的材料，因此配料是砂轮生产的重要组成部分。在生产过程中，各种原料要严格按比例进行均匀混合，就必须靠配料机械来完成。目前工厂一般使用两种方法，第一种方法采用人工称重，然后将成比例的各种原材料同时放入配料机中搅拌。另一种方法是自动称重，自动搅拌。由于砂轮的很多原始材料为粉状或颗粒人体容易吸入粉尘等杂物，导致职业病出现，增加了生产风险和劳动力，人工配料时，成本，同时配料品种繁多，数量巨大，因此造成人工配料难以现场管理，很容易出现误配，不但质量难以保证，同时也增加了管理成本。为了保证产品质量，提高生产效率，所以要求采用准确、可靠的自动配料系统。 1.2设计内容 本课题设计的主要内容是通过自动化控制手段，让砂轮的配料能根据预先设定的配料比重进行自动配料。工作过程无需人员参与，大大减少了人工配料的种种弊端。具体的设计内容如下： 1、自动称重检测 系统通过各个料仓下的称重传感器来实时反应各原料的变化量，然后系统来比对设置值与变化量，当其值相等时，即完成了该料的放料过程。 2、变频控制 控制装置在整体各原料未出料比值高时，将会以比较高的频率来带动电机运行进行出料，而当某一原料的出料快接近系统设置值时，变频器将降低频率运行，以此来提高配料比重的精准度。 3、信息显示 控制装置在触摸屏上显示系统的出料值、剩余料的重量以及超出报警等，实现人机交互通信能力，使得系统操作控制简单。 1.3设计意义 随着经济水平的不断提高，对砂轮生产的品质的要求越来越高，主要体现在，产品配料的准确性上，这就使配料成为了整个生产过程至关重要的一部分，它的准确性直接影响到产品的质量。通过该课题的设计，能实现以下几个方面目的： 1、改善了砂轮生产的经济效益，提高了配料的效率，改变了以往的称重方式。 2、提高了配料生产过程的自动化程度，更加有利于企业管理，减轻了工人工作量。 3、综合利用所学专业知识，通过毕业设计真题真做，促进我们学生动手操作能力的提高，学有所用。 第二章 砂轮配料系统总体设计方案 2.1设计思路 目前，砂轮的种类繁多，不同的砂轮生产需要的原料和比例也不同，考虑到这一因素，就需要控制装置对配料的设置也是灵活多变的，而这一部分是通过触摸屏去控制。而为了使配料称重出料更精确，我们采用了变频器控制出料速率，而又不影响配料整体效率。具体设计思路如图2-1所示。 图2-1 下料及传输示意图 该控制装置通过每个原料仓下的称重传感器，对料仓的整个进行称重。而整个装置通过固定支架去支撑，料仓下方的下料电机带动着出料口的带凹槽螺旋杆进行下料，以防原料在下料的过程中发生堵塞，从而影响整个系统的正常运行。而下料口通过下料管把料送到送料皮带上，然后统一的送到搅拌装置中，进行下一步生产过程。 2.2设计方案 2.2.1硬件设计 目前，PLC的应用已为大多数电气技术人员所熟悉，因其具有可靠性高，成本低、编程设计灵活、易于维护等优点，故采用PLC作为本课题的控制器，再用变频器、触摸屏、检测装置以及低压元器件组成。而本控制装置的输入信号主要有操作按钮信号、检测信号以及模拟量模块上的称重传感器信号。输出信号主要包括接触器、指示灯以及变频器。同时人机交互界面主要由触摸屏进行完成，通过它来实时了解运行状况，设置运行参数。具体的系统框图如图2-2所示。 接触器 指示灯 变频器 触摸屏 操作按钮 检测信号 称重传感器 P L C EM 235 图2-2 系统组成框图 1、控制器 可编程序逻辑控制器（PLC——programmable logic controller）作为一种新型的工业控制装置，在科研、，非常值得推广，已经广受自动控制界的欢迎，因此，本控制系统选择PLC作为控制核心。 2、变频器 变频器作为调速、节能装置已被广泛应用于诸多工业现场，本装置采用变频器来实施调节传目的。 3、检测 检测部分主要就是检测皮带上是否还有余料。装置在下料完成后要将所有的料都送进搅拌仓内，通过检测装置来反映送料是否完成。 4、称重 称重传感器是系统对下料重量的重要监控，配料过程中必不可少的一部分，成为系统配料精度的重要保证。通过它来将信号反馈给控制器，作为系统执行的判断依据。 5、模拟量模块 本控制装置采用的模拟量模块是EM235，该模块为模拟量输入输出混合模块过转换变成数字量传输给PLC对其进行处理。该模块主要和装置上的称重传感器进行配合，将设备上的重量传送给控制器。 6、触摸屏 采用触摸屏作为人机交互界面（HMI），这样便于工作人员实时监控系统状态。在径，即在其上设置各种操作按钮，相关数据的输入等。 2.2.2软件设计 软件是一个系统不可或缺的部分。如果说系统的硬件部分是躯干的话，那么软件就是一个系统的灵魂，是它给了一个系统生机，让人可以随心所欲的去控制整个系统。本课题的软件部分设计需要考虑的主要分为以下几个部分：触摸屏与可编程控制器的通信，主要运用的是Profibus-DP现场总线通信；可编程控制器PLC控制变频器来为电机调速进行出料，运用的是PLC内部的数字信号控制；实时检测称重传感器的信号，通过模拟量模块EM235接收传感器信号，且对信号进行判断与分析。 第三章 系统硬件设计及选择 3.1工作原理 本控制装置设置了“手动”和“自动”两个操作模式，可以根据需要进行转换。一般情况下，我们会选用“自动”模式，而当系统发生故障或调试时，我们可以根据需要选择“手动”模式进行工作和检测，故障解决后再装换成“自动”模式下工作。 在“自动”模式下，要先在触摸屏上设置下料的参数，控制器根据预先设置的参数，对各种配料进行分配下料。而称重传感器会实时的反馈给控制器数据，控制器通过比较称重传感器反馈回来的数据和触摸屏上设置的参数，来判断是否需要继续进行下料。并且控制器会根据下料的总体状态来控制变频器输出不同速率，进而去保证配料的效率和准确性。 在“手动”模式下，只需控制下料按钮进行快速下料，由于未确定配料重量，这里需要靠操作人员通过观察触摸屏上的重量变化来进行控制，因此，这里采用点动控制，而当料仓内无料时，系统会报警提示加料。 不管系统处于什么模式下工作，控制装置中只要有任何一台下料电机工作，送料皮带电机便进行工作，并且在下料电机停止后，通过余料检测传感器来停止送料皮带电机工作，以保证皮带上无余料。 3.2主电路设计 控制装置主电路较为简单，就是4个变频下料电机和送料皮带电机，具体电路设计如图3-1所示 图3-1 控制装置主电路设计 三相电源经断路器QF、熔断器FU、交流接触器KM1主触点后接入变频器，然后经过变频器分给4台下料电机的控制接触器主触点、热继电器主触点，最后接入下料三相异步电机。而送料皮带电机是经过控制接触器KM6主触点、热继电器FR6主触点后接入送料皮带三相异步电机M5。 3.3控制电路设计 首先确定PLC的I/O分配表如表3-1所示，控制电路如图3-2所示。 3.3.1系统I/O分配 根据实际需要，PLC的I/O地址分配如表3-1所示： 输 入 输 出 输入元件 输入点 作用 输出元件 输出点 作用 SB1 I0.0 系统起动 变频器端子5固定频率+1 Q0.0 快速下料信号 SB2 I0.1 系统停止 变频器端子6固定频率 Q0.1 慢速下料信号 SA1 I0.2 手/自动转换 KA1 Q0.4 系统运行指示灯HL1 SC1 I0.3 皮带余料检测 KA2 Q0.5 报警指示灯HL2 SA2 I0.4 1号手动下料 KA3 Q0.6 自动指示灯HL3 SA3 I0.5 2号手动下料 KA4 Q0.7 手动指示灯HL4 SA4 I0.6 3号手动下料 KM1 Q1.1 变频器启动信号 SA5 I0.7 4号手动下料 KM2 Q1.2 1号下料信号 FR5 I1.0 皮带送料过载 KM3 Q1.3 2号下料信号 KM4 Q