畢業設計-plc皮帶秤在線計量控制系統說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 制絲生產線的打葉、切片、加料、加香、潤葉、潤梗、烘絲、烘梗、膨脹、微波松散和摻配等工序，電子皮帶秤不但計量輸送物料的重量，而且控制流量波動，其準確性、穩定性等性能對制絲質量尤其是重點工序的質量有 著重要作用。同時，電子皮帶秤記錄的有關數據還為內部管理和財務核算提供了依據。 1985年以前，國內卷煙制絲生產線所裝備的電子皮帶秤全部依賴進口。產品類型主要有德國 Hauni公司的刀口支承式、意大利 Comas公司的十字簧片式和英 Leeg公司的內十字簧片式單或雙托輥皮帶秤，其中以 Hauni公司和 Comas公司的產品為主。自 1986年起，我們在國內首次對 Hauni公司的稱重系統進行了國產化研仿，并進行了一些改進。例如：將 Hauni公司生產的以模擬電路為主的模擬控制系統改進為以 Z80、 8031專用單板機為主的數字控 制系統。首臺設備于 1986年安裝在曲靖卷煙廠新制絲線中，結束了我國不能生產煙草專用皮帶秤生產的歷史。 1987年，首條包括皮帶秤在內的國產制絲生產線在許昌卷煙廠安裝、調試并投入試生產，標志著國產化煙草專用微機皮帶秤的研究、開發和制造技術已具備了產業化生產能力，并在我國煙草行業“七．五”技術改造期間幾乎全部使用了國產的 YT系列電子皮帶秤。 九十年代初期，隨著煙草行業制絲工藝改進和質量控制的要求不斷提高和PLC(Programmable Logic Controller)技術的不斷發展，微機皮帶秤可靠性、穩定性和維護性等方面存在的問題已滿足不了需要，我們開始了以可編程序控制器為主機，以變頻器作為調速功能的電子皮帶秤研制，最早的產品于 1994年制造、安裝和調試成功。 根據電子皮帶秤在卷煙制絲工藝生產中所起的作用，結合卷煙制絲工藝改進、設備更新換代和質量提升的需要，電子皮帶秤以高可靠、高穩定和高精度為發展目標。在秤架結構上，追求設計、制造的合理簡化，力求安裝、調試和日常維護的方便。而電控技術的應用正向集控化、多功能、多用途、網絡化方向發展。 1． 4 本文研究內容 蘭州理工大學畢業設計說明書 9 ⑴ 搞清楚煙機生產線的設備組成和工作原理，尤其是煙機皮帶 秤的控制方法。 ⑵ 充分認知控制對象，提取出被控量，以及控制目標，運用已學的知識提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 ⑶ 煙機皮帶秤電氣控制系統的設計，包括主電路和控制電路的原理設計， PLC 的配置、變頻器的選型以及觸摸屏的設計等 。 還包括系統內相關元器件的選型。 ⑷ 電子皮帶秤控制設計：包括電子皮帶秤基本計量原理和動態計量數學模型，控制系統的構成、控制程序的設計等。 ⑸ PLC控制器的軟件設計、變頻器的參數設置、觸摸屏的畫面設計等。 ⑹ 系統 具有完善的故障診斷功能 。 蘭州理工大學畢業設計說明書 10 第 2章 系統總體方案設計 設計題目的確定 設計題目要求 1 畢業設計（論文）的技術背景和設計依據 煙機皮帶秤是煙草機械中用于實現在線計量稱重、定量打包、流量配比等功 能的設備，具有精度要求高、機械結構復雜、控制內容多等特點。所謂在線計量就是在物料運動過程中，實現以下幾個方面的功能： （ 1） 計量功能：在線計量流過皮帶物料的總累計量，并實時顯示流量。 （ 2） 定量包裝功能：在完成計量的同時，根據預先設置的“包重值”自動完成定量包裝。 （ 3） 恒流功能：在完成計量的同時，根據預先設置的流 量值自動調整皮帶的速度，使流過皮帶的物料流量受控。 此外，控制系統還應具有完善的故障診斷和保護功能。 2 畢業設計（論文）的任務 ⑴ 熟悉題目要求，查閱相關科技文獻 ⑵ 熟悉西門子 PLC、 觸摸屏和變頻器 ⑶ 熟悉 電子皮帶秤控制方法 ⑷ 系統硬件電路設計（包括理論分析、設計計算、實驗及數據處理、設備及元器件選擇等） ⑸ 系統軟件設計 ⑹ 撰寫設計說明書（畢業論文），繪制圖紙 蘭州理工大學畢業設計說明書 11 ⑺ 指定內容的外文資料翻譯 3 畢業設計（論文）的主要內容、功能及技術指標 ⑴ 搞清楚煙機生產線的設備組成和工作原理，尤其是煙機皮帶 秤的控制方法。 ⑵ 充分認知控制對象，提取出被控量，以及控制目標，運用已學的知識提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 ⑶ 煙機皮帶秤電氣控制系統的設計，包括主電路和控制電路的原理設計 , PLC 的配置、變頻器的選型以及觸摸屏的設計等 。 還包括系統內相關元器 件的選型。 ⑷ 電子皮帶秤控制設計：包括電子皮帶秤基本計量原理和動態計量數學模 型，控制系統的構成、控制程序的設計等。 ⑸ PLC控制器的軟件設計、變頻器的參數設置、觸摸屏的畫面設計等。 ⑹ 系統 具有完善的故障診斷功能 。 4 畢業設計 （論文）提交的成果 ⑴ 開題報告（不少于 3000 字） ⑵ 設計說明書（約 3萬字左右），或畢業論文（約 2萬字左右） ⑶ 圖紙： ① 系統原理圖；（ 2圖紙） ② 硬件電路圖；（ 1圖紙） ③ 軟件流程圖；（ 2圖紙） ⑷ 中、英文摘要（中文摘要約 200 字， 3~5 個關鍵詞） ⑸ 論文簡介 ⑹ 外文資料翻譯（約 5000 漢字） 蘭州理工大學畢業設計說明書 12 設計要求分析 1．系統的可靠性要高 按照工業控制系統高可靠性的基本要求，考慮到一旦可能發生的故障，需 配備手動控制裝置作為后援；選配硬件時，要考慮到產品的市場化程度及維護 人員的素質，其安裝位置也要兼顧到易維修性。同時增加可實現人機對話的漢 化中文人機界面，方便快速查找故障點。由于卷煙制絲線設備的技術改進、設 備的調整和增減頻繁，系統控制對象可能要經常更新和變更。因此，還要考慮 選配硬件的可擴展性，滿足工藝改進等不同需書對工業控制系統最基本的要求 是高可靠性。應在追求高精度和多功能等要求的前提下，選用可靠性及穩定性 具佳的硬件產品。一旦系統出現故障將造成整個生產過程的混亂，引起嚴重后 果。所以，通常均應考慮后援手段，如配備常規控制裝置或手動控 制裝置作后 備。一旦 PLC控制系統出現故障，就切換到后援控制裝置，以維持生產過程的 正常進行。 2．可維護性能要好 系統設計不僅要能方便操作人員掌握和使用，還要使操作方便簡單并有較強的 人機對話能力。在人機會話中，應采用全漢化的中文系統。為了在發生故障時， 能盡快排除其故障，軟件的設計應配置查錯和診斷程序。硬件的配置及安裝位 置應便于操作人員維修。 3．通用性要好，便于升級 一個控制系統的控制對象往往不是一成不變的，隨著工藝的改進，設備的調整 和頻繁增減，系統控制對象可能要 經常更新和變更。因此，還要考慮選配硬件 的可擴展性，只有當系統可擴性好時，才能使控制對象改變時不必做大的改動 就能滿足工藝改進等不同需求。 4．電子皮帶秤系統應具有如下功能。 1)．數據采集功能 在中斷時，能采集物料的重量信號，皮帶的速度信號，從而算出物料的瞬時流 量和累計量。 2)．控制功能 可通過觸摸屏對設定流量 Qp和其他工藝參數：流量系數 Ct， PID調節系數 Pi， 速度系數 Kv等進行修改操作，使瞬時流量能跟蹤設定流量，達到定量給料的目 蘭州理工大學畢業設計說明書 13 的。 3)．打印生產報表功能 通 過觸摸屏可打印出相關的班報表、日報表和月報表，并對同等物料產量進行 統計打印。 4)．圖文信息顯示功能 如工況流程、工藝參數、生產報表、過程趨勢、故障診斷等，使操作者可方便 直觀地、在操作屏幕上進行性能調節、故障查詢、比例設置等操作，以掌握系 統工作的全貌。 5)皮帶自動糾偏功能 因維護人員需要經常檢查皮帶的運行位置，以保證計量的精度，而校正工作是 一項該做但很費時費力的事情，因此，增加皮帶自動糾偏功能，就可給用戶帶 來極大的方便。 6)．計量誤差自動標碼校正功能 5．性 能參數要求： 精度：計量精度優于 0． 25％ 控制精度優于 0． 5％ 流量范圍： 80— 14000Kg／ h 速度范圍： 0． 01— 0． 5rn／ s 皮帶寬度： 600mm、 800mm、 1000mm、 1200mm等 :在完成計量的同時，根據預先設置的“包重值”自動完成定量 包裝。 ：在線計量流過皮帶物料的總累計量，并實時顯示流量。 ：在完成計量的同時，根據預先設置的流量值自動調整皮帶的速度， 使流過皮帶的物料流量受控。 此外，控制系統還應具有完善的故障診 斷和保護功能。 系統設計的指導思想 1． 用西門子 PLC作為工業控制主機，改直流調速控制器為交流變頻調速控制器， 改普通電磁測速發電機為旋轉編碼器方式對皮帶進行測速，采用高精度數據 放大器和 16 位 A／ D／ A轉換模塊對稱重信號進行檢測。從而確保電子秤的 蘭州理工大學畢業設計說明書 14 高精度。 2．采用雙托輥方式，以提高稱量精度，從而減小誤差，提高控制精度。 3． 考慮到煙廠今后要向無人車間模式轉換，要建立集中操作和監控系統，因此， 在原有電子秤功能的基礎上增加了網絡通訊功能，為今后建立車間級集中操 作和監控系 統打下基礎。 4. 加入了動態稱重模塊，從而增加了信號的獲取強度，更準確的接收重量信號。 系統的組成及總體方案設計 電子皮帶秤是一種高精度的動態計量控制系統，由稱重秤架和測控系統兩部分組成。其中：測控部分包括硬件系統和軟件系統。根據稱重原理、秤架受力及誤差來源的分析，結合卷煙制絲線生產工藝的特點和應用技術，采用雙托輥雙傳感秤架結構的皮帶秤，選用皮帶秤制絲線專用的無接縫皮帶，配置重力式皮帶張緊裝置和連續式自動糾偏裝置。同時，配備自動掛碼校準裝置，方便計量誤差的校正。真正做到“機電一體化”。 硬件配置 系統采用了雙傳感器配置在皮帶兩側，以減小物料偏載，增強了稱重采樣穩定性。配置高精度 A／ D轉換模塊，同時配備自動校準砝碼，克服重量傳感器的疲勞及放大器的溫漂和時漂，以確保 A／ D轉換的精度。將高速旋轉編碼器用于皮帶測速配套使用高速計數器模塊，以減小皮帶測速誤差，降低整個系統的數據檢測誤差。 PLC采用西門子公司高性能的 PLC產品 S7300系列，該模塊上有以太網接口、 MPI接口、遠程 I／ O接口、串行口等，可根據不同的需要，串入不同的通信網絡，通過 Prefibus． DP現場總線可實現各PLC系統間的可靠通訊。因此在設計本控制系統時，將電控和各檢測信號均納入 PLC，充分、合理地共享硬件和軟件資源。通過檢測儀表等采集計量過程和設備運行狀態的各種數據，實現電氣設備的控制。觸摸屏作為人機界面，能顯示整個系統的有關參數并能對主機發布相關命令。觸摸屏和主機間采用 RS． 232通訊，系統可擴展性強，數據接口豐富。 軟件設計 在系統的軟件設計方面主要包括兩大部分： PLC控制程序的設計、觸摸屏組態界面的設計。在 PLC程序中設計兩種控制方式可供自由選擇，即手動方式和自動方式。采用手蘭州理工大學畢業設計說明書 15 動方式時，用觸摸 按鈕控制秤的標定和起停等。采用自動時，需要先選擇設置好控制參數并確認無誤后，運行系統即可進入自動控制運行狀態，這樣設備就可以自動完成稱重過程。通過觸摸屏與 PLC之間通過 RS232進行通訊，操作人員可以通過觸摸屏向 PLC發出各種控制命令，同時還可將現場的各種數據通過 PLC傳送給觸摸屏，在觸摸屏界面上顯示出來，實現對生產過程的實時監控。最后，通過對 SIMATIC的硬件組態，實現了 PLC與觸摸屏和變頻控制器之間的通信，實現了系統各部分之間信息的高速交換。 蘭州理工大學畢業設計說明書 16 第 3章 電子皮帶秤稱重原理及誤差分析 隨著科學技術水平的提高，電子皮帶秤的結構、部件組成及測控技術都發生了顯著變化。主要表現在稱重裝置的結構更加簡化合理，計算機技術與數據檢測和控制過程結合得更加緊密。但其基本組成和稱重的基本原理并未發生根本轉變。由電子皮帶秤的組成結構、稱重原理和秤架受力情況的分析可知，其計量準確度是由稱重傳感器與測速傳感器所檢測到的單位長度上的物料重量以及皮帶運行速度決定的。在實際稱量過程中，由于計量托輥的非準直度、皮帶張力及皮帶運行阻力等被稱為“皮帶效應”的因素影響 ，傳感器本身精度、通道設置及工作方法的影響，校準方法與實際工作狀況的差別影響，電磁干擾、振動、溫度和濕度變化等因素影響，造成的計量誤差從而影響計量精度。同時，電子皮帶秤的控制誤差受系統計量精度、控制及執行機構的影響，因此分析時應該理清條理，分清主次。 電子皮帶秤稱重原理 稱重裝置 [5][7] 皮帶秤的稱重裝置是皮帶秤稱重負荷的承受部分，它安裝在輸送機上，簡稱為秤臺。 根據皮帶秤的組成和稱重原理，稱重裝置在皮帶秤中起直接感應皮帶上物料重量的作用，