畢業設計-plc皮帶秤在線計量控制系統說明書-資料下載頁

【導讀】足，闡述了誤差的來源及減少誤差的方法。選擇了適合于煙草行業的皮帶秤秤架系統。系統的功能特性、硬件結構、軟件環境及功能擴展性問題。探討了測控技術的相關理論。性能和較高的工程實用價值，同時也降低了工程費用，提高了系統的性價比。上，針對原系統存在的操作不便、實時性差等問題。提出了改進方案。案解決了原有系統存在的問題，有廣闊的推廣價值。

　　

【正文】 。電磁干擾除外受部大功率設備啟停的影響外，還有來自于皮帶秤測控系統的自身干擾，其中變頻調速器是一個主要的干擾源。在其它影響因素中，強烈振動可傳遞給皮帶秤秤架系統，其影響程度與系統的固有頻率有關。其中對電阻應變片式稱重傳感器的影響最大；風會通過對皮帶秤計量段施加壓力而影響稱重；溫度驟變會引起電 路元件電動勢或參數的變化，影響正常工作。同時，還可對皮帶的性能產生不利影響；粉塵、殘料等也會因附著在皮帶秤托輥、傳感器傳力拉蘭州理工大學畢業設計說明書 24 桿和滾筒上而對稱重產生影響等等。濕度的影響一般表現在皮帶受潮吸濕的最初階段，在此期間含水率直線上升直致飽和，通過及時的校準，其影響可作為皮帶自重的均勻變化消除。粉塵、殘料等可通過保養清除，制絲工藝對環境溫度、濕度的又有嚴格的控制范圍要求，因此，環境因素不是皮帶秤的主要誤差來源。但當某些因素如皮帶秤相鄰設備異常振動時，環境影響就成為絕不可忽視的問題。所以，在設計電子皮帶秤時，將環境因素做 為依據或主要因素之一。從電子皮帶秤的控制原理看，電子皮帶秤的控制受計量和控制因素的雙重影響。在計量因素中，對控制有直接影響的是數據檢測與處理環節。因此，首先應從減少此環節的誤差入手。 本章闡述了皮帶秤的稱重原理并分析了稱重受力情況，還分析了引起電子皮帶秤的計量誤差的主要來源。它包括來自于稱重和數據檢測與處理過程的誤差、來自于校準時引入的間接誤差和來自于環境因素對皮帶秤稱重的各個環節的綜合影響。根據誤差產生的來源，提出了減小相應誤差的方法。 蘭州理工大學畢業設計說明書 25 第 4章 系統硬件設計 本章在上述分析系統原理工藝流程誤差來源分析以及規劃系統總體設計方案的基礎上，對系統的硬件選型進行分析。硬件設計在數據檢測部分主要由雙托輥雙稱重傳感器、和旋轉編碼器組成。電子皮帶秤使用兩種傳感器即稱重傳感器和旋轉編碼器。其中稱重傳感器是皮帶秤進行非電量到電量轉換的核心元件，它的性能指標在很大程度上決定了電子皮帶秤的精度和穩定性。旋轉編碼器用于檢測皮帶的運行速度，而重量信號和速度信號的積算反映了皮帶秤的稱量值，因此，旋轉編碼器的選擇和使用也直接影響了皮帶秤的 準確度。以西 S7300PLC為控制核心，以變頻調速技術為控制基礎構成了控制系統的硬件部分。本章討論數據檢測與控制系統的硬件選型及其測控系統的硬件設計。 硬件設計總體分析 經過上述一系列的分析，我得到了如下工藝流程圖： 稱重 傳感器秤架變頻電機變頻器測速信號接口稱重信號接口開關控制信號運輸皮帶旋轉 編碼器PLC 圖 工藝流程圖 我們分析可知，設計中我們要選擇一臺電機，用于帶動皮帶轉動；一臺變頻器用于瞬時調節電機轉速，形成均流量控制；還 有稱重傳感器及稱重模塊的選擇；測速傳感器蘭州理工大學畢業設計說明書 26 的選擇；并將各種測量信號送入 CPU進行控制傳送。在接下來我將對各種設計中需要的期間進行選型和具體分析。 總的控制過程為，各種測量的信號傳入 PLC，由 PLC接收到這些信號，在發出控制命令，控制電機轉速，完成各種控制功能。 于是有下面的框圖： 稱重傳感器旋轉編碼器皮帶秤變頻器MM440電源處理P 1 電源PS307C P U 模塊3172PN/DP數字量入/輸出模塊SM323模擬量入/輸出模塊SM335高速計數模塊F M 3 5 0 2稱重模塊SIWAREX U電動機秤體 圖 系統原理設計框圖 雙托輥秤臺設計 【 17】 (1)雙托輥消除了水平分力的影響 如圖 4． 1為雙托輥傳感器受力示意圖 ( a) 蘭州理工大學畢業設計說明書 27 (b) 圖 雙托輥傳感器受力分析示意圖 由 (b)可以看出，當傳感器由于受力產生變形使得計量桿由位置 1變為位置 2時，傳感器受力 F1及 F1’將產生垂直分力 F3(F3’ )和水平分力 F2(F2’ ).雙托輥相當于左右對秤的兩個單托輥秤臺的組合，在 固定托輥距離相等的情況下，雙托輥的計量段長度將遠長于單托輥的計量段長度．相同的物料在雙托輥秤臺上將被秤量更長的時間而且感知更大的重量，這不僅提高了稱量的精度，也提高了靈敏度。 稱重傳感器的選擇 1 、稱重傳感器的工作原理 [11] 稱重傳感器按其工作原理分類有：電阻應變片式、電感式和電容式等。電阻應變片式傳感器一般由受壓彈性元件 (膜片、膜盒或波紋管 )和應變彈性元件 (如各種梁 )組成。工作過程是被測壓力通過受壓彈性元件轉換成集中力作用于應變彈性元件，應變彈性元件變形帶動粘貼的應變片隨之變形產生電阻差動變化 ，然后通過全橋接線輸出瞵 J。因為壓力的大小與應變成正比，應變大小與電阻的變化成正比，電阻的變化率與輸出電壓變化率成正比。所以，被測量與輸出量之間呈線性關系。同時，由于采用了應變片差動布線和全橋連線，電阻應變片式傳感器具有良好的抗載荷或側向力引起的干擾能力由電感式或電容式傳感器的工作原理可知，電感或電容的變化與被測壓力之間分別呈反比或二次函數關系，被測量與輸出量之間不存在線性關系。根據電子皮帶秤采用的重力式線性稱重的基本原理，電阻應變片式傳感器更適合用于皮帶秤稱重。在傳感器的選用上，除了考慮精度、線性度等性能 外，為確保皮帶秤稱重的準確度，克服傳感器在低量程段線性差的缺點，選用傳感器的量程應按照皮帶秤最大工藝流量來選擇。在實際工作中，蘭州理工大學畢業設計說明書 28 要求傳感器的有效量程在 2080％之間。根據秤架的受力分析，計量托輥垂直位移過大會引響秤架的預壓力。因此，傳感器的受力變形范圍應是選用的依據。從傳力方式看，拉桿式傳力較鋼球式傳力形式的抗側向能力強。同時，還要考慮卷煙制絲線積塵多、濕度大等環境因素。 基于以上原因，國內煙草行業采用不銹鋼波紋管拉力式傳感器的居多。我們選擇英國 TEDEA公司 355型波紋管式傳感器，性能參數是：拉桿式傳 力，量程 5,一 50kg，滿載變形 ，綜合誤差 0． 02％，安全過載 150％，極限過載 200％ [11]。皮帶秤實際稱重時，其秤架振動、皮帶偏移、載荷偏載等因素都可能對傳感器的正常工作產生影響。因此，在設計、制造和使用皮帶秤時，要考慮傳感器與秤臺連接裝置的可靠性和穩定性。實驗表明，使用同一皮帶秤和同一傳感器，但采用不同的連接裝置，在稱重準確度上差別很大。同理，連接裝置的加工、安裝和調試的差異，也會影響準確度。據資料記載，同一類型傳感器僅僅是連接裝置的加工和安裝精度差別，可使稱重準確度從 ％～％降為 ％～ ％。由于輸送物料的非均勻性，加上皮帶秤運行時的自身振動及環境影響，傳感器的受力是不斷變化的。比如：傾斜角的抖動，與垂線夾角的變大或變小等。在正常工作時，傳感器受力在其受力垂線四周一定范圍內游移，其分布規律呈正態分布特性。如圖 4． 4所示：氟表示正常稱重時稱重力作用點的分布； F、 F1等力圍繞某點在傳感器受力垂直線武范圍內自如游移，并不影響皮帶秤的準確度。當作用力 F2偏移出氟 (例如：進入非正常區域晚 )時，此時分布區域就產生了變化。正態分布函數的均值不相等，所以系統就產生了誤差。 圖 傳感器受力作用點分布圖 在實際工作中，皮帶秤物料、振動和偏載等因素不可能完全排除。因此，為防止稱重發生偏差，傳感器與秤臺要可靠連接。連接方式如圖 。 蘭州理工大學畢業設計說明書 29 圖 傳感器與秤臺的聯結裝置圖 在設計、加工和制作傳力連接裝置時，還要考慮標準化和整體性問題，以方便維修。同時，要及時進行保養。如上圖，球頭拉桿處極易積灰，會影響傳感器的受力，要定期清掃。 為使皮帶秤正常工作，要盡量使傳 送物料的中心 (重心 )線與皮帶中心線一致，這樣既有利于稱量，又可使物料不易漏灑。當使用單傳感器時，傳感器應安裝在皮帶秤皮帶的中心線上，以最大限度地克服物料偏載對稱重準確度的影響。此時，雖佳安裝位置應當是中置即在皮帶中心線有效稱量段的中間。 A為傳感器中置及受力分析示意圖 B為傳感器偏置及受力示意圖 圖 傳感器受力分析圖 傳感器中置時的受力響應曲線明顯較偏置時好，此時準確度高且穩定性好。多傳感器的組合使用是近年來煙草行業使用皮帶秤的一種新趨勢， 它可以有效克服物料的偏載影響，提高皮帶秤的稱重準確度，增加穩定性。 蘭州理工大學畢業設計說明書 30 E B 圖 圖 雙傳感器測重方式示意圖 如圖 (用“ 表示傳感器 )，當使用單傳感器測重時，當物料負荷在中心 C點時， C位于 DCE三角形的中點；當物料偏載或負荷中心線由 O點移到 oi點時，其負荷中心也由 C點移到 F點，顯然 F點已不處于三角形 DFE的中點即負荷 P點的變化誤差導致測 重精度下降。如圖 4． 8，使用雙傳感器時，兩個計量托輥兩側可各設有傳感器 A和 B，物料的重量由 A和 B共同稱量，傳感器的總負荷 P=PA+PB。假設物料中心自中點 O偏向 q，則 B上升，只下降，但總負荷 P仍然不變，這樣就消除了物料中心隨機變化產生的偏載誤差。同理，假設皮重易也是由只 n和％組成，則皮帶偏移也不會引起皮重值的變化。顯然使用雙傳感器的稱重穩定性較單傳感器時更高。但需要說明的是在組合傳感器上，使用的數量并非越多越好。例如當使用四個傳感器成本較高，而且在調試時需要將四個傳感器調節到一個水平面上，維護也很不方便。因 此我們選用雙傳感器設計。 [12] 傳感器數量的選擇是根據秤體需要支撐的點數 (支撐點數應根據使秤體幾何重心和實際中心重合的原則而確定 )而定。一般來說，秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，煙草皮帶秤秤通常采用電子吊鉤秤，只能采用一個傳感器。所以該設計有用 1個壓力傳感器。 傳感器量程的選擇可依據秤的最大稱量值、選用傳感器的個數、秤體的自重、可能產生的最大偏載及動態等因素綜合評價來確定。理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用 時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。在稱重系統中，傳感器的量程范圍蘭州理工大學畢業設計說明書 31 應根據以下原則合理選擇，才能獲得滿意的準確度并具有足夠的靈敏度和過載保護可靠性。 皮帶自重 + 額定稱量重量 傳感器額定量程＝ (～ )傳感器的數量 國內外常見的應變式稱重傳感器靈敏度多數為 2mVN，但也有 lmVN的，如柱式傳感器；也有 3mVN的，如部分懸臂梁式傳感器和板環式傳感器 ；扭環式傳感器則通常是 ／V。目前攪拌站上使用的傳感器基本上都是 2mV／ V的。傳感器準確度的選擇以滿足稱量系統的準確度要求為準，不必片面追求過高的傳感器靈敏度。 [11] 煙草皮帶秤中煙草對稱重傳感器的沖擊最大，稱重傳感器稱重過程中過載情況最容易發生。從調查的情況來看，傳感器因過載而損壞的情況時有發生。有控制系統故障的原因，也有使用過程中人為因素造成的過載。因此傳感器的過載能力、過載保護系統對稱重系統的可靠運行有一定的影響。 傳感器的性能指標中有兩項于此有關，一是 允許過負荷，一是極限過負荷。允許過負荷是指卸去這一負荷后，傳感器的線性性能保持不變。極限過負荷是指在這一負荷下傳感器不會產生有害的永久性機械變形。一般傳感器的允許過負荷為 150％，極限過負荷在 200％～ 300％之間。有些帶過載保護的傳感器則可能超過某一范圍。根據特殊需要，有些傳感器因其特殊設計，允許過負荷高達 500％。此類傳感器在頻繁過載的情況下也能可靠地工作。 [13] 本設計采用單科單秤的方案，即單獨一套稱量系統。根據配料過程中需要的每種物料的不同，結合上面的選型公式。確定各 秤的傳感器量程，這里選用的是濟南 蘭州理工大學畢業設計說明書 32 。 表 41 傳感器型號和數量 稱重模塊的選擇 【 15】 在考慮到各方面的限制時，我選擇了 SIWAREX U作為設計中需要的稱重模塊。它的主要作用是將傳感器傳來的重量信號經過處理后傳到 CPU。 總體信息 SIWAREX U 是靈活的多功能電子稱重模塊，可用于 SIMATIC S7 自動化系統中，適用于電子秤的任何場合。該功能模塊 (FM) SIWAREX U 擁有自動化系統的所有優勢，全集成通訊、自診斷系統和組態工具。 SIWAREX U 不包括 貿易結算