飼料生產(chǎn)線的三菱PLC和三菱變頻器的改造

1、課程設計任務書題 目：飼料生產(chǎn)線的三菱PLC和三菱變頻器的改造課 程： PLC技能培訓課程設計 專 業(yè)： 自動化 班 級： 2008 級 姓 名： 學 號： 摘 要現(xiàn)代飼料工業(yè)正向大規(guī)模、集約化生產(chǎn)方向發(fā)展，生產(chǎn)過程工藝設備及相關(guān)因素漸漸趨于復雜，相同的工藝設備也可因生產(chǎn)過程控制的優(yōu)劣和管理水平的高低使企業(yè)效益相差甚遠。由于人為因素的影響，使控制過程伴有隨意性，過程各參數(shù)和結(jié)果往往難于得到準確的反映和記錄，各種故障的檢測、報告不及時，使得工藝設備的生產(chǎn)能力得不到正常的發(fā)揮。因此，對生產(chǎn)過程實施自動控制和優(yōu)化工況操作不再只是一種時尚，而是促使人員和設備安全，高效地工作，并使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠地一種

2、必不可少的一種手段。本設計通過使用控制器PLC，實現(xiàn)了飼料廠大規(guī)模自動生產(chǎn)。關(guān)鍵詞 飼料；PLC；自動控制1 緒論伴隨著自動化水平的提高，我國的飼料工業(yè)從70年代末、80年代初起步、經(jīng)過10多年的發(fā)展，已成為國民經(jīng)濟的一個基礎產(chǎn)業(yè)。在重視科技、重視計算機技術(shù)應用，高起點地發(fā)展有飼料加工企業(yè)這一正確戰(zhàn)略思想指導下，在起步階段，抓住飼料加工過程中配料這一重要環(huán)節(jié)，采用微機控制結(jié)束，淘汰或改造陳舊落后的“容積式”“字盤秤式”配料生產(chǎn)方式，從而大大地提高了飼料加工生產(chǎn)的產(chǎn)量及質(zhì)量，顯而易見的經(jīng)濟效益，為自動控制技術(shù)在飼料加工業(yè)中的應用開創(chuàng)了一個良好的開端。隨著大規(guī)模集成電路及微型計算機的迅速發(fā)展，PL

3、C技術(shù)應用的普及，各種功能的外圍支持設備、接口技術(shù)、網(wǎng)絡通訊和操作系統(tǒng)亦越來越完善，電控元器件的質(zhì)量及品種都上檔次的提高，為飼料廠自動控制系統(tǒng)本身提供了良好的方法和手段。尤為重要的是，作為控制對象的工藝設備本身性能的提高，為自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運作奠定了扎實的基礎。記過近20年的發(fā)展，目前我國飼料加工生產(chǎn)過程的自動化水平已經(jīng)達到了國際同行業(yè)先進水平，具體體現(xiàn)在單機設備的控制和生產(chǎn)過程的控制兩個方面。在單機控制方面，從配料秤發(fā)展到定量秤/計量秤及成品打包秤，并逐步形成了計量稱重設備控制儀表的系列化、標準化及通訊網(wǎng)絡化。主要關(guān)鍵性加工設備（如粉碎機、制粒機）機電一體化控制技術(shù)的研究及應用也有所進

4、展，初見成效?，F(xiàn)場檢測裝置由單一的料位器，發(fā)展到防堵、跑偏、測速等現(xiàn)場保護裝置，檢測精度、穩(wěn)定性及信號傳輸方式都在不斷更新。在生產(chǎn)過程自動控制方面，由以繼電器控制方式為主，通過擴大單機設備儀表控制范圍，在局部的生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化控制，由以機電控制方式為主，通過擴大單機設備儀表控制范圍，在局部的生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化控制，發(fā)展到包括全廠生產(chǎn)過程在內(nèi)的所有設備都采用可編程序控制器實現(xiàn)自動化聯(lián)鎖控制，主要的單機設備及配料環(huán)節(jié)采用智能化儀表實時控制，并在此基礎上，將可編程序控制器、智能化控制儀表通過數(shù)據(jù)通訊方式與上位機聯(lián)網(wǎng)，在上位機上實現(xiàn)全方位的生產(chǎn)過程監(jiān)控與管理。2 飼料生產(chǎn)自動化飼料生產(chǎn)過程的自動化控

5、制，實際上包含了兩個方面的內(nèi)容。一類是以自動化儀表為執(zhí)行結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程中一些變化的物理量進行自動控制，使單機設備某一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)處于最佳工作狀態(tài)，屬于儀表自動化的范疇。例如在配料混合生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過配料秤智能控制儀，按照預定的配方要求，控制物料的加料過程及配比，用壓制機智控制儀，控制和監(jiān)測壓制過程中的溫度、壓力、流量等。另一類是以電動機、電磁閥等為執(zhí)行機構(gòu)，控制生產(chǎn)設備機械運動的系統(tǒng)，屬于電氣傳動自動化的范疇。在這一范疇內(nèi)，結(jié)合飼料生產(chǎn)過程的特點，我們所要解決的問題是如何按照生產(chǎn)工藝的要求，合理有效地按照一定的規(guī)律，控制飼料生產(chǎn)過程中上百臺生產(chǎn)設備的協(xié)調(diào)運行，已使整個生產(chǎn)過程達到最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指

6、標。3飼料生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)的設計3.1 被控過程的描述在熟悉工藝流程特點和明了控制任務的基礎上，設計一個PLC控制系統(tǒng)的首要任務是詳細羅列該系統(tǒng)的全部功能和要求，其中包括系統(tǒng)方框圖組成的描述，PLC及其I/O與被控過程其他控制器或計算機關(guān)系的闡述等。圖1 飼料廠生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)框圖飼料廠生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)框圖各部分功能如圖1所示：a. PLC作為控制主機安裝在PLC柜內(nèi)，通過其I/O模塊，接收來自MCC柜內(nèi)的交流接觸器、保護元器件（自動空氣開關(guān)、繼電器、現(xiàn)場傳感器）等動作輸入信號以及操作臺上控制按鈕主令信號，根據(jù)程序運行的結(jié)果發(fā)出輸出信號，控制MCC柜內(nèi)的交流接觸器動作，從而達

7、到控制監(jiān)測現(xiàn)場設備的目的。b. MCC柜即電動機控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動空氣開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對被控設備實行驅(qū)動控制以及短路、過載保護等功能。c. 現(xiàn)場操作按鈕箱安裝在現(xiàn)場各樓層，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的手/自動操作轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場對單臺設備實現(xiàn)手啟動、停操作，在自動控制方式下，亦能通過現(xiàn)場操作按鈕實現(xiàn)單機設備的緊急停車，通過PLC控制程序運行，從而實現(xiàn)故障設備工段的自動聯(lián)鎖停車。d. 用雕刻或絲網(wǎng)印刷等方法將工藝流程刻畫在有機塑料或技術(shù)材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來模擬顯示現(xiàn)場設備運行的狀態(tài)。燈亮表示該設備在運行，燈熄滅表示該設備停車等。采用這種方

8、式模擬現(xiàn)場顯示生產(chǎn)過程，直觀、一目了然，但反映的信息單調(diào)，電氣接線較多，一旦制造成功，工藝上有任何改動，在模擬屏上都不能更改。所以在一些飼料廠的設計中，取消了這部分硬件設備，而用PLC與上位機通訊組態(tài)方式，在計算機屏幕上顯示工藝流程。操作臺安裝系統(tǒng)中的一些操作按鈕、指示燈、報警器、電流電壓表、控制電源穩(wěn)壓器等。如一次回路的合閘分閘按鈕、各樓層餓信號聯(lián)絡按鈕、指示燈、各工段的主令啟動、停車按鈕等。e. 典型控制原理圖：以一個直接啟動的電機控制回路，說明強電控制系統(tǒng)與PLC之間的關(guān)系。如圖所示。圖2 典型控制原理QF自動空氣開關(guān)，做短斷和過載保護開關(guān)PF熱電保護KM交流接觸器SB現(xiàn)場手/自動轉(zhuǎn)換及

9、急停開關(guān)SA現(xiàn)場啟動按鈕合上主回路空氣開關(guān)QF其常開觸點QF閉合，當SB置手動位置時，按下啟動按鈕SA，交流接觸器KM線圈得電其常開并自保，主觸點KM閉合接通電動機M電源，電動機啟動運轉(zhuǎn)。當裝換開關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，其主觸點及常開觸點斷開，電動機電源切斷停止運轉(zhuǎn)。但SB置于自動位置時，由PLC根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號，使KM線圈得點，電動機運行，同時PLC根據(jù)程序命令監(jiān)測輸入信號的狀態(tài)，KM常開觸點閉合，對應的輸入點狀態(tài)為“1”，則電機M正常運行；運行中當發(fā)生短路或過載故障時QF常開觸點也斷開，對應的輸入點狀態(tài)為“0”，KM常開觸點斷開，其對應的輸入點狀態(tài)為“0”，通過編制程序，

10、PLC發(fā)出故障報警信號，并切斷有關(guān)的輸出信號做相應的聯(lián)鎖停車控制。在自動運行狀態(tài)下，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，電機停止運行，相應的SB輸入狀態(tài)位由“1”變?yōu)椤?”，KM輸入狀態(tài)由“1”變?yōu)椤?”PLC同樣發(fā)出報警及聯(lián)鎖控制信號。3.2 主機的選型在確定控制方案以后，首先遇到的問題便是采用什么樣的機型？容量應多大？對于我們這樣一個以開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)來說，一般的PLC控制功能都能滿足要求。所以在確定機型容量時，I/O點數(shù)變成了一個重要因素。將所有I/O點按其形式（開關(guān)量或模擬量）、功用（輸入或輸出）、信號電平（直流或交流、電流電壓等級）和設置地點（遠程或就地）等來

11、分類，并按照預選的PLC機型編制I/O分配端子圖，包括架號、機架內(nèi)的I/O通道號，每個I/O點的操作數(shù)分配號（即I/O地址號）和寄存器的選用安排等，列出PLC硬件配置清單。在主機選型中，除了應該考慮主機的I/O點控制范圍、估算各類寄存器容量是否滿足編程要求以外，一些非功能性的因素也該注意，如性能價格比、訂貨周期、經(jīng)銷單位的技術(shù)實力與技術(shù)支持等。3.3 編寫用戶程序a. 根據(jù)工藝流程及控制要求，編制各工段的控制流程圖，粉碎工段的控制圖如圖3所示。b. 用戶程序的編制方法與可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于各種系統(tǒng)對控制的功能的要去不同，出現(xiàn)了多種形式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常見的有循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、判斷分支結(jié)構(gòu)

12、、子程序嵌套結(jié)構(gòu)、步進控制結(jié)構(gòu)、中斷傳送結(jié)構(gòu)等。對不同形式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相應的內(nèi)部電路組成、編程方法和控制功能不一樣。 循環(huán)控制的程序結(jié)構(gòu)，采用模塊式結(jié)構(gòu)，整個程序是由若干個程序塊串聯(lián)組成，每個程序塊又由若干條指令，完成，某種控制功能。運行時CPU從程序起點開始，依次執(zhí)行各個程序塊中的每一條指令，直到程序終點，從而構(gòu)成一個掃描周期，并周而復始地重復上述掃描循環(huán)。對于飼料生產(chǎn)過程的控制，采用循環(huán)控制結(jié)構(gòu)及編程方法，就完全可以達到控制功能的要求，一般包括以下幾個程序塊：a)系統(tǒng)工作狀態(tài)識別及初始化程序塊b)設備非聯(lián)鎖集中控制操作程序庫c)流程聯(lián)鎖控制主令啟停操作程序塊d)設備輸入狀態(tài)檢測程序塊e)風

13、網(wǎng)設備控制程序塊f)主流程設備控制程序塊g)設備故障報警程序及顯示程序塊h)與上位機通訊數(shù)據(jù)的采集與匯總程序塊圖3 粉碎工段控制流程框圖3.4 典型回路分析a)設備輸入狀態(tài)檢測程序塊（圖3）：中間繼電器M0M4構(gòu)成一個故障檢測記憶回路，當轉(zhuǎn)換開關(guān)SB置于手動位置，輸入信號“”，或是自動空氣開關(guān)斷開，輸入信號為“”，其對應的常閉接點狀態(tài)不變。電流通過常閉接點M502或M502是M10線圈得電并自保。圖4 設備輸入狀態(tài)檢測程序塊設備啟動后，交流接觸器KM輸入信號為“”，其對應接點M500由常閉變?yōu)槌ｉ_，即使在T0接點閉合的情況下，電流也不會超過M500和T0使M10得電，表示設備運行正常。一旦由于

14、某種原因是KM輸入信號為“”，其對應的接點M500恢復為常閉狀態(tài)，在T0接點仍閉合的情況下，電流便會從M500和T0是M0線圈得電并自保。M0得電，即有故障發(fā)生，用其接點狀態(tài)去聯(lián)鎖有關(guān)的控制及報警回路。其余回路依次類推，當故障復位信號M4由常閉變?yōu)槌ｉ_時，M0M4全部復位。b)主流程設備控制程序塊（圖5）：M13為流程啟動信號，T10為風網(wǎng)全部啟動完畢信號，Y1Y4為輸出信號，M700M704為設備非聯(lián)鎖單機控制信號，T0T4為啟動及檢測延時信號，T11T14為停車延時信號，M10為流程停車信號。圖5 主流程設備控制程序塊當流程啟動時，風網(wǎng)設備啟動完畢后，M3、T10節(jié)點閉合，電流通過M13、

15、T10、M0、T11使Y0得電并自保，發(fā)出輸出信號，啟動電機1。同時T0常開節(jié)點閉合，檢測輸入回路。若有故障M0常閉接點斷開，M0失電，切斷輸出信號；如無故障，則通過M13、T0、M1、T12回路使Y1得電并自保，發(fā)出輸出信號啟動電機2，同時T1計時嗎，經(jīng)過延時T1常開節(jié)點閉合檢測輸入回路，若有故障M1常閉接點斷開，Y1失電切斷輸出信號；若無故障，則啟動M3，依此類推知道3、4、5啟動完畢。停車時，M10常閉接點斷開，首先切斷Y4停5，并通過Y3、Y4、M10回路使T14得電，記過延時其常閉接點斷開，切斷Y3、停M4。依此類推直到3、2、1逐臺全部停車。在運行過程中，若M3發(fā)生故障，M2常閉觸

16、點斷開，Y2、T2式電，由于T2常開接點斷開，使得Y3、T3失電，T3常開接點斷開，又使得Y4、T4失電，3、4、5同時停車。故障發(fā)生，M10常開接點閉合，通過Y1、Y2、M10使T12得電，經(jīng)過延時T12常閉接點斷開使Y1失電停M2，進過Y0、Y1、M0又使T11得電，經(jīng)過延時T11常閉接點斷開使Y0失電，停1。4 心得體會通過本次設計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和網(wǎng)絡成了我們很好的助手。在查閱資料

17、的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。參考文獻1 方希修,尤明珍編著.飼料加工工藝與設備.北京: 中國農(nóng)業(yè)大學出版社, 20072 龐聲海,郝波編著.飼料加工設備與技術(shù).北京: 科學技術(shù)文獻出版社, 20063 張培志主編.電氣控制與可編程序控制器.北京: 化學工業(yè)出版社

18、, 20074 巫莉主編.電氣控制與PLC應用.北京: 中國電力出版社, 2008附錄：程序LDI M500AND T0LDI M501LDI M502LD M0ORBOUT M0LDI M503AND T1LDI M504LDI M505LD M1ORBOUT M1LDI M506AND T2LDI M507LDI M508LD M2ORBOUT M2LDI M509AND T3LDI M510LDI M511LD M3ORBOUT M3LDI M512AND T4LDI M513LDI M514LD M4ORBOUT M4LD M13OR Y0AND T10LD M700ORBLDI M0ANI T11OUT Y0OUT TO K50LD Y0ANI Y1AND M0OUT T11 K80LD M13OR Y1AND T0LD M702