自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、題 目： 自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要自動(dòng)配料系統(tǒng)是一種在線測(cè)量動(dòng)態(tài)計(jì)量系統(tǒng)，集輸送、計(jì)量、配料、定量等功能于一體，在冶金、建材、化工、飼料加工等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)開發(fā)自動(dòng)配料優(yōu)化控制系統(tǒng)，對(duì)于改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用背景、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述，針對(duì)當(dāng)前配料生產(chǎn)企業(yè)工藝水平相對(duì)落后、自動(dòng)化水平低、生產(chǎn)效率低等不足，設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)配料優(yōu)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠工作在全自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)以及本地手動(dòng)三種模式下。在硬件設(shè)計(jì)上，采用工控機(jī)與PLC相結(jié)合的總體控制結(jié)構(gòu)，由工控制機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控，PLC完成設(shè)備級(jí)的動(dòng)作控制及相關(guān)信號(hào)

2、的處理，通過以太網(wǎng)及RS-485總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)接與通信；改進(jìn)了配料車定位系統(tǒng)，利用設(shè)計(jì)的定位盒實(shí)現(xiàn)位置編碼方案，提高了定位精度。在軟件設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫管理(SCADA)等上位機(jī)應(yīng)用軟件，能夠保存產(chǎn)品配方、料倉數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等，并能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程控制等功能，兩臺(tái)上位機(jī)數(shù)掘庫能夠有效地保持同步。設(shè)計(jì)了下位機(jī)PLC主控程序以及通信、配料精度控制和配料車行走子程序。針對(duì)配料系統(tǒng)普遍存在的配料落差控制問題，采用了一種基于模糊自適應(yīng)結(jié)合PID的復(fù)合型預(yù)測(cè)控制算法，算法將模糊自適應(yīng)控制寬范圍快速調(diào)節(jié)和PID精確調(diào)節(jié)的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來，當(dāng)系統(tǒng)的偏

3、差大于某一設(shè)定值時(shí)，采用結(jié)合了人的經(jīng)驗(yàn)的模糊自適應(yīng)規(guī)則控制，當(dāng)系統(tǒng)偏差小于設(shè)定值時(shí)采用PID控制，模糊控制器的兩個(gè)輸入分別為系統(tǒng)期望值和偏差，通過不同的期望值，預(yù)測(cè)不同的空中落差，并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性；針對(duì)批量生產(chǎn)時(shí)的工作效率問題，通過對(duì)兩臺(tái)配料車工作時(shí)序的認(rèn)真分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)，精心設(shè)計(jì)了遺傳算子，求解出了最大工作效率所需的兩臺(tái)配料車的最佳行走路徑，解決了配料車行走路徑的優(yōu)化問題。該課題研究開發(fā)成果，已投入不定形耐火材料實(shí)際生產(chǎn)，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、控制精度和生產(chǎn)效率高。關(guān)鍵詞：傳動(dòng)控制；自動(dòng)控制；PLC控制目 錄 1緒論2 1.1課

4、題來源及現(xiàn)實(shí)意義2 1.1.1課題來源2 1.1.2 現(xiàn)實(shí)意義2 1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定2 1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2.2總體設(shè)計(jì)方案的確定22 PLC概述32.1 PLC的發(fā)展歷史32.2 PLC的硬件和軟件3 2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成3 2.2.2 PLC的軟件構(gòu)成42.3 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備52.4 PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)52.5 PLC的注意事由63自動(dòng)化軟件的發(fā)展現(xiàn)狀73.1發(fā)展歷史及定義73.2發(fā)展趨勢(shì).83.3監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC簡介和應(yīng)用.93.3.1 WINCC簡介.103.3.2 WINCC的特點(diǎn). 114配料系統(tǒng)簡介.124.1自動(dòng)配料系統(tǒng)的特點(diǎn).124.2自

5、動(dòng)配料系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn).134.3自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成.134.4 配料技術(shù)的最新進(jìn)展.145自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì).145.1配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì).145.1.1 稱重方式選擇145.1.2 給料方式選擇155.1.3 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu).165.2配料系統(tǒng)的組成.165.2.1 輸送裝置的設(shè)計(jì).175.3 計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì).175.3.1 稱重元件設(shè)計(jì)185.3.2 測(cè)速元件的設(shè)計(jì).196控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).206.1 PLC的選配.206.1.1 S7-200的特征.206.1.2 S7- 200的主要組成部件.216.1.3 軟件.216.2 稱重儀表的選配.226.3 操作站的選配.227控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).23

6、7.1 稱量儀表參數(shù)設(shè)定.237.1.1 電子秤參數(shù)設(shè)定237.1.2 皮帶秤參數(shù)設(shè)定237.2 PLC程序編制.237.3操作站wincc組態(tài).278 總結(jié).31參考文獻(xiàn).321 緒論 1.1課題的來源及現(xiàn)實(shí)意義 1.1 課題的來源 自動(dòng)配料系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)各種不同類型的物料（固體或液體）進(jìn)行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動(dòng)化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、塑料、冶金、建材、食品、飼料等行業(yè)。在氧化鋁生產(chǎn)及其它工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到多種物料配比控制的情況。在手動(dòng)控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計(jì)算出各物料的配比，再根據(jù)配比，分別計(jì)算出各物料的理想下料量，對(duì)各臺(tái)設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比

7、的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化，需要改變下料量時(shí)，則需要再次分別計(jì)算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。計(jì)算,操作時(shí)間長，且容易出錯(cuò)，給生產(chǎn)帶來不良因素。而采用PLC控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機(jī)構(gòu)，配合配料控制軟件包，實(shí)現(xiàn)物料傳送、配料控制、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配料系統(tǒng)的集合控制。專利技術(shù)解決物料結(jié)拱、粘稠液體物料傳送、配料過程中下料沖擊和空中懸料誤差的自動(dòng)校正等問題，提高了配料精度。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)使用siemens公司的可編程序控制器及Wincc組態(tài)軟件。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)要求：1畫出主電路2. 分配I/O地址，列出元件表；3. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)

8、控制的程序框圖。4. 根據(jù)程序框圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的控制梯形圖，寫出指令表。5. 上機(jī)調(diào)試通過。6. 利用Wincc組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行1.2.2 控制要求1. 自動(dòng)配料將完成3種物料的自動(dòng)配比控制；2. 控制方式為主從比例控制方式；3. PLC要實(shí)現(xiàn)各種物料下料量的采集、喂料裝置的啟停、物料下料量的控制；4. 組態(tài)操作界面能顯示設(shè)備的運(yùn)行、停車、故障；5. 操作界面要求顯示每種物料的下料設(shè)定值、實(shí)際下料值；通過界面上設(shè)置的啟動(dòng)、停車按鈕實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的開停；2 PLC概述2.1 PLC的發(fā)展歷史在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的

9、控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程

10、控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便

11、、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。2.2 PLC的硬件和軟件2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU的構(gòu)成：CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置

12、送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯

13、運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊：PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的

14、I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。電源模塊：PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型

15、有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。2.2.2 PLC的軟件構(gòu)成1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包含3個(gè)部分：（1）.系統(tǒng)管理程序。其作用一是運(yùn)行時(shí)間管理，控制可編程控制器何時(shí)輸入，何時(shí)輸出，何時(shí)計(jì)算，何時(shí)自檢，何時(shí)通信。二是存儲(chǔ)空間管理，規(guī)定個(gè)中參數(shù)，程序的存放位置，以生成用戶環(huán)境。三是系統(tǒng)自檢程序，包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)，用戶程序語法檢驗(yàn)，句法檢驗(yàn)，警戒時(shí)鐘運(yùn)行。用戶指令解釋程序。用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級(jí)語言程序和機(jī)器碼的橋梁。標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及其調(diào)用程序。這是許多獨(dú)立的程序塊，各程序塊具有不同的功能。（2）.用戶程序用戶程序即是應(yīng)用程序，使PLC的使用者針對(duì)具體控

16、制要求編制的程序。根據(jù)不同的控制要求編制不同的程序，這相當(dāng)于改變PLC的用途，相當(dāng)于繼電器控制設(shè)備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。2.3 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備1.編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。2.機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。3.輸入輸出設(shè)備：用于永久性

17、地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。2.4 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。2.5 PLC的注意事由保證PLC的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下問題。1. 工作環(huán)境1.1 溫度PLC要求環(huán)境溫度在

18、055，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。1.2 濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%（無凝露）。1.3 震動(dòng)應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施。1.4 空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。1.5 電源PLC供電

19、電源為50Hz、220（110%）V的交流電，對(duì)于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。 3 自動(dòng)化軟件的發(fā)展現(xiàn)狀3.1發(fā)展歷史及定義自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，自動(dòng)化軟件（組態(tài)軟件）已有20年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說組態(tài)軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。80年代的組態(tài)軟件，像Onspec、Paragon500、早期的FIX等都運(yùn)行在DOS環(huán)境下，圖形界面的功能不是很強(qiáng)，軟件中包含著大量的控制算法，這是因?yàn)镈O

20、S具有很好的實(shí)時(shí)性。90年代，隨著微軟的Windows3.0風(fēng)靡全球，以Wonderware公司的Intouch為代表的人機(jī)界面軟件開創(chuàng)了Windows下運(yùn)行工控軟件的先河，由于Windows3.0不具備實(shí)時(shí)性，所以當(dāng)時(shí)，80年代已成名的自動(dòng)化軟件公司在對(duì)于操作系統(tǒng)的支持上，或按兵不動(dòng)，或?qū)⒔M態(tài)軟件從DOS向OS/2移植，人們這樣做的原因，是大家都認(rèn)為工控軟件必須具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和控制能力，必須運(yùn)行在一個(gè)具備實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)下，像DOS、OS/2、WinNT（1993年才推出）等。歷史證明，在當(dāng)時(shí)的硬件條件下，上位機(jī)做人機(jī)界面切中了用戶的需求，Wonderware因而在不長的時(shí)間內(nèi)成為全球最大

21、的獨(dú)立自動(dòng)化軟件廠商，而在80年代靠DOS版組態(tài)軟件起家，后來向OS/2移植的公司后來基本上都沒落了。 那么，本文中提到的自動(dòng)化軟件指什么？到底什么是自動(dòng)化軟件？它應(yīng)該具備哪些功能和特征呢？首先，自動(dòng)化軟件主要包括人機(jī)界面軟件（HMI），像Intouch、iFix、組態(tài)王等；基于PC的控制軟件，統(tǒng)稱軟PLC或軟邏輯，像亞控的KingAct以及即將推出的組態(tài)王嵌入版、西門子的WinAC等；還包括生產(chǎn)執(zhí)行管理軟件，許多專家也將這一類軟件歸為MES（ManufacturingExecutionSystem），像Intellution公司的iBatch、Wonderware公司的InTrack等，另外

22、，與通用辦公自動(dòng)化軟件相比，自動(dòng)化軟件還應(yīng)包括相應(yīng)的服務(wù)。其次，自動(dòng)化軟件主要具備如下功能及特征：工業(yè)過程動(dòng)態(tài)可視化；數(shù)據(jù)采集和管理；過程監(jiān)控報(bào)警；報(bào)表功能；為其他企業(yè)級(jí)程序提供數(shù)據(jù)；簡單的回路調(diào)節(jié)；批次處理；SPC過程質(zhì)量控制；符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。3.2發(fā)展趨勢(shì)在自動(dòng)化軟件賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對(duì)自動(dòng)化軟件需求的提升；也決定了自動(dòng)化軟件將由過去單純的組態(tài)監(jiān)控功能，向著更高和更廣的層面發(fā)展。（1）開放性技術(shù)自動(dòng)化軟件正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還是硬件供應(yīng)商都將自動(dòng)化軟件作為全

23、廠范圍內(nèi)信息收集和集成的工具，這就要求自動(dòng)化軟件大量采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM等，這樣使得自動(dòng)化軟件演變成軟件平臺(tái)，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時(shí)，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次開發(fā)。比如組態(tài)王6.0中提供了4個(gè)開發(fā)工具包，就是使用戶可以進(jìn)行二次開發(fā)。自動(dòng)化軟件采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)還便于將局部的功能進(jìn)行互連。（2）構(gòu)造全廠信息平臺(tái)ERP是國內(nèi)炙手可熱的話題，但目前的ERP主要應(yīng)用在商業(yè)企業(yè)的財(cái)務(wù)、銷售、物流等方面。在國內(nèi)外的企業(yè)生產(chǎn)中，還沒有多少企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)信息和ERP系統(tǒng)整合到一起，使生產(chǎn)效率和市場(chǎng)效益最大化，也就是說在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和ERP之間存在著

24、鴻溝，如何使實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)能夠進(jìn)入企業(yè)信息管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代信息工廠迫在眉睫的需求。隨著大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的日益成熟，全球主要的自動(dòng)化廠商已發(fā)展了相關(guān)平臺(tái)，使自動(dòng)化軟件向著生產(chǎn)制造和管理的信息系統(tǒng)的方向發(fā)展。自動(dòng)化軟件已經(jīng)成為構(gòu)造全廠信息平臺(tái)的承上啟下的重要組成部分。在未來企業(yè)的信息化進(jìn)程中，自動(dòng)化軟件將成為中間件，因?yàn)樽詣?dòng)化軟件廠商在既了解企業(yè)工藝、控制、生產(chǎn)制造需求，又能完成現(xiàn)場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)及為ERP提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。（3）無線的人機(jī)界面解決方案數(shù)字終端已具備越來越強(qiáng)的功能和智能化，像現(xiàn)在可以看到的預(yù)裝了WinCE的PDA，具備非常好的圖形能力。藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展迅速，據(jù)專

25、家預(yù)測(cè)，其未來的傳輸距離可達(dá)100m，另外，以XML為基礎(chǔ)的WML語言標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立。這些技術(shù)的發(fā)展為無線的人機(jī)界面解決方案提供了先決條件。和其他技術(shù)相比，無線的人機(jī)界面能夠以更低的費(fèi)用，更快的連接、更容易地獲取重要的生產(chǎn)信息，像緊急報(bào)警、重要事件、生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)等等。（4）以客戶為導(dǎo)向的軟件設(shè)計(jì) 如何站在客戶的角度來設(shè)計(jì)軟件是所有自動(dòng)化軟件廠商都應(yīng)面對(duì)的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化軟件涉及從控制、人機(jī)界面到生產(chǎn)管理的多個(gè)層次，相應(yīng)存在著多個(gè)模塊，比如亞控目前有組態(tài)王和軟邏輯兩大產(chǎn)品模塊，保持不同模塊的一致性，能有效地減少用戶學(xué)習(xí)的時(shí)間。相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也便于產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)集成。這種一致性不僅表現(xiàn)在外觀和感受

26、上，還表現(xiàn)在兼容性、平臺(tái)、編程工具、數(shù)據(jù)訪問、控制引擎、E-Business等諸多方面。例如西門子的WinCC和編程軟件STEP7使用了相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這使得用戶只需將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)定義一次。3.3監(jiān)控組態(tài)軟件WINCC簡介和應(yīng)用3.3.1 WINCC簡介 監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)功能，而且有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。監(jiān)控組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、DCS和PLC等工業(yè)控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)而發(fā)展起來的。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的普及和開放系統(tǒng)的推廣，基于PC的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。監(jiān)控組態(tài)軟件廣泛運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、樓宇和辦公等領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟

27、件技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化、開放式和低成本的發(fā)展趨勢(shì)，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動(dòng)化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。 西門子公司的W1nCC是WlndowsControIConter(視窗控制中心)的簡稱。 它集成了SCADA、組態(tài)、腳本(Script)語言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)(W1ndows 2000或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動(dòng)化(TIA)產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點(diǎn)。 WinCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化

28、設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個(gè)特點(diǎn)在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機(jī)界面，滿足實(shí)際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。 WinCC因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣闊的應(yīng)用前景。借助于模塊化的設(shè)計(jì)，能以靈活的方

29、式對(duì)其加以擴(kuò)展。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。WinCC集生產(chǎn)過程和自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互間的集成。3.3.2 WINCC的特點(diǎn)縱觀WinCC系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們可以看到兩個(gè)明顯的特征。一、WinCC不是孤立的軟件系統(tǒng)，它時(shí)刻與以下系統(tǒng)集成在一起： 1.與自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫集成。西門子公司的PI。C產(chǎn)品，經(jīng)歷了從早期致力于提高運(yùn)行速度，到增強(qiáng)系統(tǒng)通信和聯(lián)網(wǎng)能力，再到融合了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等諸多技術(shù)的T系列產(chǎn)品以及故障安全型的F系統(tǒng)的發(fā)展階段。在這樣的背景下，WinCC與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，通過統(tǒng)一的組態(tài)和編程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)一的通訊，

30、極大地降低了用戶軟硬件組態(tài)的工程量，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)品范圍內(nèi)的高度集成。2.與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成。從現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS到工業(yè)以太網(wǎng)，再到PROFINET技術(shù)和基于組件的自動(dòng)化技術(shù)CBA(Component-Based Automation)，以及無線通訊解決方案，由于WinCC內(nèi)置了基于S5/S7協(xié)議的通訊系統(tǒng)，并提供了大量面向這些系統(tǒng)和技術(shù)的組件，從而為WinCC和這些系統(tǒng)的最優(yōu)化通訊和良好的互操作性提供了保證。至于在WinCC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS的診斷功能，以及基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能等，更是錦上添花之筆。3.與MES系統(tǒng)的集成。制造執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing

31、 Execution Systems)，作為連接企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的橋梁，包含了生產(chǎn)訂單管理、原材料管理、生產(chǎn)運(yùn)營記錄、設(shè)備管理、工廠信息管理、生產(chǎn)規(guī)范管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室信息管理等系統(tǒng)，代表著現(xiàn)代化智能工廠發(fā)展的最新潮流。來自西門子公司的MES系統(tǒng)SIMATIC IT正是代表這一潮流的優(yōu)秀系統(tǒng)。通過適當(dāng)?shù)倪m配系統(tǒng)，WinCC可以輕松地集成在該系統(tǒng)下。換言之，實(shí)施了基于WinCC的HMI/SCADA系統(tǒng)，就為實(shí)施MES系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.與相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的診斷功能。診斷功能包括產(chǎn)品和系統(tǒng)的層次，貫穿于工程實(shí)施階段、調(diào)試階段和運(yùn)行階段。配合適當(dāng)?shù)能浻布到y(tǒng)，如Pr。Ag-

32、ent等，WinCC可以方便地實(shí)現(xiàn)基于不同通訊協(xié)議、從軟件到硬件、從自動(dòng)化站到操作站乃至整個(gè)SCADA網(wǎng)絡(luò)的診斷。二、堅(jiān)持開放性和先進(jìn)性高于一切的理念開放性和標(biāo)準(zhǔn)化是軟件系統(tǒng)的生命線1.整個(gè)系統(tǒng)通過完整和豐富的編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向的開放性。借助C腳本，WinCC幾乎可以通過Win32 API無限制地訪問到Windows操作系統(tǒng)及該平臺(tái)上各種應(yīng)用的功能，這正是現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)的魅力所在；而VB腳本則從易用性和開發(fā)的快速性上相得益彰。反過來，通過ODK，WinCC的整個(gè)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)又完全呈現(xiàn)給任何用戶自行開發(fā)的系統(tǒng)，為希望以WinCC作為平臺(tái)軟件進(jìn)行工廠管理級(jí)軟件和信息系統(tǒng)開發(fā)的用戶提供了絕佳的

33、平臺(tái)。2.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)全面開放。數(shù)據(jù)庫是SCADA系統(tǒng)的靈魂。從最基本的單用戶系統(tǒng)開始，WinCC就內(nèi)置了高效的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它既可與操作站部署在同一臺(tái)PC上，又可以緊耦合(中央歸檔服務(wù)器)或松耦合(長期歸檔服務(wù)器)的方式獨(dú)立于操作站配置。通過ADO，OI。EDB，SQL等，WinCC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完全開放，這就為構(gòu)成靈活而高效的IT和商務(wù)系統(tǒng)做好了充分的準(zhǔn)備。3.廣泛采用最新的開放性軟件技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，面向多種操作系統(tǒng)平臺(tái)。WinCC是第一個(gè)完全基于32位內(nèi)核的HMI/SCADA軟件，因而，各種開放和最新的軟件技術(shù)就成為WinCC的代名詞。西門子公司作為OPC規(guī)范的五個(gè)發(fā)起公司之一，在各類產(chǎn)品中廣泛支

34、持OPC，WinCC更是囊括了OPCDA，OPCHDA，OPCASLE和OPCXML等多種規(guī)范。與此同時(shí)，WinCC支持包括Windows C正在內(nèi)的多種Wind。ws平臺(tái)，能滿足用戶從移動(dòng)式設(shè)備(如PDA)到遠(yuǎn)程客戶機(jī)等各種應(yīng)用需求。4 配料系統(tǒng)簡介全自動(dòng)配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，如：冶金，有色金屬，化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對(duì)配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開方性，免維護(hù)性，可擴(kuò)展性是工廠自動(dòng)化FA所追求的一致目標(biāo)。4.

35、1自動(dòng)配料系統(tǒng)的特點(diǎn)(1) 配料現(xiàn)場(chǎng)粉塵大, 環(huán)境惡劣;(2) 各組份在配方中所占比例不同, 有時(shí)甚至差異懸殊;(3) 配料速度和精度要求高;(4) 配方可能經(jīng)常變換、調(diào)整;(5) 物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響。4.2 自動(dòng)配料系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)操作界面簡潔、方便、美觀、穩(wěn)定性好、容錯(cuò)能力強(qiáng)、配料精度高、產(chǎn)量高，簡單易學(xué)，即使沒有學(xué)過電腦的人員，只要按照操作說明書來操作，很快就會(huì)上手。設(shè)備有故障，配料系統(tǒng)自鎖或提示操作員操作員按下暫停鍵，并聲光報(bào)警提示操作員，如混合機(jī)故障，再者如當(dāng)配料超重或過輕，配料暫停，提示操作員，等待確認(rèn)，配料繼續(xù)。配料秤靜態(tài)誤差FS；動(dòng)態(tài)誤差0.0.0FS；4.3 自動(dòng)配料系統(tǒng)

36、組成自動(dòng)配料系統(tǒng)是對(duì)粉?；蛞后w物料進(jìn)行單秤稱重并按所選配方混合這一工業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的自動(dòng)化系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食及飼料等行業(yè)。一般的工業(yè)自動(dòng)配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。(1) 給料部分:給料部分是從料倉(或儲(chǔ)罐) 向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性,可以選用不同的給料設(shè)備,如電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、單(雙) 速電磁閥等。(2) 稱量部分:稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成,與稱量儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測(cè)。(3) 排料設(shè)備:排料可以是稱重設(shè)備(減量法) 或排放設(shè)備(增量法、零位法) 。通常由排空閥門、電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料

37、機(jī)、電(氣) 動(dòng)閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝條件和物料的性質(zhì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。(4) 配料控制系統(tǒng):配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器、上位工控機(jī)及其它控制器件等組成。(5) 校秤系統(tǒng):配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進(jìn)行定期調(diào)校,以保證系統(tǒng)配料精度。4.4配料技術(shù)的最新進(jìn)展目前, 稱重配料系統(tǒng)的流程控制幾乎全部由可編程控制器(PLC) 來實(shí)現(xiàn), 上位計(jì)算機(jī)主要用于配方管理、屏幕人機(jī)對(duì)話和稱重資料的存儲(chǔ)打印等工作。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展, 配料系統(tǒng)中的稱量儀表由最初的專用積木式儀表發(fā)展為智能化的工業(yè)控制終端以及專門的配料控制器。配料控制器是用來控制一種或多種物料的配制的微電腦系統(tǒng), 可以完全或部分

38、取代可編程控制器, 實(shí)現(xiàn)配料的自動(dòng)化。稱量儀表的功能也由最初的資料顯示發(fā)展為具有自診斷、自動(dòng)零位跟蹤、置零去皮、預(yù)置點(diǎn)輸出、動(dòng)態(tài)稱重、數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)功能。近年來, 隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的推廣, 將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進(jìn)為基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)成為科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。目前, 許多用于配料的稱重儀表已經(jīng)有了Profibus、Modbus 等現(xiàn)場(chǎng)總線接口,使基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配料控制系統(tǒng)成為可能, 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配料控制系統(tǒng)正在迅速推廣。 5 自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1 配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。5.1.1 稱重方式選擇在工業(yè)配料過程

39、中, 常用稱量方式有進(jìn)料式稱量和卸料式稱量2 種。進(jìn)料式稱量有2 種實(shí)現(xiàn)方法, 第1 種方式稱為零位法, 即在稱量開始時(shí)通過給料設(shè)備向稱量料斗內(nèi)給料, 在稱量值達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止給料, 然后打開閘門將料卸出, 再從零位重新稱量下一物料; 第2 種方式稱為增量法, 即稱量料斗接收、稱量好一種物料后, 不排空料斗, 而是只將電子秤內(nèi)部計(jì)數(shù)值清零, 再接收另一物料。顯然, 零位法的稱量精度比增量法的稱量精度高。采用進(jìn)料式稱量, 當(dāng)給料設(shè)備停止給料后, 還將有一部分物料在空中以自由落體的方式落入稱量料斗, 這些余料稱為落差。因?yàn)橛新洳畹挠绊? 增量法稱量物料重量的設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值

40、。為保證稱量速度和稱量精度, 在進(jìn)料式稱量時(shí)一般采用雙速給料的方法, 即先快速給料至設(shè)定值的90 %95 % , 以保證稱量效率, 然后慢速給料,以保證稱量精度。卸料式稱量首先向料斗內(nèi)裝入始終多于配方要求的物料, 然后自料斗內(nèi)向外卸料進(jìn)行稱量, 落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。減量法稱量還可以省去料斗, 直接將傳感器安裝在料倉上,料倉中物料總重量減少的數(shù)值就要配制的物料的重量值, 此方法由于精度太低而較少采用。減量法只能一料一秤。同樣為了兼顧速度和精度, 減量法也采取雙速卸料, 一般是先快速卸料, 到達(dá)設(shè)定值的90 %95 %時(shí)改為慢速卸料。在進(jìn)料式稱量中, 由于物料本身特性及料斗原因

41、可能造成卸料不凈, 從而產(chǎn)生稱量誤差。卸料式稱量只稱量從料斗中取走的物料量并顯示其重量,不存在卸料干凈與否的問題, 因而該方式特別適合于稱量難稱的物料, 如易粘附的物料等, 其缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜, 需要同時(shí)有給料裝置和卸料裝置,要求車間高度較高,并且由于稱量料斗內(nèi)的物料重量值總是高于需要配制的物料的重量值, 從而導(dǎo)致傳感器量程增大, 造成稱量精度降低。因而一般情況下卸料式稱量的精度比進(jìn)料式稱量的精度低。5.1.2 給料方式選擇目前, 稱重配料系統(tǒng)最常用的給料裝置有電磁振動(dòng)給料機(jī)和螺旋給料機(jī)。電磁振動(dòng)給料機(jī)運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)學(xué)的共振原理,雙質(zhì)體在低臨界近共振狀態(tài)下工作, 無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、耗電少、體積小、重

42、量輕、運(yùn)行費(fèi)用低。在給料過程中, 物料在料槽中被連續(xù)拋起, 并按拋物線軌跡向前作跳躍運(yùn)動(dòng), 因此對(duì)料槽的磨損較小。其缺點(diǎn)是安裝后的調(diào)試較復(fù)雜, 調(diào)整不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲且運(yùn)行不好。與電磁振動(dòng)給料機(jī)相比, 螺旋給料機(jī)給料均勻, 受外界影響小, 機(jī)械振動(dòng)小, 運(yùn)行平穩(wěn), 對(duì)稱量的干擾也小, 可以避免因振動(dòng)造成的粉料分層。但螺旋給料機(jī)上安裝有電動(dòng)機(jī)和減速器, 重量大,效率較低。對(duì)于液體物料, 一般采用閥門控制給料量。5.1.3 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)(1) 采用固定式單組份料斗秤的結(jié)構(gòu):每個(gè)料倉對(duì)應(yīng)1臺(tái)料斗秤,各組份原料在稱量后由溜槽、集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。(2) 采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu):幾個(gè)料倉

43、對(duì)應(yīng)l 臺(tái)料斗秤, 各組份原料在同一臺(tái)料斗秤內(nèi)累加稱量后由集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序。(3) 采用移動(dòng)式料斗秤的結(jié)構(gòu):通過移動(dòng)帶有稱量料斗的集料小車進(jìn)行各種物料的累加式稱量。采用這種方式進(jìn)行配料需要集料小車有很好的定位精度。(4) 采用稱重帶式輸送機(jī)式的多組份秤的結(jié)構(gòu):料倉的出料機(jī)構(gòu)就是多組份秤的給料機(jī)構(gòu), 各種物料在移動(dòng)的配料帶上由皮帶秤進(jìn)行累加稱重。5.2 配料系統(tǒng)的組成一般的自動(dòng)配料系統(tǒng)由以下幾部分組成:(1)給料部分給料部分是從料倉(或儲(chǔ)罐)向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)物料的不同特性, 選用不同的給料設(shè)備, 如電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、單(雙) 速電磁閥等。(2) 稱量部分

44、稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成, 與稱量儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測(cè)。(3) 排料設(shè)備排料可以是稱重設(shè)備(減量法)或排放設(shè)備(增量法、零位法) 。通常由排空閥門、電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、電(氣) 動(dòng)閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝條件和物料的性質(zhì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。(4) 控制系統(tǒng)配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、上位工控機(jī)、可編程控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng)中, 也可以采用工業(yè)計(jì)算機(jī)( IPC)加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進(jìn)行配料的控制。(5) 校秤系統(tǒng)配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)定期進(jìn)行調(diào)校, 以保證系統(tǒng)配料精度。5.2.1 輸送裝置的設(shè)計(jì)

45、 此配料系統(tǒng)所配物料有3種，均為塊狀物料，均采用皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送，通過變頻電機(jī)控制皮帶速度，調(diào)整下料量。 為了能夠適應(yīng)維修、備用、互換的需求，3種物料的運(yùn)送皮帶都選用相同的規(guī)格，皮帶寬度為800mm，最大下料量為60t/h，在下料口部位做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，能夠方便調(diào)整皮帶上物料的厚度，配合皮帶速度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)下料量大范圍的控制。放料門采用氣動(dòng)放料門， 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，適用于對(duì)放料速度要求較高的場(chǎng)合。5.3 計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 根據(jù)下料量的要求，對(duì)稱重元件及測(cè)速元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.3.1 稱重元件設(shè)計(jì)1.電子秤以自動(dòng)秤量方式將散狀物料按預(yù)定的配比進(jìn)行秤量，該秤可控制物料的秤量、卸料。當(dāng)飼料到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，指針

46、移到相應(yīng)的接近開關(guān)處，使電子秤動(dòng)作，再執(zhí)行下一步飼料的送料和秤重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。電子秤由秤體、稱重傳感器和放料門組成。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該鋼制彈性體具有較強(qiáng)的抗過載能力和較長的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下高準(zhǔn)確度配料的技術(shù)要求。稱重儀表性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低、可靠性高，而且具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能、設(shè)定預(yù)置功能及落差補(bǔ)償功能，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高速動(dòng)態(tài)采樣。其最大載荷可達(dá)250KG/M。它的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號(hào)送入PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。2.皮帶稱的工作原理：物料通過給料設(shè)備送至配料皮帶秤，秤

47、體中的稱重傳感器和測(cè)速傳感器將稱重和速度信號(hào)送至皮帶秤儀表，皮帶秤儀表顯示輸送物料的瞬時(shí)流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)，同時(shí)將瞬時(shí)流量以420mA模擬電流形式送往PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，通過變頻器去調(diào)整皮帶秤驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之精確地以用戶設(shè)定的給料流量給料，達(dá)到恒定物料瞬時(shí)流量的目的。適用該工作模式的工藝現(xiàn)場(chǎng)必須滿足這樣一個(gè)前提條件，那就是物料給出量必須與給料控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。 圖5-1 皮帶稱結(jié)構(gòu)皮帶秤儀表將測(cè)量到的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)化為兩個(gè)420mA模擬輸出信號(hào)，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入與調(diào)節(jié)器機(jī)內(nèi)設(shè)定植比較參與反饋運(yùn)算，另一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入乘前饋放大系數(shù)，然后再

48、與反饋運(yùn)算輸出相加輸出420mA模擬調(diào)節(jié)信號(hào)控制變頻器的頻率從而及時(shí)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。單回路前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖如圖2所示。 圖5-2 單回路前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖5.3.2 測(cè)速元件的設(shè)計(jì) 這里采用變頻器進(jìn)行調(diào)速。1.變頻調(diào)速基本原理： 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: n = n1 (1-s)=60f(1-s)/p (1)式中: n 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min n1 同步轉(zhuǎn)速，r/min p 磁極對(duì)數(shù) s 轉(zhuǎn)差率，% f 頻率，Hz由轉(zhuǎn)速公式（1）可知, 我們可以通過改變極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對(duì)電機(jī)

49、特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬(10%100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%30%。 實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢(shì)公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即： UE=C1f （2） 式（2）中，C1為常數(shù)，因此有：E/fU/f （3） 若外加電壓不變，則磁通隨頻率而改變，如頻率f下降，磁通會(huì)增加，造成磁路過飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率

50、與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速(VVVF)，簡稱變頻調(diào)速。 從結(jié)構(gòu)上看，靜止變頻調(diào)速裝置可分為交-直-交變頻、交-交變頻兩種方式。前者適用于高速小容量電機(jī)，后者適用于低速大容量拖動(dòng)系統(tǒng)。只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的供電頻率f, 就可以十分方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n, 比改變極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個(gè)參數(shù)簡單得多。 2.變頻器的構(gòu)成 異步電機(jī)的變頻調(diào)速是通過變頻器實(shí)現(xiàn)的。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器(MCU/DSP)等部分組成。圖3給出了PWM型交-直-交變

51、頻器的控制原理框圖。 圖5-3 PWM型交-直-交變頻器原理框圖由圖2可知，這是一個(gè)VVVF變頻調(diào)速系統(tǒng)。首先是將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對(duì)U/f的協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除與抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，調(diào)速范圍寬。近年來，帶驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的各種智能功率模塊(IPM)也相繼應(yīng)用在變頻系

52、統(tǒng)中。IPM模塊是將三相逆變IGBT、驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路集成在一塊芯片上，它的出現(xiàn)推動(dòng)了變頻家電市場(chǎng)的啟動(dòng)和發(fā)展。新型IPM模塊甚至將開關(guān)電源也設(shè)計(jì)在模塊內(nèi)，更加方便用戶使用，用戶只需要了解接口電路和定義，很快便可以組成并運(yùn)行系統(tǒng)，從而大大加快了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。為了提高配料精度，給料方式采用快、慢速給料。當(dāng)料斗料重小于設(shè)定比例的時(shí)，配料皮帶電機(jī)在變頻器調(diào)節(jié)下，轉(zhuǎn)速大雨=于額定轉(zhuǎn)速，即快速給料；在料斗料重大于設(shè)定比例時(shí)，配料皮帶電機(jī)在變頻器調(diào)節(jié)下，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，即慢速給料； 6 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6.1 PLC的選型 本設(shè)計(jì)中采用西門子公司的S7-200型PLC,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為極高

53、的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。6.1.1 S7-200的特征1.體積小, 尺寸: 1608062mm由于其緊湊的設(shè)計(jì),S7- 200可以適合于任何機(jī)器控制環(huán)境。2.易于使用: 通過STEP7- Micro/Dos軟件可以非常方便地為S7- 200編程,而且該軟件能夠在任何一臺(tái)IBM兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用,哪怕是一臺(tái)286 的微機(jī),要求MS-DOS5.0以上。3.靈活多用: S7- 200的輸入輸出點(diǎn)可以支持各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備,如: 光電傳感器,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)按鈕開關(guān),燈,泵,攪拌器等。6.1.2 S7- 200的主要組成部件1.中央處理器(CPU ):是控制系統(tǒng)的大腦,它根據(jù)用戶程序進(jìn)行控制。2.輸入和輸出( I/O ):是系統(tǒng)的控制點(diǎn),輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置，輸出用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.編程口:用于連接編