毕业设计(论文)-基于PLC的物料均化系统.doc
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1、河南科技大学本科毕业设计(论文)基于PLC的物料均化系统摘 要本课题根据生产工艺要求,结合当前自动控制技术的发展状况,提出了基于可编程序控制器(PLC)的物料均化系统的设计方案。本文首先根据工艺流程分析,制定了该系统的物料输送和计量方案如下:(1)固体物料采用电子皮带秤输送和计量。(2)液体物料计量采用电磁流量计。(3)固体物料的喂料量通过PLC模拟量模块反馈的4-20mA电流给变频器,改变调速电机的速度。(4)液体物料的喂料量通过PLC模拟量模块反馈的4-20mA电流给电磁调节阀,改变电磁调节阀的开度。其次,本文又分析了变频调速系统的工作原理和变频调速的优点。根据对该系统的整体分析,详细设计
2、了该物料均化系统的供电系统图、开关量输入与输出、模拟量输入与输出、I/O地址分配表、变频器接线端子图。随着自动化技术的发展,在自动控制系统领域形成了以PLC、机器人、计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)为三大支柱的现代工业自动化,其中用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流,世界上很多PLC的生产厂家在进行PLC的研究。本设计主要采用西门子(SIEMENS)公司的S7-200系列小型PLC为主要工具简单、明了地设计出物料均化系统的梯形图,完成了物料均化系统的控制过程。关键词:PLC,物料均化,变频器,梯形图 The Materials are based on PLC SystemA
3、BSTRACTOn the basis of the Production Technology requirements, this subject combined with the current automatic control technology development and proposed a design project based on materials homogenizing system of programmable logic controller (PLC). First , according to the analysis of process flo
4、w, it makes a plan for the material handling and metrology, such as: (1) solid material using e-belt transfering and metering. (2) liquid materials measurement using electromagnetic flowmeter. (3) the feed amount of the solid materials is though PLC analog module which feedback 4-20mA current to the
5、 frequency converter, and then change the speed of adjustable speed motor. (4) the feed amount of the liquid materials is though PLC analog module which feedback 4-20mA current to magnetic regulating valve, and then change the opening degree of the magnetic regulating valve. Secondly, this article a
6、lso analysised the working principle and advantange of the frequency control system. In the basis of the systems overall analysises, we perform particular design for the power supple of the materials homogenizing system,digital input and output, analog input and output ,I/O address allocation table
7、and the schematic diagram of the inverter connection terminal. As the development of the automation technology, it formed the modern industrial automation which the three pillars are PLC, robotics, computer aided design/computer aided manufacturing (CAD/CAM) in the field of automatic control systems
8、. One of the PLC design automation system has become the world trending, many PLC manufacturers are in the study of PLC. This design mainly use S7-200 series PLC from Siemens company which design the ladder diagram of the materials homogenizing system simply and straightforward, and complete the con
9、trol procedures of the overvall system. KEY WORDS: PLC, materials, frequency converter, ladder diagram 目 录前 言1第1章 概述21.1 可编程控制技术的发展状况21.2 基于PLC的物料均化系统简介31.3 PLC的应用范围31.4 交流调速系统的发展概况4第2章 变频调速原理62.1 变频器的基本结构62.2 变频调速的基本原理及特点62.3 变频调速的优点7第3章 系统控制方案的设计93.1 工艺流程分析93.2 物料的控制与计量103.2.1 物料输入量的控制103.2.2 物料A的
10、控制与计量方式113.2.3 物料B的控制与计量方式123.3 所用电气设备选型15第4章 系统硬件设计164.1 PLC的基本组成与各部分的作用164.1.1 CPU164.1.2 I/O单元174.1.3 通讯单元174.1.4 电源单元184.2 一次系统的设计184.2.1 PLC机型选择184.2.2 供电系统图的设计194.3 二次系统的设计194.3.1 电动机的二次接线194.3.2 PLC的各模块端子接线图214.3.3 I/O地址分配264.3.4 变频器接线端子图26第5章 系统软件设计295.1 PLC程序设计流程图295.2 PLC梯形图设计315.3 程序调试过程3
11、8结 论39参考文献40致 谢42外文资料翻译4350前 言PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的,在可编程控制器问世之前,工业控制领域中以继电器控制技术占主导地位。PLC以其功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点,成为工业控制领域中增长速度最快的工业控制设备。当前,PLC已经成为现代工业自动化的三大支柱之一,用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。本设计主要用西门子(SIEMENS)公司的S7-200系列小型PLC为主要工具,结合其他行业自动控制技术的应用情况,提出了基于可编程序控制器(PLC)的物料均化系统的设计,是通过应用电气、PLC、检
12、测等多项专门技术开发的物料均化系统。本文首先分析和制定了该系统的物料控制和计量方式,根据该系统的工艺流程,设计电机的运行方式,并在设计中加入了电机过载信号,确保该系统能够稳定、高效运行。本文详细分析了物料均化系统供电系统原理图、开关量输入与输出、模拟量输入与输出、I/O地址分配表、变频器接线端子图。根据对物料均化系统整体要求的分析,并结合各个开关量与模拟量的需求,设计出物料均化系统的PLC梯形图。通过梯形图,简单、明了地介绍系统的程序及控制的过程。由于时间仓促,加之理论水平有限,论文中难免有疏漏和不足之处,恳请老师指正。第1章 概述1.1 可编程控制技术的发展状况可编程序逻辑控制器(Progr
13、ammable Logic Controller)通常称为可编程控制器,英文缩写为PLC或PC,是以微处理器为基础,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术等技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点,特别是它的高可靠性和较强的工业环境适应能力更是得到用户的好评。它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点结合起来,成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。目前已广泛应用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业。PLC自问世以来,经过40多年的发展,在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂
14、家不断涌现、品种不断翻新,产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前,世界上有PLC厂商200多家,各种型号产品几千种。PLC产品按地域上分成三个流派,分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。美国:a-b(allen-bradly)、ge(general electric);欧洲:德国的西门子(siemens)、法国的te(telemecanique);日本:三菱电机(mitsubishi electric)、 欧姆龙(omron)。此外,国内市场上还有韩国、台湾地区等PLC产品。自上世纪七十年代以来,我国就开始了PLC的研究与应用,1974我国首先仿制了美国生产的第二代PLC。1977年我国又采用
15、了美国motorola公司的一位机mc14500集成芯片,研制成功了我国第一台具有实用价值的,不仅有了批量产品,而且开始应用于工业生产控制。在以后的几年里,我国积极引进国外的PLC生产线,建立一些合资企业,并开发自己的产品,如天津自动化仪表厂、辽宁无线电二厂等。上世纪八十年代以来,世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%,近年来,PLC在中国等发展中国家的增长十分迅速,在自动化领域发挥越来越重要的作用。PLC的技术发展动向为:1. 产品规模向大、小两个方向发展 大: I/O点数达千点以上、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描 速度高速化。 小: 由整体结构向小型模块化结构
16、发展,增加了配置的灵活性,降低了成本。 2. PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3. 不断加强通讯功能 4. 新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外,还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5. 编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语句表等编程语言,亦有高档的PLC指令系统。 6. 发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7.追求软硬件的标准化。1.2 基于PLC的物料均化系统简介在生产领域中,各种原料之间的配比精度对生
17、产过程的稳定和产品的质量、产量有重要的影响。物料均化系统已广泛应用于水泥建材、冶金化工、电力煤炭、医药、食品等行业中。物料均化系统一般是有喂料部分、传送部分和搅拌部分组合来完成的特定过程。本次物料均化系统的设计采用PLC控制,通过电机、输送泵、电子皮带秤和电磁流量计等一系列电器设备配合来完成。本次设计通过采样、PID运算来反馈给传送系统的变频器和电磁阀实时监控物料的输送量,使物料达到所需配比的要求。1.3 PLC的应用范围 PLC应用领域广泛,在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业都有PLC设备,使用情况大致可归纳为如下几类1 。1.开关量的逻
18、辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制 在工业生产过程当中,有许多模拟量,如温度、压力、流量、液位和速度等。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。 3.运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连
19、接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5.数据处理 现代PLC具有数学运算(含矩阵
20、运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6.通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便2。1.4 交流调速系
21、统的发展概况调速就是在一定的负载下,根据生产的需要人为地改变电动机的转速。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。这就要求我们根据不同的实际要求,选择合适的调速方法。由异步电动机的转速原理可得3 式中:为同步转速、为转差率、为定子电流频率、为极对数。由公式可知,三相异步电动机的调速方法可以分为两大类:一类是通过改变同步转速来改变转速,具体方法有变极调速(改变)和变频调速(改变);另一类是通过改变转差率来实现调速,具体方法有变压调速(改变),转子电路串电阻调速(改变)等等。交流调速的发展可具体归纳为三个方面:首先,转差频率控制、矢量变换控制和直接转矩控制等新的交流调速理论的诞生,使
22、交流调速有了新的理论基础;其次,GTR、MOSFET、IGBT 等为代表的新一代大功率电力电子器件的出现,其开关频率、功率容量都有很大的提高,为交流调速装置奠定了物质基础;再者,微处理器的飞速发展,使交流调速系统许多复杂的控制算法和控制方式能得以实现。第2章 变频调速原理2.1 变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成频率可调的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计
23、算的CPU以及一些相应的电路。目前大部分低压变频器均采用以下主电路4。图2-1 变频器主电路图2.2 变频调速的基本原理及特点主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器:最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶闸管变流器构成可逆变流器,由于其功率
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