定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　編號(hào)</b></p><p><b>　　無錫太湖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目： 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)</p

2、><p>　　學(xué) 號(hào)： 　　 　 　　　 　</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） </p><p>　　2013年5月25日</p><p>　　無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b

3、>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p><p>　　班 級： 機(jī)械93 </p&

4、gt;<p>　　學(xué) 號(hào)： 0923153 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　2013 年 5 月 25 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，固體定量給料系統(tǒng)作為一項(xiàng)實(shí)用型的技術(shù)被廣泛應(yīng)

5、用于冶金、化工、水泥、建材和食品等工業(yè)領(lǐng)域。在這樣的環(huán)境下定量給料機(jī)的需求量日益增大。本系統(tǒng)采用電磁閥和流量計(jì)給料機(jī)作為定量給料設(shè)備，給料機(jī)采用控制流量來達(dá)到定量給料的目的。定量給料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的必然結(jié)果。</p><p>　　本論文針對定量給料機(jī)的特點(diǎn)，并PLC控制技術(shù)，對定量給料系統(tǒng)進(jìn)行的研究，其主要內(nèi)容如下：</p><p>　　了解定量給料機(jī)控制系統(tǒng)的工作原

6、理；</p><p>　　2、掌握PLC的硬件構(gòu)成，工作原理，完成對PLC的選型；</p><p>　　3、設(shè)計(jì)定量給料機(jī)的控制系統(tǒng)；</p><p>　　4、用STEP7完成對控制系統(tǒng)的編程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：給料；定量；PLC；控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　Abstract</

7、b></p><p>　　With the rapid development of industrial production，the solid constant feeding system which is a practical technology has been widely used in metallurgy, chemicals, cement, building materials,

8、 food and as well as other industry circles. So, in this situation, the demand of constant feeder is increasingly augmented. This system adopts the electromagnetic valve and flowmeter feeder as the constant feeding devic

9、e, the feeder achieves the goal of constant feeding by controlling the flow. The PLC con</p><p>　　This article focuses on the characteristics of constant feeder, and PLC control technology, studies the const

10、ant feeding system. The main contents are as follows:</p><p>　　1、Understand the operating principle of the constant feeder control system ; </p><p>　　2、Master the PLC hardware structure, working

11、 principle, finish the selection of PLC type ; </p><p>　　3、Design the control system of constant feeder ; </p><p>　　4、Finish the programming of the control system with STEP7. </p><p&

12、gt;　　Key words: Feeding;Dosing ;Programmable Logic Controller;The control system.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p>

13、;<p><b>　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 定量給料機(jī)國內(nèi)外發(fā)展情況1</p><p>　　1.2.1 給料系統(tǒng)的分類1</p><p&g

14、t;　　1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2</p><p>　　1.2.3 自動(dòng)給料系統(tǒng)特點(diǎn)3</p><p>　　1.3 課題意義3</p><p>　　1.4 課題主要內(nèi)容3</p><p>　　2 定量給料機(jī)的總體方案5</p><p>　　2.1 給料部分總體方案、基本原理5</p><

15、;p>　　2.2 完成給料的運(yùn)動(dòng)分析7</p><p>　　2.3 定量給料機(jī)的總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.4 本章小結(jié)8</p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)的介紹和選擇9</p><p>　　3.1 PLC的概述9</p><p>　　3.2 西門子PLC簡介10</p>

16、<p>　　3.2.1 西門子PLC簡單介紹10</p><p>　　3.2.2 西門子PLC的組成10</p><p>　　3.3 PLC的工作原理14</p><p>　　3.4 本章小結(jié)15</p><p>　　4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)元件的選擇16<

17、;/p><p>　　4.2 繪制電氣原理圖20</p><p>　　4.3 控制程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.3.1 I/O分配表21</p><p>　　4.3.2 接線圖22</p><p>　　4.4 本章小結(jié)23</p><p>　　5 控制系統(tǒng)的編寫24</p&

18、gt;<p>　　5.1 STEP7的介紹24</p><p>　　5.2 系統(tǒng)程序流程圖24</p><p>　　5.3 梯形圖的繪制25</p><p>　　5.4 本章小結(jié)31</p><p><b>　　6 總結(jié)32</b></p><p>　　6.1 全文總結(jié)3

19、2</p><p>　　6.2 需要提高、改善的方面32</p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.

20、1 課題背景 </b></p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了定量給料機(jī)的需求量日益增大。定量給料系統(tǒng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)今以應(yīng)用工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC的自動(dòng)配料技術(shù)已廣泛應(yīng)用于耐火、玻璃、水泥、醫(yī)療、建材、飼料、煉鋼、筑路及包裝生產(chǎn)等各種行業(yè)中。日用品中用的洗發(fā)液，洗衣粉/劑，滅蟲劑等等均為配方產(chǎn)品。[1][2]以前在這類控制中大多是以繼電器，接觸器等電器設(shè)備來完成

21、每一步的順序控制，自動(dòng)化程度低，而且許多地方都需要人來手動(dòng)完成，不僅工作效率低控制精度也難以提高。特別是隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，更是對應(yīng)用于過程生產(chǎn)中的各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)提出了更高的要求。配料工序是企業(yè)生產(chǎn)工藝過程中的一道非常重要的工序，配料工序?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過程有非常大的影響，因此實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)配料對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)有極為重要的意義。另外對于一些現(xiàn)有的中小企業(yè)，特別是一些中小型的冶金企業(yè)由于建設(shè)之初的自動(dòng)化水平低或者設(shè)備已經(jīng)老化陳舊，造成對

22、資源的浪費(fèi)，環(huán)境的污染，同時(shí)也加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此對一些落后的中小企業(yè)的自動(dòng)化改造也是急需解決的問題。</p><p>　　當(dāng)現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)控制現(xiàn)場比較有代表性的定量給料系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家有德國布萊本達(dá)公司和美國開創(chuàng)公司。這兩家公司在中國有著成功的案例，由于壟斷性和出于技術(shù)性的保密，要購買他們的產(chǎn)品投入需要很高，且不方便后期的維護(hù)。此定量給料系統(tǒng)是以提高系統(tǒng)的使用廣泛性、低維護(hù)成本、投入低、可操作性相對較強(qiáng)的這些

23、原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，到最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)低成本，易于維護(hù)的定量給料系統(tǒng)。</p><p>　　1.2 定量給料機(jī)國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p>　　定量給料多種多樣。從供給物料的連續(xù)性上看，可以分為間歇式和連續(xù)式兩種給料系統(tǒng)；從供給物料的方式上看有體積式給料系統(tǒng)和質(zhì)量（重量）式給料系統(tǒng)；從給料器的工作原理上分可以分為失重式給料和增重式給料；從供給物料的特性上看可以分為粉料、粒料（固態(tài)）、液體、

24、混合體的給料[3]。</p><p>　　以下的篇幅對幾種常用的給料系統(tǒng)做簡單的介紹。</p><p>　　1.2.1 給料系統(tǒng)的分類</p><p>　　1. 間歇式給料系統(tǒng)</p><p>　　間歇式給料系統(tǒng)是一種不連續(xù)的給料系統(tǒng)。</p><p>　　在正常的情況下，機(jī)械不能生產(chǎn)連續(xù)化的產(chǎn)品。比較適合小批量的產(chǎn)品

25、，也適合在小的場合使，比如說小型的企業(yè)、或者實(shí)驗(yàn)室。這種系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，對機(jī)械的要求不高，操作比較復(fù)雜，必須有很大的工作量，要大量人力，由于這樣操作易于受人為因素影響，所以不容易控制批次的質(zhì)量，成品之間存在較大的差異性。這樣的系統(tǒng)比較難以實(shí)現(xiàn)大批次的生產(chǎn)。生產(chǎn)初期投資較少，但是后續(xù)會(huì)出現(xiàn)很多問題。</p><p>　　2. 連續(xù)式給料系統(tǒng)</p><p>　　連續(xù)式給料系統(tǒng)運(yùn)作方式是用

26、連續(xù)式給料器給下面的機(jī)械設(shè)備供給物料的。它所必需采用的設(shè)備是連續(xù)式給料器，如固態(tài)物料流量計(jì)，自動(dòng)給料器等。這種給料機(jī)常見的的工藝是使用幾臺(tái)連續(xù)式給料器，按照一定的已經(jīng)設(shè)定好的量，讓各種物料下游設(shè)備。</p><p>　　這種機(jī)械方面較復(fù)雜，有較高的自動(dòng)化，精度比較高，操作比較方面，對人力的需求量比較小，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于大批量生產(chǎn)和各方面的要求都較高的地方，大的規(guī)模生產(chǎn)具有配方的食品，對精度要求比較高的實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。

27、這樣的加料方法不太受人為影響，生產(chǎn)出來的質(zhì)量比較穩(wěn)定。</p><p>　　3. 體積式給料系統(tǒng)</p><p>　　體積式給料系統(tǒng)的運(yùn)作原理是對下面的機(jī)械按照單位時(shí)間內(nèi)的流量而給料的的系統(tǒng)。</p><p>　　料體在特定轉(zhuǎn)速/流速等下給料系統(tǒng)通過測試這些來計(jì)算出產(chǎn)量，然后算出體積式給料器的給料量與轉(zhuǎn)速/流速的函數(shù)曲線。參照這條曲線函數(shù)，可以得出所需的給料量所對應(yīng)

28、的給料器的轉(zhuǎn)速/流速等，讓料體定量給到下面的設(shè)備產(chǎn)品機(jī)械。</p><p>　　這樣的系統(tǒng)設(shè)備相對不復(fù)雜，有比較簡單的操作，需要較少的設(shè)備，投資量不大，適合連續(xù)運(yùn)行。但是此系統(tǒng)要求物料的堆積密度相對穩(wěn)定，對機(jī)器的調(diào)試很不方便，精度比較低，約 5-10%，不能滿足高要求產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。</p><p>　　4. 質(zhì)量式給料系統(tǒng)</p><p>　　它是按單位時(shí)間內(nèi)失去

29、/增加的質(zhì)量（重量）來給料的。與體積式給料相比，可以忽略物料的密度變化帶來的精度影響。實(shí)際上，失重式給料系統(tǒng)和增重式給料系統(tǒng)均屬于質(zhì)量式給料系統(tǒng)的范疇。</p><p>　　5. 失重式給料系統(tǒng)</p><p>　　失重式給料系統(tǒng)是按單位時(shí)間內(nèi)失去重量的多少來給料的系統(tǒng)。</p><p>　　失重式給料系統(tǒng)是通過質(zhì)量傳感器測量單位時(shí)間（毫秒級）內(nèi)失重式給料器中物料減

30、少的重量來計(jì)算出加料器每小時(shí)的產(chǎn)量，通過 PID 控制器的調(diào)節(jié)，使喂料器按設(shè)定值的產(chǎn)量對下游設(shè)備給料。</p><p>　　此類系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)精密計(jì)量，精度可控制在 0.5%以內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的配方管理，控制系統(tǒng)先進(jìn)，所需人工很少，但建設(shè)初期成本較高。適用于高品質(zhì)產(chǎn)品的工業(yè)化大生產(chǎn)[4]。</p><p>　　1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　現(xiàn)代

31、社會(huì)科學(xué)發(fā)展飛速，計(jì)算機(jī)控制在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的運(yùn)用[5]。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是使用計(jì)算機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的，這是一種計(jì)算機(jī)硬件，軟件技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的一種應(yīng)用技術(shù)，它屬于離散控制系統(tǒng)。當(dāng)前，用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可分為幾類，可編程控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、基于測控單片機(jī)、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)等?？删幊炭刂破?PLC)是應(yīng)用面最廣、有足夠大強(qiáng)的功能、有較強(qiáng)

32、融合性的工業(yè)裝置，它已經(jīng)化身現(xiàn)代的工農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化重要的一員。</p><p>　　可編程序控制器（PLC）都有一個(gè)編程口。就拿日本進(jìn)口的三菱PLC為例（包括FX系列和A系列），它的程序編譯口為RS-422格式，根據(jù)PLC有不一樣的型號(hào)又分為8針座型編程口和25針座型。對25針口來說，可直接將SC—08編程電纜將PLC的編程口和電腦的RS—232口一起捆綁起來；對于后者，則還需要用一根用于轉(zhuǎn)換的電纜將PLC 的8針

33、座型編程口和25針型電纜相連。無論何種情況，一旦將PLC用戶程序由電腦編程環(huán)境傳到PLC 用戶程序使用區(qū)，我們根本沒有再去利用其它的程序編譯口。這，換句話說，是浪費(fèi)了PLC。那么，可利用此程序編譯口完成電腦和PLC 的通訊人物，利用微型計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行管理，并且監(jiān)控PLC的工作狀態(tài)[6]。</p><p>　　1.2.3 自動(dòng)給料系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>　　自動(dòng)給料系統(tǒng)是指自動(dòng)連續(xù)給料

34、系統(tǒng)。以下簡稱為自動(dòng)給料系統(tǒng)。物料為粉狀、顆粒狀固態(tài)物料。</p><p>　　自動(dòng)給料系統(tǒng)具有幾個(gè)符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)要求的特點(diǎn)：</p><p>　　1）重量傳感部分原理先進(jìn)，精度很高。一般采用數(shù)字傳感器，精度可以達(dá)到百萬分之一。</p><p>　　2）物料輸送部分線性度高，驅(qū)動(dòng)部分可以達(dá)到很高的分辨率。</p><p>　　3）設(shè)備自動(dòng)化

35、程度高。此類系統(tǒng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)，一般具有 PLC 控制、連鎖系統(tǒng)等控制系統(tǒng)以滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。</p><p>　　4）系統(tǒng)加料精度高。由于采用了先進(jìn)的加料器和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到很高的精度。一般都能達(dá) 0.5-1%的精度。在實(shí)驗(yàn)室等特殊的領(lǐng)域，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)級的加料器，可以達(dá)到 0.1-0.5%的精度。穩(wěn)定度可以達(dá)到2個(gè)SEGMA。</p><p>　　5）操作簡單。一般此類系

36、統(tǒng)具有先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和控制器，在調(diào)試階段較復(fù)雜，但當(dāng)調(diào)試結(jié)束后，所有的參數(shù)設(shè)置合適后，操作人員所做的僅僅是調(diào)用參數(shù)，設(shè)定產(chǎn)量等簡單的操作。</p><p>　　6）可維護(hù)性強(qiáng)。由于采用先進(jìn)控制系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷，可以縮短排除故障的時(shí)間。</p><p>　　7）功能強(qiáng)大。利用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的配方管理，訂單管理，歷史管理，系統(tǒng)控制優(yōu)化，自動(dòng)開停車管理，連鎖管理，遠(yuǎn)程診

37、斷、檢測與控制。</p><p>　　8）投資結(jié)構(gòu)合理。一次性投資較高，由于自動(dòng)化水平的提高，可以節(jié)省運(yùn)營的人工成本，避免人為因素造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，避免重復(fù)投資。</p><p>　　9）系統(tǒng)較復(fù)雜。一個(gè)完整的自動(dòng)給料系統(tǒng)牽扯的領(lǐng)域很廣，有機(jī)電一體化設(shè)備，自動(dòng)化控制設(shè)備，監(jiān)控設(shè)備等等[7]。</p><p><b>　　1.3 課題意義</b>

38、;</p><p>　　定量給料系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，為了提高其精度、自動(dòng)化程度對其有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，控制單元包括失重式控制器、變頻控制器、重量傳感器、速度傳感器等組成。</p><p>　　控制系統(tǒng)采用PLC來進(jìn)行控制，并且通過自行設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使用軟件仿真在所設(shè)記系統(tǒng)中實(shí)際機(jī)械部分的運(yùn)作方式，從而來判斷系統(tǒng)的可行性。本系統(tǒng)開發(fā)成本低、實(shí)時(shí)性好、操作簡便、通用性強(qiáng)，實(shí)際工程中可在惡劣的工業(yè)

39、環(huán)境下穩(wěn)定、可靠的工作，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。</p><p>　　1.4 課題主要內(nèi)容</p><p>　　本課題以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)一種以轉(zhuǎn)予給料機(jī)、流量控制器器為硬件基礎(chǔ)的定量給料系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了流體物料的定量給料控制，具有顯示累計(jì)流量、運(yùn)行參數(shù)、設(shè)定流量等功能。系統(tǒng)操作方便、顯示直觀，可廣泛應(yīng)用于固體物料的定量給料控制過程中。</p><p>　

40、　本論文內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1. 對所設(shè)計(jì)的給料機(jī)機(jī)械部分進(jìn)行闡述，說明其原理；</p><p>　　2. 分析實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)應(yīng)有的動(dòng)作；</p><p>　　3. 對PLC選型，給出系統(tǒng)的硬件接線圖；</p><p>　　4. 繪制電器原理圖、接線圖；</p><p>　　5. 設(shè)計(jì)PLC的梯形

41、圖程序，給出控制流程圖。</p><p>　　2 定量給料機(jī)的總體方案</p><p>　　2.1 給料部分總體方案、基本原理</p><p>　　本定量給料機(jī)主要運(yùn)用于自動(dòng)定量給料機(jī)的機(jī)械主體（機(jī)械臂），主要運(yùn)用于固體小顆粒的加料過程，可運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)、食品的批量生產(chǎn)、冶金工業(yè)等等產(chǎn)業(yè)之中。</p><p>　　2.1.1 總體方案<

42、;/p><p>　　定量給料系統(tǒng)一般是利用給料機(jī)配合物料計(jì)量裝置構(gòu)成的，在生活中有很多種類的給料機(jī)，包括帶式的、振動(dòng)型的、氣力式的輸送裝置等等，。例如，以SU—6PLC為主控機(jī)，這是一個(gè)全自動(dòng)配料控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)擁有各式各樣的智能型外設(shè)，可以同時(shí)測量、控制、管理。重量信號(hào)直接通過稱重傳感器發(fā)送出來，然后機(jī)械部分再進(jìn)行配料，然后進(jìn)行混合，這樣就實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。在這樣的條件下，其實(shí)還可以改進(jìn)定量給料的精度，可以改進(jìn)所使

43、用的重量傳感器、電流信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器；返回指令冗余和開中斷指令冗余等[8]。</p><p>　　流量計(jì)是定量給料系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，其原理是利用物料的動(dòng)量，流量控制器主要工作原理是，微波探頭以5mw的功率發(fā)射一種24.125GHz的高頻微波信號(hào)，當(dāng)有物體通過時(shí)，會(huì)有微波信號(hào)形成一種反射，主機(jī)會(huì)根據(jù)反射微波信號(hào)的變化量，經(jīng)過計(jì)算得出被實(shí)測物體的實(shí)際流量。</p><p>　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)平

44、臺(tái)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：固體流量計(jì)、給料機(jī)、PLC及控制箱。系統(tǒng)工作原理是這樣的：作為控制對象的機(jī)械手臂給料機(jī)進(jìn)行給料。給料量的大小由電磁閥控制，而電磁閥的開關(guān)由流量控制器控制，，當(dāng)物料速度一定時(shí)，流出物體的密度基本保持不變。經(jīng)過運(yùn)算，PLC產(chǎn)生合適的控制信號(hào)，開關(guān)電磁閥。從而完成物料的定量給料。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)遇到限位開關(guān)，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，從而完成循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 物料循環(huán)和流量控

45、制 </p><p>　　2.1.2 機(jī)械部分簡介</p><p>　　機(jī)械部分主要有幾個(gè)部分構(gòu)成：</p><p>　　1. 主軸部分：主要負(fù)責(zé)送料機(jī)能圍繞主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　2. 機(jī)械臂部分：主要負(fù)責(zé)送料器能夠上下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3. 送料器：負(fù)責(zé)控

46、制料體的量，然后完成送料。</p><p>　　機(jī)械部分簡圖（如圖2.2）所示。</p><p>　　圖2.2 機(jī)械部分示意圖</p><p>　　1. 主軸傳動(dòng)電機(jī)，</p><p><b>　　2. 旋轉(zhuǎn)主軸，</b></p><p><b>　　3. 料筒，</b>&l

47、t;/p><p><b>　　4. 機(jī)械臂，</b></p><p>　　5. 手臂傳動(dòng)電機(jī)，</p><p>　　6. 電磁閥、流量計(jì)，</p><p><b>　　7. 料斗。</b></p><p>　　相比于以往人工送料自動(dòng)定量給料機(jī)有許多特點(diǎn)：</p>&

48、lt;p>　　1. 本機(jī)器可以單動(dòng)亦可以與其他配套機(jī)器連線成全自動(dòng)生產(chǎn)；</p><p>　　2. 湯量調(diào)整方便，精準(zhǔn)，簡單；</p><p>　　3. 送料精準(zhǔn)，動(dòng)作快，注料效率高；</p><p>　　4. 產(chǎn)品投入低，產(chǎn)值高；</p><p>　　5. 程序采用西門子PLC控制，動(dòng)作穩(wěn)定。</p><p>

49、　　2.1.3 定量給料機(jī)定量給料的步驟</p><p>　　此定量給料機(jī)是通過兩個(gè)電機(jī)控制手臂繞著主軸旋轉(zhuǎn)，手臂上下走動(dòng)，再通過流量控制器來控制流量，計(jì)算出所有的流量，從而來實(shí)現(xiàn)定量給料的過程。</p><p>　　1. 取料：送料器就在此時(shí)的位置，手臂向下運(yùn)動(dòng)，讓料進(jìn)入料筒，進(jìn)行取料，然后達(dá)到下限位開關(guān)，手臂抬起來。</p><p>　　2. 送料：手臂達(dá)到上限

50、位開關(guān)，主軸電機(jī)開始工作，開始轉(zhuǎn)動(dòng)，然后讓手臂繞著主軸旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　3. 定量給料：當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)到指定的位置，然后電磁閥打開，流量控制器開始工作，當(dāng)流出的料到達(dá)一定值時(shí)，電磁閥關(guān)閉，定量給料完成。</p><p>　　4. 反復(fù)運(yùn)動(dòng)：當(dāng)完成一次定量給料任務(wù)之后，主軸電機(jī)再次反轉(zhuǎn)動(dòng)作，回到起始的位置，然后開始再次的給料過程。</p><p>　　2.2 完

51、成給料的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　由于需要給料的部分在整個(gè)給料過程中是固定不動(dòng)的，為了完成定量給料任務(wù)，定量給料機(jī)的各部分均需完成各自的相對獨(dú)立的功能。由于各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)相對獨(dú)立，所以需要對各個(gè)部分進(jìn)行控制，以使各機(jī)構(gòu)在時(shí)間和空間上能夠協(xié)調(diào)工作，保證定量給料過程的順利進(jìn)行。</p><p>　　主軸傳動(dòng)電機(jī)的作用是對讓機(jī)械手臂繞著主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得機(jī)械手臂和料斗能夠先到取料點(diǎn)下去取料，

52、再把料斗里面的料運(yùn)送到指定的地點(diǎn)。繞中心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　機(jī)械手臂傳動(dòng)電機(jī)的作用是負(fù)責(zé)料斗在取料以及送料過程中上下的運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)主要包括在取料時(shí)讓料斗向下運(yùn)動(dòng)，在給料時(shí)先抬起料斗，然后主軸電機(jī)動(dòng)作把手臂和料斗運(yùn)送到給料位置，在定量給料時(shí)向下的運(yùn)動(dòng)。手臂的上下運(yùn)動(dòng)通過手臂傳動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.3 定量給料機(jī)的總體設(shè)計(jì)</

53、p><p><b>　　1. 機(jī)械部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)主要由主軸、可轉(zhuǎn)動(dòng)手臂、定量給料系統(tǒng)等構(gòu)成。主軸主要負(fù)責(zé)的是讓手臂繞著主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行送料和取料。可轉(zhuǎn)動(dòng)手臂主要負(fù)責(zé)的是在主軸限位開關(guān)時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)下去取料，達(dá)到手臂限位下開關(guān)時(shí)，抬起料斗。</p><p><b>　　2. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b>&l

54、t;/p><p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，將存放在料池里面的料舀出，并且按照一定的線路給到需要料的地方，然后達(dá)到指定位置，開始放料，最后放料完成的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，主軸的旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手臂的上下運(yùn)動(dòng)是由電氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。定量給料系統(tǒng)的定量給料過程是由電磁閥控制的方式，開始給料的時(shí)候，打開電磁閥，開始給料，然后通過PLC控制電磁閥的開關(guān)，到給料的量一定時(shí)電磁閥關(guān)閉。</p><p&g

55、t;<b>　　3. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)主要通過可編程控制器PLC來控制實(shí)現(xiàn)。PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。它可以按照邏輯條件和一定的時(shí)序、順序產(chǎn)生控制動(dòng)作，并能夠?qū)碜袁F(xiàn)場的大量開關(guān)量、脈沖、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及模擬量的越限報(bào)警等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視和處理。</p><p>　　綜上所說，不難看出，PLC控制器有著諸多的優(yōu)點(diǎn)；因此，PLC

56、是一種較理想的控制工具。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先從定量給料的功能出發(fā)，敘述了定量給料機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案。進(jìn)行了機(jī)械部分的簡介，驅(qū)動(dòng)部分是由主軸電機(jī)和手臂傳動(dòng)電機(jī)所提供的，控制部分采用的則是PLC。</p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)的介紹和選擇</p><p>

57、;　　3.1 PLC的概述</p><p>　　20 世紀(jì) 60 年代，為了滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需求，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功世界上第一臺(tái)可編程邏輯控制器（PLC）。1971 年，日本研發(fā)了 DSC-8控制器，1973 年西歐各國也研制成功各種可編程序控制器。我國在 1974 年開始研發(fā)可編程序控制器。</p><p>　　PLC即就是Programmable Logic Con

58、troller，是一種新型的工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義： </p><p>　　PLC是一種專門的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)[9

59、]。 </p><p>　　PLC 控制系統(tǒng)之所以成為當(dāng)今應(yīng)用很廣泛的工業(yè)控制系統(tǒng)，因?yàn)樗哂泻芏噙m合于工業(yè)控制的特點(diǎn)。</p><p><b>　　1. 可靠性高</b></p><p>　　PLC 采取了很多可以提高可靠性的措施的設(shè)計(jì)：</p><p>　　1）在硬件上還有在工藝過程中，采取了許多可以提高可靠性的硬件

60、，其高性能芯片是高度集成的，并且對芯片采取了抗老化測試，利用先進(jìn)的流水工藝制造生產(chǎn)，這些都可以使得PLC的可靠性大大的提高了。</p><p>　　2）在設(shè)計(jì)方面上，采取掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)和恢復(fù)等其他措施，大大提高了PLC的工作穩(wěn)定性、安全性。</p><p>　　3）在軟件方面，也采用了一系列方法和措施。使用簡單和方便的指令集，使用軟件對外界進(jìn)行濾波，斬波。對系統(tǒng)自身進(jìn)行軟件自

61、我診斷、自我恢復(fù)等其他措施。</p><p>　　2. 操作簡單、可操作性強(qiáng)</p><p>　　PLC 采取了很多可以提高可靠性的措施的設(shè)計(jì)：</p><p>　　1） 易于組態(tài)。與繼電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相比較，PLC 使用特定的組態(tài)工具對 PLC 系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行更好的設(shè)定。這其中最簡單和最直白的梯形圖語言和語句表語言，這種語言清晰簡練，方便自己的理

62、解。</p><p>　　2）方便維護(hù)。繼電器部分維護(hù)起來相對較為困難，這一個(gè)重要的原因促使PLC迅速產(chǎn)生。PLC可以自己進(jìn)行診斷，具有遇到故障自己解決功能，有一些時(shí)間可以記錄起來，當(dāng)系統(tǒng)生故障時(shí)，通過自己系統(tǒng)的功能，迅速找到故障所在地，馬上準(zhǔn)確的找到故障，并且自己解決故障。</p><p><b>　　3. 靈活性強(qiáng)</b></p><p>

63、　　PLC 是一種智能化的、方便、快捷的控制元件，在組態(tài)方式，修改程序等方面具有很大的可行性：</p><p>　　有相對靈活、多變的組態(tài)系統(tǒng)。組態(tài)靈活不僅表現(xiàn)在程序的開發(fā)階段，還表現(xiàn)在程序的修改護(hù)上。如果生產(chǎn)工藝的要求比較高然后專用的組態(tài)語言不能滿足它時(shí)，還可以用高級語言（如C 語言）開發(fā)特殊的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^通訊與其他系統(tǒng)連接成一個(gè)整體，這些都極大的提高了系統(tǒng)的靈活性。</p><p>

64、　　3.2 西門子PLC簡介</p><p>　　3.2.1 西門子PLC簡單介紹</p><p>　　PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：</p><p>　　1. 性能與任務(wù)相適應(yīng) 對于小型單臺(tái)、僅需要數(shù)字量控制的設(shè)備，一般的小型PLC（如西門子公司的S7-200系列、OMRON公司的CP

65、M1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以滿足要求。</p><p>　　2. 有比較合適的結(jié)構(gòu)、安裝起來很方便、機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一 按照物理結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點(diǎn)的價(jià)格相對比較的便宜，所以人們相對來說比較喜歡使用整體式PLC在較小型的工業(yè)控制系統(tǒng)里面。但是PLC的在功能和擴(kuò)展方面都有較大的方便性和靈活性，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)、特殊I/O模塊的

66、使用等方面的選擇余地很大相對于前者來說，不僅I/O模塊維修時(shí)需要換模塊、而且發(fā)生故障時(shí)找發(fā)生故障的地方也很快。因此，對于較很雜、使用要求很高的工業(yè)場所我們選用模塊式PLC。</p><p>　　3. 是否滿足響應(yīng)時(shí)間的要求 由于現(xiàn)代PLC有足夠高的速度處理大量的I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說，PLC的響應(yīng)時(shí)間并不是主要的問題。然而，對于某些個(gè)別的場合，則要求考慮PLC的響應(yīng)時(shí)間。為了減少P

67、LC的I/O響應(yīng)延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，使用高速I/O處理這一類功能指令，或選用快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。</p><p>　　4. 對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來，隨著工廠自動(dòng)化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的RS-485串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說一般的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。PLC作為工廠自動(dòng)化的主要控制器件，大多數(shù)產(chǎn)品都具有通信聯(lián)網(wǎng)能力。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)需要

68、選擇通信方式。</p><p>　　5. 其他特殊要求 考慮被控對象對于模擬量的閉環(huán)控制、高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面（HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。</p><p>　　在本定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用西門子S7-200的PLC。</p><p>　　3.2.2 西門

69、子PLC的組成</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)理念上，是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與繼電-接觸器控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，因而它與工業(yè)控制對象有非常強(qiáng)的接口能力。[10]。PLC的基本組成部件如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 PLC的基本部件</p><p>　　1. 中央處理單元CPU </p><p>　　

70、西門子系列 PLC 主要由三個(gè)系列，其中 S7-200 適合控制系統(tǒng)相對較小的場合使用，網(wǎng)絡(luò)功能較弱。而 S7-300 和 S7-400 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本一致，功能均很強(qiáng)大，而 S7-200 系列的 PLC 性價(jià)比較高，已能基本滿足本定量控制器的需求，所以本系統(tǒng)選用 S7-200 系列的 PLC。</p><p>　　西門子公司的S7-200的PLC基本可以滿足豐富多樣的一體化控制的需求。由于具有非常優(yōu)良的設(shè)計(jì)、幾

71、乎完美的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格還有很多指令集系統(tǒng)，這些都讓S7-200可以幾乎滿足的幾乎所有的小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可選擇性[11]。</p><p>　　西門子 S7-200系系列PLC發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：</p><p>　　第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它其有四種結(jié)構(gòu)不同配置的CPU

72、單元，即CPU212、CPU214、CPU215和CPU216。</p><p>　　第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU22X，是在2l世紀(jì)初投放市場的。其速度抉，具有極強(qiáng)的通訊能力。其結(jié)構(gòu)配置如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 S7-200系列CPU特性</p><p>　　S7-200 CPU22X系列的PLC是S7-200 CPU21X系統(tǒng)的進(jìn)化產(chǎn)品，

73、由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可以提供方便選擇，因此很容易組成PLC網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專業(yè)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通常一個(gè)主機(jī)模塊都要安裝一個(gè)或者多個(gè)CPU，那其中必定要有一個(gè)主CPU，其余的為輔助CPU，它們協(xié)同工作，大大的提高了整體系統(tǒng)的速度和功能，縮短了程序的執(zhí)行時(shí)間。</p><p>　　S7-200是一個(gè)系列，其中包括多種型號(hào)的CPU，以適應(yīng)不同需求的控

74、制場合。</p><p>　　近幾年在西門子公司生產(chǎn)了S7-200 CPU22X的很多代PLC設(shè)備有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、還有CPU226XM模塊。S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品有很強(qiáng)大的指令集、運(yùn)行速度相對令人滿意、通信能力相對令人滿意。比如說，CPU226模塊的I/O模塊的總數(shù)為40點(diǎn)，這里面有24個(gè)輸入點(diǎn)，輸出點(diǎn)16點(diǎn)；在用戶程序存儲(chǔ)量這方面來說，容量也達(dá)到了8KB；

75、具有PID控制器功能；有2個(gè)RS-485通信口；具有PPI、MPI；運(yùn)行速度相對令人滿意、通信能力相對令人滿意，適用于要求較高的中小型工業(yè)控制現(xiàn)場。</p><p>　　S7-200 PLC任一型號(hào)的主機(jī)，都可以單獨(dú)構(gòu)成基本配置，作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品的基本配置如下圖所示。S7-200 PLC各型號(hào)主機(jī)的I/O配置都是固定的，他們具有固定的I/O地址[12] 。S7-200 C

76、PU22X系列產(chǎn)品的I/O配置及地址分配如下表3-2所示。</p><p>　　表3-2 S7系列I/O配置</p><p>　　在整個(gè)控制過程中，需要用到控制電機(jī)啟停，緊急停止等7個(gè)開關(guān)量輸入，5個(gè)控制電機(jī)啟停的接觸器。目前PLC從被控對象的I/O點(diǎn)數(shù)考慮，采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC?？紤]到以后的擴(kuò)展要求，主機(jī)選用CPU224型號(hào)PLC，該型號(hào)具有14輸入/10輸出，

77、滿足系統(tǒng)的開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。</p><p><b>　　2. 存儲(chǔ)器</b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)器分為系絨程序和用戶程序兩種存儲(chǔ)器。</p><p>　　1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于放置PLC原來內(nèi)置的出廠時(shí)的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序在PLC被制造出來的時(shí)候已經(jīng)放置在PROM和EPROM里面。這一部分的存儲(chǔ)是相對被保護(hù)起

78、來的不能被外界所看見，用戶不能修改其中內(nèi)人，相當(dāng)于只讀。PLC的大部分操作都是在系統(tǒng)程序的作用下來完成的。</p><p>　　2）用戶程序存儲(chǔ)器：用戶程序存儲(chǔ)器可以分成程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。程序存儲(chǔ)區(qū)用來放置用戶編寫的PLC語言，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)放置的是PLC語言在運(yùn)行過程里面所涉及到的或者是運(yùn)行期間所產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)，包括出入/輸出的過程印象、時(shí)間計(jì)時(shí)器、時(shí)間定時(shí)器的預(yù)設(shè)值和當(dāng)前值等。</p><p&

79、gt;<b>　　3. 電源單元</b></p><p>　　電源單元將外界提供的電源轉(zhuǎn)換成PLC的工作電源之后，提供給PLC。有些電源單元也可以作為負(fù)載電源，通過PLC的I/O接口向負(fù)載提供直流24V電源。PLC的電源一般采用開關(guān)電源，出入電源范圍寬，有很強(qiáng)的的能力不受外界干擾。電源部分有很完美的隔離，使得電源的輸入和輸出里面不會(huì)產(chǎn)生互相的干擾，可以正常工作，以保證外面的干擾不能影響到PL

80、C的運(yùn)行。</p><p>　　4. 輸入/輸出單元</p><p>　　在PLC控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，要將對象的各種測量參數(shù)，按要求的方式送入PLC。PLC經(jīng)過運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果輸出一個(gè)數(shù)字值，此時(shí)也要把這個(gè)值轉(zhuǎn)換成比較合適的對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的量。所以。在PLC和工業(yè)現(xiàn)場中間，必定要建立信息互通。這樣的設(shè)備就是輸入/輸出模塊。對PLC來講，信號(hào)形式可分為四類，數(shù)字量

81、的輸入和輸出信號(hào)、模擬量的輸入和輸出信號(hào)。</p><p>　　一般使用的量程是-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可以參考工業(yè)現(xiàn)場的需求。。</p><p><b>　　5. 接口單元</b></p><p>　　接口單元包括擴(kuò)展接口、通信接口、編程接口和存儲(chǔ)器接口等。PLC的I/O單元也屬于接口單元的范疇，它完成PLC與工業(yè)現(xiàn)

82、場之間電信號(hào)的來往聯(lián)系。除此之外，PLC與其他的外界設(shè)備和信號(hào)的聯(lián)系都需要相應(yīng)的接口單元。有以下集中接口：I/O擴(kuò)展接口、通信接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口、其他外部設(shè)備接口。 </p><p>　　目前，選擇一個(gè)相對來說比較合適的PLC的流程如下所示：</p><p>　　第一步要對要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的考慮分析，尋找出全部的I/O點(diǎn)，包括開關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)和模擬量的，并且弄清楚以上I

83、/O點(diǎn)的特性。它們的特性主要包括它們的信號(hào)是屬于交流的還是直流的，其使用的電壓是多大的，其輸出是用的什么硬件，在了解了這些之后我們可以選擇用多少點(diǎn)還有PLC的I/O是什么性質(zhì)。</p><p>　　然后來定下I/O的地址分配表，輸入輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對于軟件的設(shè)計(jì)，在I/O地址分配表完成之后才能進(jìn)行一系列的編程設(shè)計(jì)；對于PLC的接線圖來說，要確定了I/O地址以后，

84、才能完整地畫出電氣接線圖。</p><p>　　最后根據(jù)控制要求繪制程序的流程圖，繪制用戶程序，裝入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并進(jìn)行初步調(diào)試。</p><p>　　3.3 PLC的工作原理</p><p>　　一般情況下，PLC 重復(fù)執(zhí)行工作循環(huán)來完成任務(wù)。一個(gè)工作循環(huán)包括以下三個(gè)步驟：輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段[13]。如圖3.2所示。</p>

85、<p>　　圖3.2 PLC工作流程圖</p><p><b>　　1. 輸入采樣階段</b></p><p>　　在這個(gè)階段里面，PLC按照原有的方式一步一步載入所輸入的狀態(tài)與一些數(shù)據(jù)，在同時(shí)把它們放在I/O映象寄存器中的所對應(yīng)的地方。在完成輸入之后，就進(jìn)行用戶程序執(zhí)行和輸出刷新這兩個(gè)階段。在用戶程序執(zhí)行和輸出刷新這兩個(gè)階段中，就算輸入的狀態(tài)與一些數(shù)據(jù)

86、產(chǎn)生了細(xì)微的改變，I/O映象寄存器中所對應(yīng)的地方的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不隨之改變。所以說，假若在輸入端給了一個(gè)脈沖信號(hào)，那么這個(gè)該脈沖信號(hào)時(shí)間長度比需要長于一次掃面所用的時(shí)間，這樣才能保證在一切情之下，這次輸入是有效的。</p><p>　　2. 用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在這個(gè)階段里面，PLC處理起輸入的數(shù)據(jù)或者值起來總是按從上往下的順序地掃描梯形圖。在每一次掃描過程里面，又是從左向

87、右掃描個(gè)個(gè)邏輯電路，并且遵循先左后右、先上后下邏輯順序整個(gè)梯形圖進(jìn)行計(jì)算、載入，在通過計(jì)算的答案，更新該邏輯在RAM存儲(chǔ)區(qū)中所在位置的相應(yīng)狀態(tài)，或者更新該線圈在I/O映象寄存器里面所相應(yīng)的位置的狀態(tài)信息。</p><p>　　3. 輸出刷新階段 </p><p>　　當(dāng)前兩個(gè)階段結(jié)束以后，PLC用戶就進(jìn)入這個(gè)輸出狀態(tài)。在這段時(shí)間里面，CPU根據(jù)I/O映象寄存器里面所相應(yīng)的用戶狀態(tài)和數(shù)

88、據(jù)更新梯形圖里面所有邏輯電路的狀態(tài)，然后給外部的開關(guān)和其他的硬件設(shè)備一個(gè)動(dòng)作。這就是PLC輸出的意義。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對PLC的發(fā)展歷史，各個(gè)部分，工作原理等進(jìn)行了簡單的介紹，進(jìn)行了PLC的CPU選型，對下面章節(jié)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了鋪墊。</p><p><b>　　4

89、 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)元件的選擇</p><p>　　本定量給料機(jī)硬件有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：電動(dòng)機(jī)，流量器，電磁閥等等，定量給料機(jī)主要通過這些硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　一、電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　通過對定量給料機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、手臂運(yùn)動(dòng)等

90、采用電力驅(qū)動(dòng)的方式。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的選擇包括電動(dòng)機(jī)的功率、種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式選擇等。</p><p>　　1. 電動(dòng)機(jī)功率的選擇</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的功率反映了它的負(fù)載能力，對電動(dòng)機(jī)的選擇首先是對電動(dòng)機(jī)功率的選擇。如果選擇的電動(dòng)機(jī)功率過小，則不能是機(jī)械設(shè)備在正常工作狀態(tài)下運(yùn)行，無法完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)，即使電動(dòng)機(jī)能夠勉強(qiáng)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，

91、由于電動(dòng)機(jī)在過載條件下運(yùn)行，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)損壞或其他機(jī)械故障。如果選擇的電動(dòng)機(jī)功率過大，則設(shè)備投資費(fèi)用增加，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率下降[14]。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的功率選擇選擇應(yīng)根據(jù)以下原則進(jìn)行：</p><p>　　(1)允許溫升 保證電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際最高溫度θmax不高于電動(dòng)機(jī)絕緣材料所允許的的最高溫度θa，即</p><p>　　(4.1)

92、 </p><p>　　過載能力 電動(dòng)機(jī)熱慣性大,在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載時(shí)所達(dá)到的溫度不會(huì)高于電動(dòng)機(jī)絕緣材料所允許的最高溫度,有一定的過載能力.但是電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax(對于異步電動(dòng)機(jī))或最大電流Imax(對于直流電動(dòng)機(jī))必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLmax和最大負(fù)載電流ILmax,即</p><p>　?。▽τ诋惒诫妱?dòng)機(jī) ） (4.2

93、) </p><p>　?。▽τ谥绷麟妱?dòng)機(jī)） (4.3)</p><p>　　式中：λm、λi為電動(dòng)機(jī)過載能力系數(shù)。 </p><p>　　啟動(dòng)能力 為了保證電動(dòng)機(jī)能夠可靠啟動(dòng),必須使 </p><p>　　(4.4) </p><p&g

94、t;　　式中：λst為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力系數(shù)；Tst為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　根據(jù)負(fù)載圖按發(fā)熱理論進(jìn)行計(jì)算來選擇電動(dòng)機(jī)的方法，理論依據(jù)可靠，但計(jì)算過程復(fù)雜。而且只是在一些假設(shè)的條件下得到的；此外，對于大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械來說，找出具有代表性的典型負(fù)載圖有困難，因此得到的結(jié)果差異往往較大。因而，在電動(dòng)機(jī)的功率選擇中常用：統(tǒng)計(jì)法和類比法。</p><p>　　統(tǒng)計(jì)法是比較實(shí)用的電動(dòng)機(jī)功

95、率選擇方法，它是對國內(nèi)外同類型設(shè)備所選用的電動(dòng)機(jī)的額定功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并結(jié)合我國的實(shí)際生產(chǎn)情況，從中找出電動(dòng)機(jī)功率和設(shè)備主要參數(shù)之間的的關(guān)系，并用數(shù)學(xué)公式加以表達(dá)，以此作為設(shè)計(jì)新設(shè)備時(shí)選擇電動(dòng)機(jī)功率的主要依據(jù)。</p><p>　　類比法是對經(jīng)過長期運(yùn)行考驗(yàn)的同類生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)容量調(diào)查研究，并對其主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行對比，從而確定新設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械所需的電動(dòng)機(jī)的容量。</p><p>

96、<b>　　電動(dòng)機(jī)類型的選擇</b></p><p>　　滿足生產(chǎn)機(jī)械對拖動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、負(fù)載等要求，是電動(dòng)機(jī)類型選擇的基本原則。在此基礎(chǔ)上，對電動(dòng)機(jī)的選擇要發(fā)揮機(jī)械與電氣技術(shù)的各自優(yōu)勢，力求整個(gè)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單方便、易于操作管理。</p><p>　　對于不需要進(jìn)行調(diào)速的、對啟動(dòng)性能沒有很高要求的機(jī)械，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇一般的異步電動(dòng)機(jī)（如YL、JS、

97、Y系列等）。如果需要很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，那么就可以選擇高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩式的異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　對于要求頻繁使用的，且負(fù)載壓力較大，還有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)考慮選用線繞式異步電動(dòng)機(jī)（如YR、YZR系列等）。</p><p>　　對于需要幾種速度，而不要求無極調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，可選用YD等系列多速異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　對于需要恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，且

98、需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因素的場合，應(yīng)優(yōu)先考慮選用TD等系列的同步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　對于需要大范圍無極調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，則可以選用帶調(diào)速裝置的直流電動(dòng)機(jī)或鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3. 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇</p><p>　　電動(dòng)機(jī)額定電壓與供電電壓一致是電動(dòng)機(jī)額定電壓選擇的基本原則，交流電動(dòng)機(jī)額定電壓應(yīng)與

99、供電電網(wǎng)電壓一致。直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相一致。</p><p>　　4. 額定轉(zhuǎn)速在電動(dòng)機(jī)上的選用</p><p>　　對于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)尺寸小、質(zhì)量低、成本小的情況下，可以選擇使用高速電動(dòng)機(jī)較相對較為合適。但由于生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)所需轉(zhuǎn)速一定，所以，轉(zhuǎn)速快，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比越大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也越冗雜。為此，在確定額定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)全面綜合各方面，然后分析做出選擇。</

100、p><p>　　5. 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)安裝位置的不同，其結(jié)構(gòu)形式可分為臥式（軸是水平的）和立式（軸是豎直的）等種類。根據(jù)電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)構(gòu)的連接方便和結(jié)構(gòu)緊湊為原則來選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作所適應(yīng)的環(huán)境條件不同，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)還可以分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式四種。</p><p>　　依據(jù)以上的原則，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共需要2臺(tái)

101、電動(dòng)機(jī)。其中主軸電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，手臂旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，一般情況下無法精確計(jì)算，因此我們采用類比法，通過參考其他汽車清洗機(jī)的情況。本系統(tǒng)確定選用額定電壓為380V。主軸電機(jī)功率為0.55KW，手臂電機(jī)功率為0.55KW，，本設(shè)計(jì)所選定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速均為1500r/min。</p><p><b>　　二、電磁閥</b></p><p>　　電磁閥的工作原理是，電磁閥里有密閉

102、的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同電磁閥的油管，腔中間是閥，對面有兩塊電磁鐵，只要有一面的敘安全得電就會(huì)有磁性，然后閥體就會(huì)被吸引到那一邊，閥體一移動(dòng)就能控制排油孔的開關(guān)，進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)油的控制，如果進(jìn)油孔打開，那么液壓油就會(huì)流出，就會(huì)使得油缸的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞移動(dòng)帶起活塞桿運(yùn)動(dòng)，活塞桿是機(jī)械部分跟著運(yùn)動(dòng)。這樣用控制電磁鐵的方法同時(shí)控制了閥門的開關(guān)。如圖4.1所示。</p><p><b>　　圖4.

103、1 電磁閥</b></p><p>　　本定量給料機(jī)在定量給料這個(gè)環(huán)節(jié)中，需要電磁閥控制送料器給料的開始和停止，因此選用SLO3DFO2N1AV1型直動(dòng)式電磁閥，其原理是，通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過25mm。</p><p>　　在定量給

104、料過程中電磁閥主要負(fù)責(zé)的是控制料斗是否給料。在給料過程中，電磁閥打開，開始給料，當(dāng)給料結(jié)束，電磁閥關(guān)閉，定量給料過程結(jié)束。</p><p><b>　　三、流量計(jì)</b></p><p>　　圖4.2 固體流量計(jì)MF3000</p><p>　　流量控制器主要工作原理是，微波探頭以5mw的功率發(fā)射一種24.125GHz的高頻微波信號(hào)，當(dāng)有物體通

105、過時(shí)，會(huì)有微波信號(hào)形成一種反射，主機(jī)會(huì)根據(jù)反射微波信號(hào)的變化量，經(jīng)過計(jì)算得出被實(shí)測物體的實(shí)際流量。</p><p>　　介公司主要推出的微波固體流量計(jì)MF3000具有世界上最先進(jìn)的微波技術(shù)，適用于從kg/h到t/h寬范圍的金屬封閉管道內(nèi)固體流量測量，該系統(tǒng)用于氣力輸送或者自由落體的粉末、粉塵、小球狀、粒狀等固體的流量的在線監(jiān)測。如圖4.2所示。</p><p>　　微波固體流量計(jì)MF300

106、0的測量原理基于多普勒效應(yīng)，其中傳感器在管道內(nèi)微波頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的磁場，這些微波被流過管道的顆粒反射，對頻率和幅度變化的計(jì)算確保固體流量的精確測定。</p><p>　　通過焊接，可將傳感器平齊的擰緊在管道內(nèi)，傳感器連接到DIN軌道安裝的變送器上，4...20mA，RS232和RS485的輸出信號(hào)，易于我們對流量的參考和校準(zhǔn)。</p><p>　　流量計(jì)在定量給料機(jī)上有著非常大的作用。

107、在定量給料的過程中，需要流量給料機(jī)對料的檢測，同時(shí)反饋出一個(gè)信號(hào)給控制系統(tǒng)，放置在PLC的累加器里，當(dāng)這個(gè)累加值達(dá)到給定值時(shí)，PLC就會(huì)控制電磁閥的通斷[15]，流量計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)如下表4-1所示。</p><p>　　表4-1 MF3000技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　微波固體流量計(jì)MF3000通過RS485接口與PLC連接。如圖4.3所示。</p><p>　　圖4

108、.3 固體流量計(jì)與PLC的連接</p><p>　　4.2 繪制電氣原理圖</p><p>　　定量給料機(jī)的主電路共有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)：M1為主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)手臂繞著主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；M2為手臂控制電機(jī)，用來控制手臂的上下運(yùn)動(dòng)以方便取料。定量給料機(jī)主軸的正反轉(zhuǎn)是由電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，主軸電動(dòng)機(jī)M1在交流接觸器KM1和KM2的通斷狀態(tài)下來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。主軸電動(dòng)機(jī)M1的制動(dòng)方法是反接制動(dòng)，手臂控制電動(dòng)機(jī)

109、M2在交流接觸器KM1和KM2的通斷狀態(tài)下來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　主電路的工作原理是先使得斷路器QF和空氣開關(guān)都閉合，通入電源。主軸電動(dòng)機(jī)M1由交流接觸器KM1、KM2控制，到達(dá)限位開關(guān)，KM1得電，主軸電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)，KM2得電，主軸電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)；手臂控制電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3、KM4控制，到達(dá)限位開關(guān)，接觸器KM3得電，主軸電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，接觸器KM4得電，主軸電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)；。熱繼電器FR1

110、、FR2作過載保護(hù)，熔斷器FU起著短路保護(hù)作用。主電路圖如下圖4.5所示。</p><p>　　圖4.4 主電路圖 </p><p>　　4.3 控制程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 I/O分配表</p><p>　　控制電路的輸入信號(hào)端有7個(gè)，輸出信號(hào)端有5個(gè)，具體I/O分配表如下表4-2所示。</p><

111、p>　　表4-2 I/O分配表</p><p><b>　　4.3.2 接線圖</b></p><p>　　通過I/O分配表，畫出I/O接線圖，如圖4.5所示，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別為四個(gè)限位開關(guān)，SB1、SB2、SB5分別為常閉的停止按鈕，KM1、KM2線圈互鎖KM3、KM4線圈互鎖。</p><p><b>