本科畢業(yè)論文-基于PLC的飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).docx

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1、摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多城市的工廠、事業(yè)單位都能看到各種形式的基于PLC的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。與此同時(shí)，工業(yè)經(jīng)濟(jì)在大踏步的前進(jìn)后，越來(lái)越需要提升生產(chǎn)效率，而生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化程度起著決定性的作用。PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，早已取代繼電器控制系統(tǒng)在工控行業(yè)的絕對(duì)統(tǒng)治地位，在全世界發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用。飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)是精細(xì)化工廠生產(chǎn)工藝過(guò)程中一道非常重要的工序，其中的配料工序質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動(dòng)配料控制過(guò)程是一個(gè)多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴(yán)格的協(xié)調(diào)控制，對(duì)料位、流量及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。本文依據(jù)飼料生產(chǎn)系配料系統(tǒng)的工藝流程介紹了

2、飼料生產(chǎn)配料系統(tǒng)控制過(guò)程，詳細(xì)講述了PLC的選型及PLC飼料生產(chǎn)系統(tǒng)變頻控制中的硬件設(shè)置、參數(shù)設(shè)定和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制部分采用了PLC來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)PLC來(lái)采集生產(chǎn)信息，通過(guò)PLC開(kāi)關(guān)量輸入采集生產(chǎn)線的狀態(tài)及報(bào)警信息，并通過(guò)PLC開(kāi)關(guān)量輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)艙門開(kāi)關(guān)的控制。在自動(dòng)配料生產(chǎn)工藝過(guò)程中，將主料與輔料按一定比例配合，由皮帶稱完成對(duì)皮帶輸送的物料計(jì)量。PLC主要承擔(dān)對(duì)輸送設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并完成對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)、顯示及報(bào)警。關(guān)鍵詞：飼料生產(chǎn)；PLC；工藝流程；第1章 緒論1.1論文研究的來(lái)源、目的和意義1.1.1 論文研究的來(lái)源作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，畜牧業(yè)養(yǎng)殖在我國(guó)具有十分重要的基礎(chǔ)地位，

3、而飼料工業(yè)又是為畜牧養(yǎng)殖業(yè)提供原材料供給的基礎(chǔ)。我國(guó)的飼料工業(yè)從改革開(kāi)放開(kāi)始起步，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)完成了從家庭手工作坊式的生產(chǎn)到世界第二大飼料生產(chǎn)大國(guó)的飛躍，已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的當(dāng)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，飼料產(chǎn)業(yè)己成為一個(gè)方興未艾的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，服務(wù)“三農(nóng)”具有越來(lái)越重要的作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)飼料的需求量迅猛增加，采用傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)工藝流程早已不滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。飼料生產(chǎn)企業(yè)如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中擴(kuò)大產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，這是擺在飼料生產(chǎn)企業(yè)面前的一個(gè)非常嚴(yán)峻的課題。本論文正是在這樣一個(gè)大的背景條件下產(chǎn)生的。1

4、.1.2 論文研究的目的和意義飼料生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用，不但是生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，更是源頭工序，直接關(guān)系著下游生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。配料精度的高低和配料速度的大小制約著整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量和產(chǎn)量，而飼料生產(chǎn)的自動(dòng)控制對(duì)提高配料生產(chǎn)的質(zhì)量起著舉足輕重的作用，飼料自動(dòng)控制系統(tǒng)有助于實(shí)時(shí)掌握和了解配料生產(chǎn)工藝流程的運(yùn)行狀況和參數(shù)變化，優(yōu)化生產(chǎn)，保證質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高管理水平，使生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，取得最佳效益。PLC是一種新型的具有極高可能性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)的將微處計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)由：專為

5、工業(yè)控制設(shè)計(jì)，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高；采用易于理解和掌握的梯形圖語(yǔ)言，以及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令，編程方便；不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)，使用方便；模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使操作人員在維修時(shí)只需要更換插入式模板或其他易損部件即可完成，既方便又減少了影響生產(chǎn)的時(shí)間；維護(hù)方便、硬件軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗震防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品。

6、1.2 飼料加工發(fā)展現(xiàn)狀飼料工業(yè)時(shí)畜牧養(yǎng)殖業(yè)的基礎(chǔ)。我國(guó)飼料工業(yè)開(kāi)始于70年代中后期，經(jīng)過(guò)短短二十多年的發(fā)展，從無(wú)到有，從小到大，走過(guò)了許多發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)十年才走完的歷程，飼料工業(yè)已成為我國(guó)工業(yè)體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)已躍居為世界第二大飼料生產(chǎn)國(guó)。但是，飼料廠的配套自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度配料控制系統(tǒng)還相對(duì)滯后，因此實(shí)現(xiàn)安全可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度配料系統(tǒng)就顯得十分的迫切和必要。飼料廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動(dòng)控制、機(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、工業(yè)計(jì)算機(jī)集中控制等幾個(gè)階段。第一階段，飼料加工機(jī)械比較簡(jiǎn)單，各機(jī)械之間基本上沒(méi)有邏輯聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)操作人員一般只負(fù)責(zé)一到兩個(gè)設(shè)備的操作與監(jiān)控，并手工的

7、記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量的人為因素很大。第二階段，繼電器手動(dòng)控制在很大程度上降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器組成的電控系統(tǒng)非常復(fù)雜，可靠性極低，特別是在調(diào)試和改造時(shí)的難度很大。第三階段，隨著大規(guī)模集成芯片技術(shù)的成熟，單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)較之前兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度降低，可靠性大大提高，但其抗干擾能力比較差也局限了它的應(yīng)用。第四階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的飼料廠自控系統(tǒng)也開(kāi)始出現(xiàn)。這種系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任。隨著2

8、1世紀(jì)飼料加工新技術(shù)的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，飼料工業(yè)的自動(dòng)化控制水平也在相應(yīng)提高。美國(guó)及歐洲的一些國(guó)家的飼料廠從火車、汽車進(jìn)料，到成品散裝出料，全部為計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，整廠單班操作人員只需要兩個(gè)人。飼料廠的管理和控制全部通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)各部門的職能選擇不同的系統(tǒng)模塊。通過(guò)對(duì)人員管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)核算系統(tǒng)、原料接收系統(tǒng)、成品發(fā)放系統(tǒng)和生產(chǎn)加工系統(tǒng)共5個(gè)子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理，全部掌控整個(gè)飼料廠營(yíng)運(yùn)。在總體上，我國(guó)在飼料加工控制系統(tǒng)上存在技術(shù)不夠先進(jìn)、企業(yè)平均規(guī)模小、綜合生產(chǎn)水平低等問(wèn)題。因此，進(jìn)一步提高飼料加工廠的自動(dòng)化程度，仍然十分緊迫，設(shè)計(jì)

9、出高性能自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度自動(dòng)配料系統(tǒng)意義重大。1.3 課題研究?jī)?nèi)容論文內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選型和電氣設(shè)計(jì)及PLC軟件設(shè)計(jì)：1) 飼料加工自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；2) 飼料加工自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)；3) 粉碎機(jī)自動(dòng)喂料系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4) 模塊式程序設(shè)計(jì)的應(yīng)用；1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排論文在結(jié)構(gòu)上分為五個(gè)章節(jié)，具體安排如下：第1章：本章簡(jiǎn)單介紹了飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)的概念以及論文的研究背景、目的和意義。通過(guò)論述飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)相關(guān)概念及PLC在國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較分析。給出了主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。第2章：本章簡(jiǎn)單介紹了

10、PLC以及局域網(wǎng)控制基礎(chǔ)知識(shí)，然后對(duì)飼料生產(chǎn)工藝流程控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，針對(duì)飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要求提出了系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，最后給出了系統(tǒng)的的要求，提出了硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)造方案，包括硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第3章：本章主要進(jìn)行了飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，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)設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)各個(gè)部分的硬件芯片選型和硬件電路的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容由變頻器、感應(yīng)器、電動(dòng)機(jī)、PLC的選型及設(shè)計(jì)過(guò)程。第4章：本章主要完成闡述飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)部分的軟件解決方案及其實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。本章還從系統(tǒng)數(shù)字濾波

11、技術(shù)于PID調(diào)節(jié)算法角度，研究了數(shù)字濾波器及PID控制算法的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程。第5章：本章的內(nèi)容時(shí)文章的總結(jié)和展望，總結(jié)了論文所完成的主要工作內(nèi)容，為了更好的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化只能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)，展望了基于PLC技術(shù)的飼料自動(dòng)化控制管理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景。第2章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)概述飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是對(duì)飼料生產(chǎn)及加工過(guò)程中的各類碎玉米、配料、微量元素等粉?；蛞后w物料進(jìn)行稱重并按所選配的方式進(jìn)行混合攪拌，制成滿足一定要求，具有較高營(yíng)養(yǎng)的飼料成品的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的自動(dòng)化系統(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前我國(guó)大部分飼料生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程主要包括如下幾個(gè)核心部分：給料部分、稱量部分、

12、配料部分。給料部分：給料部分是從原料倉(cāng)（或儲(chǔ)罐）向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的序號(hào)控制原料倉(cāng)（用于儲(chǔ)存各種飼料生產(chǎn)所需原料，如棉柏、豆柏、魚(yú)粉等）全速下料。根據(jù)飼料生產(chǎn)所需原料的不同特性，需要分別選用不同的給料設(shè)備。稱量部分：在進(jìn)行飼料生產(chǎn)的同時(shí)，需要判斷飼料生產(chǎn)所需要的所有料是否下料結(jié)束，一般通過(guò)采集電子稱的重量，將重量模擬電壓信息送往電子稱，用來(lái)采集重量信號(hào)來(lái)判斷是否達(dá)到提前量。在飼料生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)效率與準(zhǔn)確度往往采用雙配料倉(cāng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有多少配料倉(cāng)則需要安裝相應(yīng)的電子稱?？刂葡到y(tǒng)：飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)由稱量?jī)x表、可編程控制器及其它控制元件組成。為了實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程控制，則

13、需要配置遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、地磅電子稱等。2.1.1 給料方式選擇目前，在飼料生產(chǎn)及加工領(lǐng)域，其中飼料生產(chǎn)配料廣泛采用的給料系統(tǒng)一般有以下幾種：電磁震動(dòng)給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、電磁閥給料系統(tǒng)等。除了上述四種方式外，還有一些場(chǎng)合可以采用傳送帶、刮板、真空抽吸、振動(dòng)給料等給料方式。其中應(yīng)用較為廣泛的分別是電磁振動(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)的共振原理使得飼料生產(chǎn)中所需要的混合料在低臨界共振狀態(tài)下工作在給料過(guò)程中，物料在料槽中被連續(xù)拋起，并按拋物線軌跡向前跳躍運(yùn)動(dòng)，這種給料方式因?yàn)椴恍枰D(zhuǎn)動(dòng)部件，同時(shí)對(duì)料槽的磨損比較小，具有耗電少、體積小、重量

14、輕、運(yùn)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。但遺憾的是該種給料方式對(duì)安裝要求比較高，并且現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy，調(diào)整不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲且運(yùn)行不好。螺旋給料機(jī)方式與電磁振動(dòng)給料機(jī)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)給料均勻的特點(diǎn)，并且不容易受外界影響。飼料所需混料由旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片在螺旋管體內(nèi)連續(xù)推進(jìn)送料，在重力作用下進(jìn)入攪拌器，使得系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)較小，能夠保持?jǐn)嚢鑲}(cāng)運(yùn)行平穩(wěn)，并且對(duì)稱量的干擾相對(duì)較小，能夠很好的避免飼料攪拌過(guò)程中飼料原材料分層或者攪拌不均的缺陷。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。2.1.2稱重方式選擇在飼料生產(chǎn)的配料過(guò)程中，包括原料的儲(chǔ)存、輸送、稱重配料、除塵、物料混合等多種設(shè)備，涉及

15、粉粒狀固體散料、液體等多種物料。根據(jù)飼料生產(chǎn)工藝要求，常用稱量方式有進(jìn)料式稱量和卸料式稱量2種，具有單斗單料、單斗多料、多斗多料等多種工作模式。其中進(jìn)料式稱量又可分為零位法和增量法等稱重方式，零位法指的是料倉(cāng)開(kāi)始從空位給料，直到料倉(cāng)滿足給定要求，即停止加料，然后打開(kāi)料倉(cāng)放料直到空位，再重新稱重。增量法指的是稱量料斗接收、稱量好飼料后，在未放空料倉(cāng)的情況下就開(kāi)始加料，系統(tǒng)自動(dòng)將電子秤內(nèi)部計(jì)數(shù)值清零。很明顯，采用零位法的稱量方式其精度相對(duì)增量法更為精確。采用進(jìn)料式方法進(jìn)行物料稱量時(shí)，需要注意給料落差的計(jì)算，即當(dāng)給料設(shè)備停止給料后，部分物料尚未進(jìn)入攪拌倉(cāng)的余料?？紤]到落差余量對(duì)最終配料成份的影響，在

16、實(shí)際配料稱量計(jì)算時(shí)其給料設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值。在實(shí)際的給料控制模式中，一般采用雙速給料的方法，首先根據(jù)給料設(shè)定值，快速放料，當(dāng)放料量接近設(shè)定值的90%左右，則減少閘門放料量，采取慢速給料，這種控制方式能夠在保證放料速度的同時(shí)增加稱量精度。卸料式稱量方式則與給料式過(guò)程相反，即先在料斗內(nèi)預(yù)先裝入多于配方要求的物料，然后開(kāi)啟放料進(jìn)行稱量，通過(guò)稱量落下的物料重量便能夠獲取飼料生產(chǎn)所需配料的重量。采用減量法稱量可以直接將傳感器安裝在料倉(cāng)上，通過(guò)傳感器檢測(cè)料倉(cāng)中物料總重量減少的參數(shù)值計(jì)算飼料生產(chǎn)的實(shí)際配料量，但該方法稱量精度較低，因而在實(shí)際的配料控制過(guò)程中較少采用。同理，為了實(shí)現(xiàn)和增量

17、法同樣的效率和控制精度，減量法也采取雙速卸料，在快速卸料量達(dá)到給定值的90%左右開(kāi)始變?yōu)槁傩读稀?.1.3飼料生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)本文研究的飼料生產(chǎn)配料方式采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu):該稱量結(jié)構(gòu)類似固定式料斗秤結(jié)構(gòu)，不過(guò)該結(jié)構(gòu)為了節(jié)省電子稱量裝置，采用固定幾個(gè)料倉(cāng)對(duì)應(yīng)1臺(tái)電子料斗秤，各組份原料通過(guò)皮帶傳送裝置混合在同一臺(tái)料斗秤內(nèi)累加稱量后再由集料帶或集料小車收集進(jìn)入攪拌倉(cāng)進(jìn)行后續(xù)工序，該結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)多種配料的精確控制。飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的配料控制模塊由稱量?jī)x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(jiǎn)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)

18、據(jù)采集板卡的形式進(jìn)行配料的控制。目前國(guó)內(nèi)大部分飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)造及過(guò)程如圖2-1所示在實(shí)際的飼料生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)的飼料成品料同樣需要存儲(chǔ)在相應(yīng)的倉(cāng)位中，其存儲(chǔ)倉(cāng)一般有單倉(cāng)、雙倉(cāng)或三倉(cāng)等配置形式，另外再配一個(gè)廢料倉(cāng)。本文設(shè)計(jì)的飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作過(guò)程及原理描述如下:飼料給料采用進(jìn)料式零位法，通過(guò)電子皮帶秤對(duì)圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量，并且采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)給料量采用比例調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制原理進(jìn)行給料量的計(jì)算，通過(guò)安裝在電子秤的稱重傳感器由電腦計(jì)算儀接收稱重信號(hào)和速度信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成累計(jì)值和瞬時(shí)流量并將其轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)串口線傳輸至飼料現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)

19、換將其變換成4-20mA范圍內(nèi)的給料模擬電流信號(hào)傳送給AI調(diào)節(jié)器與事先設(shè)置的飼料給料量進(jìn)行比較運(yùn)算后，根據(jù)偏差，運(yùn)用閉環(huán)PID控制算法以及數(shù)字濾波后計(jì)算需要調(diào)節(jié)的給料量，調(diào)節(jié)量同樣需要轉(zhuǎn)換成4-20mA范圍內(nèi)的模擬信號(hào)輸送給變頻器驅(qū)動(dòng)飼料給料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)給料量出現(xiàn)增大時(shí)，需要降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，反之，則提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，加快放料量，從而保證飼料生產(chǎn)配料量按照合理比例進(jìn)行配制。在進(jìn)行給料量計(jì)算時(shí)，按照如下算法過(guò)程進(jìn)行。系統(tǒng)首先根據(jù)設(shè)定好的序號(hào)控制原料倉(cāng)全速下料，假如電子秤門己關(guān)閉，通過(guò)PLC的A/D轉(zhuǎn)換采集電子秤的重量，并判斷是否到達(dá)提前量，如果沒(méi)到達(dá)提前量，繼續(xù)全速下料。如果到達(dá)了提前量，開(kāi)始利用均

20、值濾波及PID算法控制電機(jī)的通斷時(shí)間，開(kāi)始點(diǎn)動(dòng)下料。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定值來(lái)檢測(cè)是否到達(dá)規(guī)定的誤差量，如果沒(méi)有到達(dá)規(guī)定的誤差量，繼續(xù)點(diǎn)動(dòng)下料。如果到達(dá)設(shè)定的誤差量，系統(tǒng)就會(huì)換倉(cāng)。在進(jìn)行生產(chǎn)的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)判斷所有的原料是否下料結(jié)束，如果所有原料下料沒(méi)有結(jié)束，控制原料倉(cāng)繼續(xù)下料。如果所有原料下料結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)攪拌機(jī)門是否關(guān)閉，如果沒(méi)有關(guān)閉，系統(tǒng)便會(huì)報(bào)警。2.2 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器(Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱PLC)，是以微處理器作為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新一代工業(yè)控制器。具體的說(shuō)，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示，主要

21、為工業(yè)環(huán)境所應(yīng)用。采用可以編程的存儲(chǔ)器，用于它內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。它的可靠性高、耐高溫、耐沖擊和耐振動(dòng)等特點(diǎn)，己成為解決自動(dòng)控制問(wèn)題的最有效工具。圖22 PLC控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.2.1 PLC的特點(diǎn)PLC具有高可靠性、容易掌握、體積小、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，新一代的PLC還具有PID調(diào)節(jié)功能，其應(yīng)用己經(jīng)從開(kāi)關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，己成功地應(yīng)用于航天、冶金、輕工等行業(yè)?？刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜化和高難度化，使得PLC朝著集成化的方向發(fā)展，現(xiàn)在主要是PLC和PC集成、PLC和DCS集成、P

22、LC和PID集成等等，這些都強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)化與通訊能力。由于近來(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展比較快，用戶對(duì)開(kāi)放性要求非常強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。比如說(shuō)羅克韋爾A-B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西門子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等等。此外，很多PLC廠家擁有與之相應(yīng)的組態(tài)軟件及開(kāi)發(fā)平臺(tái)，軟硬件的有效結(jié)合，一定程度上大大提高了系統(tǒng)的性能。PLC具有如下幾個(gè)典型特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)不論是硬件還是軟件，PLC都采取了很多措施，所以PLC控制系統(tǒng)非?？煽?。例如，在硬件方面:PLC的輸入輸出電路和內(nèi)

23、部的CPU都是電隔離，而且CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，所以可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，這可使系統(tǒng)出故障的機(jī)率幾乎為零，做到萬(wàn)無(wú)一失。在軟件方面:PLC系統(tǒng)都設(shè)置了“看門狗”(Watchingdog)監(jiān)控程序，PLC每次上電后，還都要運(yùn)行自檢程序及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，開(kāi)發(fā)了很多防止及檢測(cè)故障的指令，出現(xiàn)故障時(shí)有相應(yīng)的出錯(cuò)信號(hào)提示。(2)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便PLC的梯形圖程序一般采用順序控制法，梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖十分接近，避免了生產(chǎn)一線的技術(shù)工人學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言，使得可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)方法更為簡(jiǎn)單，容易被初學(xué)者掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)

24、來(lái)說(shuō)，采用基于梯形圖的設(shè)計(jì)方法減少了繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間，其中繼電器控制系統(tǒng)中采用的接線邏輯被PLC存儲(chǔ)邏輯代替，較少了工程師進(jìn)行外部控制設(shè)備的接線工作，也使得后期的設(shè)備維護(hù)更為簡(jiǎn)單，減少了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間。這也使得PLC控制器系統(tǒng)在許多對(duì)程序設(shè)置靈活性要求較高的小產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。(3)體積小，功耗低從全面及長(zhǎng)遠(yuǎn)看，PLC的使用還是經(jīng)濟(jì)的。一是因?yàn)樗捏w積小、所占空間小，輔助配套的設(shè)施投入少;二是使用時(shí)省電，運(yùn)行費(fèi)用也少;三是工作可靠，如停工損失也少;四是維修簡(jiǎn)單，維修費(fèi)用少;五是可再次使用并且能帶來(lái)附加價(jià)值等，從中可得到更大的回報(bào)。2.2.2 PLC工作原理PLC采用“順

25、序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。步驟如下:按照用戶控制要求編制好程序，并存于存儲(chǔ)器中，當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，CPU執(zhí)行命令，按指令序號(hào)(或地址號(hào))順序地作周期性循環(huán)掃描工作。如果沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令，那么他就從設(shè)置的第一條指令開(kāi)始，逐條順序執(zhí)行用戶設(shè)定的程序，直到程序結(jié)束為止。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪的工作。在每一次的掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采集和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，周而復(fù)始地進(jìn)行下去。圖23 PLC周期執(zhí)行程序流程圖PLC的掃描工作過(guò)程如圖2-3所示，主要可分為:采集輸入信號(hào)、程序執(zhí)行和輸出刷新三階段，并進(jìn)行周期性的循環(huán)工作。PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行一次

26、采集，并存入寄存器中，此時(shí)寄存器會(huì)因采集到信號(hào)被刷新。然后PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。如果程序用梯形圖來(lái)表示的話，那么總是從上到下，從左到右順序執(zhí)行。所有程序執(zhí)行完畢后，PLC會(huì)將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài))轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后通過(guò)一定方式輸出，并驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。對(duì)于PLC控制系統(tǒng)輸出方式選擇而言，則需要根據(jù)選用的PLC產(chǎn)品以及控制系統(tǒng)規(guī)模進(jìn)行考慮。一般的原則是:對(duì)于大部分中小型控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制的輸入輸出工I/O點(diǎn)數(shù)較少，PLC處理性能較低，所編寫的控制程序較簡(jiǎn)單，因而多采用一次性輸入輸出的方式，該方式在降低響應(yīng)速度的同時(shí)能夠提高系統(tǒng)的抗干擾性，因而適合工作環(huán)境

27、干擾加大的場(chǎng)合。對(duì)于一些工I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制系統(tǒng)功能程序及過(guò)程比較復(fù)雜的系統(tǒng)，則一般采用定期采集、定期輸出的方式，能夠滿足較好的實(shí)時(shí)性控制要求。也有的系統(tǒng)采用中斷輸入/輸出或者基于智能工I/O接口等方式。2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)飼料生產(chǎn)過(guò)程控制的上述流程，本文設(shè)計(jì)的過(guò)程控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計(jì)算以及飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)組成一個(gè)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖24 飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其中遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)用來(lái)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級(jí)管理及公司級(jí)管理層提供接口，包括對(duì)各種原料、配方、生產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)

28、據(jù)進(jìn)行管理及存儲(chǔ)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC機(jī)和PLC組成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中上位機(jī)是PC工控機(jī)，為操作人員提供良好的人機(jī)界面，它的功能主要包括通信鏈路的建立，數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、處理與打包發(fā)送，參數(shù)和狀態(tài)的查詢，參數(shù)的修改，報(bào)表與圖表的輸出，數(shù)據(jù)庫(kù)的更新與維護(hù)等。下位機(jī)以小型PLC為核心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制計(jì)算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，利用PLC輸出的電流信號(hào)大小控制變頻器輸出的頻率的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，起到控制電動(dòng)給料裝置給料速度的目的，并完成對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)、顯示及報(bào)警等輔助功能?？紤]到本飼料生產(chǎn)系統(tǒng)飼

29、料配比工藝過(guò)程固定，控制量主要以開(kāi)關(guān)量控制為主(電動(dòng)機(jī)的啟、停由開(kāi)關(guān)量控制)、帶少量數(shù)字量控制(變頻器的控制端輸入)，對(duì)系統(tǒng)控制速度要求較低，控制功能主要能夠?qū)崿F(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等即可。通過(guò)對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況、被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開(kāi)發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的中型可編程控制器就能夠很好的勝任自動(dòng)化生產(chǎn)配料系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要求。此外，在本工程設(shè)計(jì)中，為了避免電源對(duì)系統(tǒng)造成的干擾，計(jì)算機(jī)、所有PLC、工控儀表、變送器的電源均采用一體化供電方式，輸入輸出信號(hào)

30、全部用繼電器隔離，防止強(qiáng)電損壞設(shè)備以及信號(hào)相互干擾。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在飼料生產(chǎn)工業(yè)中，由于飼料配料以及過(guò)程控制的復(fù)雜性、現(xiàn)場(chǎng)多種設(shè)備相互之間存在干擾以及系統(tǒng)可靠性要求高等特點(diǎn)，所以在實(shí)際應(yīng)用中常采用高可靠性的中央控制器如PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)如PROFIBUS。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC機(jī)和PLC 組成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中上位機(jī)是PC工控機(jī)，為操作人員提供良好的人機(jī)界面。下位機(jī)以小型PLC為核心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制計(jì)算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。在本系統(tǒng)中就是采用西門子S7-200可編程序控制器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并通

31、過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線由PC機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)用來(lái)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級(jí)管理及公司級(jí)管理層提供接口，包括對(duì)各種原料、配方、生產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲(chǔ)。由于配料控制系統(tǒng)需要快速同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，本文使用PROFIBUSDP通信協(xié)議，使DP主站能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控。根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型，通信速率為9600bps。整個(gè)飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(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。本章主要闡述系統(tǒng)功能模塊硬件部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。3.1 計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)飼料生產(chǎn)過(guò)程

32、的自動(dòng)化控制，實(shí)際上包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容。一類是以自動(dòng)化儀表為執(zhí)行結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中一些變化的物理量進(jìn)行自動(dòng)控制，使單機(jī)設(shè)備某一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)處于最佳工作狀態(tài)，屬于儀表自動(dòng)化的范疇。例如在配料混合生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過(guò)配料秤智能控制儀，按照預(yù)定的配方要求，控制物料的加料過(guò)程及配比，用壓制機(jī)智控制儀，控制和監(jiān)測(cè)壓制過(guò)程中的溫度、壓力、流量等。另一類是以電動(dòng)機(jī)、電磁閥等為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，屬于電氣傳動(dòng)自動(dòng)化的范疇。在這一范疇內(nèi)，結(jié)合飼料生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，本章所要解決的問(wèn)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(guò)程中上百臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行，己使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到最優(yōu)的

33、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)過(guò)程中，往往采用皮帶秤計(jì)量飼料的給量，其工作原理如圖3-1所示。圖31 皮帶秤結(jié)構(gòu)工作示意圖其中飼料生產(chǎn)所需要的各種配料按照給定配方通過(guò)給料設(shè)備送至配料點(diǎn)的子皮帶秤進(jìn)行過(guò)磅，電子秤相當(dāng)于重力及速度檢測(cè)傳感器，能夠?qū)⑴淞戏Q重以及皮帶傳速進(jìn)行數(shù)字顯示，同時(shí)利用數(shù)模轉(zhuǎn)換將配料進(jìn)給的瞬時(shí)流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)以420mA模擬電流形式送往PID調(diào)節(jié)器，整個(gè)系統(tǒng)按照閉環(huán)方式進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行負(fù)反饋控制，輸出控制結(jié)果給變頻器去驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)控制傳送皮帶給料的速度，確保飼料進(jìn)料量按照預(yù)定要求進(jìn)行配置?？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要求飼料生產(chǎn)過(guò)程中必須精確掌握配料進(jìn)給量與

34、傳輸皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系。皮帶電子秤是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要由秤體、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(guò)載能力和較長(zhǎng)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。本文考慮到飼料生產(chǎn)系統(tǒng)的工作過(guò)程，選用電子秤，其工作原理如圖3-2所示。圖3-2 電子稱工作示意圖電子秤的主要組成組件:重量傳感器、放大器電路、濾波器電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、中央處理器、電源供應(yīng)電路、按鍵、外殼、機(jī)構(gòu)、秤盤。電子秤的功能特點(diǎn):電子秤采用一個(gè)三積分A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)重量、溫度、電池電壓三個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，對(duì)傳感器的溫度零漂，溫度滿量程漂移，分二十個(gè)區(qū)

35、間，線性化全自動(dòng)軟件補(bǔ)償，硬件成本增加極少，使電子計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);電子秤多機(jī)總線聯(lián)網(wǎng)(無(wú)須接口板)，一臺(tái)PC機(jī)可遙控幾十臺(tái)電子秤鍵盤操作和各種數(shù)據(jù)采集;電子秤能夠?qū)崿F(xiàn)CPU單總線雙向數(shù)據(jù)通訊;電子秤能檢測(cè)兩個(gè)加載點(diǎn)，達(dá)到十個(gè)加載點(diǎn)補(bǔ)償?shù)男Ч?，全自?dòng)解方程計(jì)算曲線參數(shù)，輕輕松松達(dá)到高精度線性補(bǔ)償?shù)哪康?電子秤抗干擾、高精度稱重濾波技術(shù)，將普通的一臺(tái)電子秤讀數(shù)穩(wěn)定度提高五倍以上;采用模塊化部件設(shè)計(jì)，加快電子秤的開(kāi)發(fā)速度和產(chǎn)品的系列化，A/D模塊三種，低阻抗、高阻抗、帶CPU模塊，數(shù)字化CPU模塊多種，現(xiàn)推出一種高性能CPU模塊:53 (29mm，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘、RS232、RS485、D

36、A、4M FLASH、多路I/0、單總線通訊、在線可編程模塊)。攪拌倉(cāng)所需飼料配料經(jīng)電子秤中的重量傳感器將配料重量轉(zhuǎn)換成電壓或電流的模擬訊號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字方式顯示。電子秤重力傳感器輸出信號(hào)穩(wěn)定性取決于電子秤自身質(zhì)量以及外部供電電源以及安裝位置。本文稱重電子秤內(nèi)部集成UH61-100u型重力傳感器，分別采用獨(dú)立電源供電來(lái)保證轉(zhuǎn)換精度，部分電子秤采用二次穩(wěn)壓來(lái)提高每個(gè)重力傳感器供橋電源的穩(wěn)定性。三只重力傳感器分別安裝在稱斗和稱架之間，在傳感器承受的重力與傳感器中心軸線存有。角的情況下則需要計(jì)算稱重誤差，計(jì)算公式為W=W (1-cosa)。假設(shè)電子秤秤斗凈重為100kg，料斗給料凈重25

37、kg，則電子秤負(fù)載配料實(shí)際重量則為125kg，在傳感器安裝誤差為。=4。時(shí)，則計(jì)算誤差接近0. 43Kg。因而，電子秤中重力傳感器的安裝位置對(duì)稱重精度具有一定的影響，需要確保三只重力傳感器均能垂直受力。此外，在進(jìn)行電子秤內(nèi)部橋路時(shí)，需要保證傳感器輸出靈敏度相同，并且調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù)(2ppm/C)下。本系統(tǒng)中采用的電子秤儀表性能穩(wěn)定，其最大載荷可達(dá)250KG/M，完全滿足本系統(tǒng)飼料配料的稱量要求，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低、可靠性高，能夠以自動(dòng)秤量方式將散狀物料按照預(yù)定的配比進(jìn)行秤量并能夠控制物料的秤量、卸料。當(dāng)飼料送料和稱重到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，指針移到相應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)處，使電子秤動(dòng)

38、作再執(zhí)行下一步飼料的送料和稱重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。同時(shí)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能，可以設(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。它的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)其微型輸出繼電器，以開(kāi)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。在本系統(tǒng)中，飼料配料給料量控制采用順饋一單回路負(fù)反饋復(fù)合控制策略進(jìn)行，其控制算法基于數(shù)字濾波及PID控制，其控制電路設(shè)計(jì)如圖3-3所示。采集后的重力傳感器信號(hào)將數(shù)字化后的稱重信號(hào)以及測(cè)速信號(hào)分別轉(zhuǎn)化為兩個(gè)420mA模擬輸出信號(hào)，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入，用來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)的補(bǔ)償控制，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入，兩者信號(hào)的輸出進(jìn)行相加

39、與給定的控制信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，輸出420mA模擬偏差調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大后驅(qū)動(dòng)變頻器頻率來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖3-3 單回路前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖3.2 PLC子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC安裝在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域控制器CPU中，能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域設(shè)置的傳感器以及生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備工作狀態(tài)等監(jiān)控參數(shù)通過(guò)總線進(jìn)行傳輸并由PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)串口總線傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制PC機(jī)，能夠及時(shí)將過(guò)程控制的結(jié)果以及各項(xiàng)參數(shù)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)部署在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)上的生產(chǎn)控制命令進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，控制各生產(chǎn)車間設(shè)備(給料機(jī)、攪拌倉(cāng)、成品打包等)按照生產(chǎn)程序正常工作。其中PLC現(xiàn)場(chǎng)控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)

40、計(jì)及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，主要包括供電系統(tǒng)、PLC、總線通信與觸摸屏等。在本項(xiàng)目中采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC,供電系統(tǒng)由隔離變壓器、PS207組成，CPU模塊選用CPU226-2DP，總線采用PROFIBUS總線接口完成與西門子的PLC的網(wǎng)絡(luò)化連接，最后通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度管理的協(xié)調(diào)。3.2.1 PLC系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)在熟悉工藝流程特點(diǎn)和明了控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是詳細(xì)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(guò)程其他控制器或計(jì)算機(jī)關(guān)系的闡述等。圖3-4 飼料廠生產(chǎn)過(guò)程PL

41、C控制系統(tǒng)框圖飼料廠生產(chǎn)過(guò)程PLC控制系統(tǒng)框圖各部分功能如圖3-4所示:1）PLC作為控制主機(jī)安裝在PLC柜內(nèi)，通過(guò)其I/O模塊，接收來(lái)自MCC柜內(nèi)的交流接觸器、保護(hù)元器件(自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、繼電器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器)等動(dòng)作輸入信號(hào)以及操作臺(tái)上控制按鈕主令信號(hào)，根據(jù)程序運(yùn)行的結(jié)果發(fā)出輸出信號(hào)，控制MCC柜內(nèi)的交流接觸器動(dòng)作，從而達(dá)到控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的。2）MCC柜即電動(dòng)機(jī)控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對(duì)被控設(shè)備實(shí)行驅(qū)動(dòng)控制以及短路、過(guò)載保護(hù)等功能。3）現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)各樓層，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的手/自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單臺(tái)設(shè)備實(shí)

42、現(xiàn)手啟動(dòng)、停操作，在自動(dòng)控制方式下，亦能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備的緊急停車，通過(guò)PLC控制程序運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備工段的自動(dòng)聯(lián)鎖停車。4）用雕刻或絲網(wǎng)印刷等方法將工藝流程刻畫(huà)在有機(jī)塑料或技術(shù)材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來(lái)模擬顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。燈亮表示該設(shè)備在運(yùn)行，燈熄滅表示該設(shè)備停車等。采用這種方式模擬現(xiàn)場(chǎng)顯示生產(chǎn)過(guò)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(dòng)，在模擬屏上不能更改。所以在一些飼料廠的設(shè)計(jì)中，取消了這部分硬件設(shè)備，而用PLC與上位機(jī)通訊組態(tài)方式，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工藝流程。操作臺(tái)安裝系統(tǒng)中的一些操作按鈕、指示燈、報(bào)警器、電流

43、電壓表、控制電源穩(wěn)壓器等。如一次回路的合閘分閘按鈕、各樓層信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕、指示燈、各工段的主令啟動(dòng)、停車按鈕等。e.典型控制原理圖:以一個(gè)直接啟動(dòng)的電機(jī)控制回路，說(shuō)明強(qiáng)電控制系統(tǒng)與PLC之間的關(guān)系。如圖3-5所示。圖3-5 典型控制原理QF自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，做短路、斷路和過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)PF熱電保護(hù)KM交流接觸器SB現(xiàn)場(chǎng)手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換及急停開(kāi)關(guān)SA現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕合上主回路空氣開(kāi)關(guān)QF其常開(kāi)觸點(diǎn)QF閉合，當(dāng)SB置手動(dòng)位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SA，交流接觸器KM線圈得電，其輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖，主觸點(diǎn)KM閉合接通電動(dòng)機(jī)M電源，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，其主觸點(diǎn)及常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)電

44、源切斷停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但SB置于自動(dòng)位置時(shí)，由PLC根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號(hào)，使KM線圈得電，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)PLC根據(jù)程序命令監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的狀態(tài)，KM常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“1”，則電機(jī)M正常運(yùn)行;運(yùn)行中當(dāng)發(fā)生短路或過(guò)載故障時(shí)QF常開(kāi)觸點(diǎn)也斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“0”，KM常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，其對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“0”，通過(guò)編制程序，PLC發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并切斷有關(guān)的輸出信號(hào)做相應(yīng)的聯(lián)鎖停車控制。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，電機(jī)停止運(yùn)行，相應(yīng)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(bào)警及聯(lián)鎖控制信號(hào)。3

45、.2.2 PLC選型PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號(hào)不同,對(duì)應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同,適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此,合理選用PLC,對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。通過(guò)對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況、被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求

46、、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開(kāi)發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的SIMATIC S7-200 系列 PLC。杰出的實(shí)時(shí)響應(yīng)在任何時(shí)候均可對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性。SIMATIC S7-200 Micro 自成一體：特別緊湊但是具有驚人的能力特別是有關(guān)它的實(shí)時(shí)性能它速度快，功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡(jiǎn)便的硬件和軟件。但是還有更多特點(diǎn)：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)目前不是很大，但是未來(lái)不可限量的定制解決方案。這一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC

47、在一個(gè)緊湊的性能范圍內(nèi)為自動(dòng)化控制提供一個(gè)非常有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。S7-200也越來(lái)越多地提供了對(duì)以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開(kāi)發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。SIMATIC S7-200可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。1) 基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見(jiàn)表3-1：表31 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸

48、出點(diǎn)數(shù)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)CPU22164CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)CPU226XM24162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)2) 擴(kuò)展單元S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒(méi)有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表4-12所示：表4-12 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類型型號(hào)輸

49、入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無(wú)EM222無(wú)8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無(wú)EM232無(wú)2EM235313) 可編程序控制器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來(lái)進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過(guò)程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)

50、測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。4) 程序存儲(chǔ)卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過(guò)該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。5) 寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過(guò)寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過(guò)寫入器傳送到R

51、AM區(qū)。6) 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過(guò)程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參斷3.2.3 PLC系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)在確定機(jī)型容量時(shí)，I/O點(diǎn)數(shù)變成了一個(gè)重要因素。將所有I/O點(diǎn)按其形式(開(kāi)關(guān)量或模擬量)、功用(輸入或輸出)、信號(hào)電平(直流或交流、電流電壓等級(jí))和設(shè)置地點(diǎn)(遠(yuǎn)程或就地)等來(lái)分類，并按照

52、預(yù)選的PLC機(jī)型編制I/O分配端子圖，包括架號(hào)、機(jī)架內(nèi)的I/O通道號(hào)，每個(gè)I/O點(diǎn)的操作數(shù)分配號(hào)(即I/O地址號(hào))和寄存器的選用安排等，列出PLC硬件配置清單。PLC要實(shí)現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的啟停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累計(jì)。小型PLC中，整體式的體積小而且價(jià)格比模塊式的便宜，但在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常碰到一些沒(méi)估計(jì)的指標(biāo)，所以在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式PLC排除故障所需時(shí)間短，估算輸入輸出接口比較多，考慮到成本我們采用離線編程的方式，以降低軟硬件的開(kāi)銷。根據(jù)PLC I/O節(jié)點(diǎn)使用原則，即預(yù)留出25%左右的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用。本系統(tǒng)中I/O點(diǎn)數(shù)量和類型如

53、表3-1所示。表3-1生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)I/O點(diǎn)數(shù)量和類型表I/O類型數(shù)字量輸入開(kāi)關(guān)量輸出開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)類型流量信號(hào)4按鈕4電磁閥4速度信號(hào)4料位傳感器8指示燈8變頻器故障4接觸器9變頻器啟動(dòng)4調(diào)速信號(hào)3自動(dòng)手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)2報(bào)警電鈴2跑偏檢測(cè)電位器43.2.4 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)關(guān)系著本飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，加之系統(tǒng)包括飼料配比、攪拌加工、成品傳輸、打包分裝，現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表包括電子秤、壓力、溫度、風(fēng)量、物料位等多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，需要能對(duì)重要參數(shù)區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)分析，保證生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)的最佳范圍和各參數(shù)間的最佳組合，就不得不提高PLC控制子系

54、統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)抗干擾性，本文主要從系統(tǒng)輸入、輸出電路設(shè)計(jì)以及抗干擾設(shè)計(jì)幾點(diǎn)進(jìn)行闡述34-351) PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì):在信號(hào)源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線就很容易通過(guò)磁禍合在電路中形成干擾。例如PLC供電電源適用的電源范圍較寬，常為AC85-240V，因而可通過(guò)安裝1:1隔離變壓器、電源濾波器等裝置解決輸入端干擾禍合問(wèn)題，同時(shí)將導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備以及動(dòng)力網(wǎng)，將變壓器的次級(jí)線圈屏蔽層接PLC輸入電路、信號(hào)線避免與動(dòng)力線平行敷設(shè)來(lái)減小高低頻脈沖干擾。同時(shí)，對(duì)PLC輸入電路電源做好防短路及過(guò)載等問(wèn)題。2) PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，晶體管輸出可用于變頻器、各種指示燈或數(shù)

55、字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止，它響應(yīng)時(shí)間短，適用于高頻動(dòng)作;首選繼電器輸出的條件是PLC控制系統(tǒng)輸出頻率應(yīng)在6次/min以下，采用這種方法，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力較強(qiáng)。如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載的，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成強(qiáng)烈的電流沖擊，所以直流感性負(fù)載一般和二極管相連，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)接入吸收電路，這樣PLC就可以得到有效的保護(hù)。當(dāng)PLC的掃描頻率在10次/min以下時(shí)，可采用繼電器輸出，也可采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或固態(tài)繼電器(SSR)，然后再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，PLC內(nèi)部一般互鎖，但最好在PLC外部進(jìn)行硬件上的互鎖，這樣就大大加強(qiáng)了PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性

56、、可靠性。3) PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。影響PLC飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，因而在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要針對(duì)不同的干擾源進(jìn)行分類，如根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原因可分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;根據(jù)噪聲的波形及性質(zhì)可分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。在本系統(tǒng)中，可通過(guò)將PLC系統(tǒng)裝置在金屬柜之內(nèi)，同時(shí)將外殼接地來(lái)進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽來(lái)防止空間輻射干擾;在實(shí)際的布線過(guò)程中，將強(qiáng)電和弱電分開(kāi)走線并保持足夠的間距，模擬信號(hào)傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。3.3 輸入輸出模塊選擇3.3.1 S7-200PLC的數(shù)字量模塊數(shù)字量輸入模塊包括直流輸入模塊

57、和交流輸入模塊，主要用來(lái)控制用戶設(shè)備的數(shù)字量輸入信號(hào)的通/斷(0N/0FF)，如按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器的觸點(diǎn)等。數(shù)字量輸入模塊的每一個(gè)輸入點(diǎn)與用戶設(shè)備連接構(gòu)成輸入電路，并通過(guò)輸入電路把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收的數(shù)字信號(hào)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)多樣性的需求。數(shù)字量輸入的編程元件為“I”。1）直流輸入模塊。S7-200PLC直流輸入模塊如EM221 8點(diǎn)24VDC, 8個(gè)數(shù)字量輸入分為兩組，1M和2M分別為兩組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端。直流電源可以用CPU模塊輸出的24VDC作為輸入回路的電源，也可以用外部用戶提供的24VDC作為輸入回路的電源，正、

58、反電壓極性都可以。直流輸入模塊圖如下圖36所示。圖36 直流輸入模塊圖直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖37所示。圖中雙向發(fā)光二極管LED用作狀態(tài)指示;電阻R2和C構(gòu)成濾波電路，濾掉輸入電路的觸點(diǎn)抖動(dòng)或髙頻干擾脈沖;光耦合器T隔離了外部輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，并把外部信號(hào)整流成內(nèi)部電路接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)外部按鈕SB接通時(shí)，直流電源經(jīng)電阻R1和阻容濾波后加在雙向發(fā)光二極管LED 上，經(jīng)過(guò)光耦合，光敏晶體管接收光信號(hào)并送入內(nèi)部電路，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“1 雙向發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮;當(dāng)外部按鈕SB斷開(kāi)時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“O”，LED 熄滅圖37 直流輸入模塊的內(nèi)部電

59、路與外部電路接線圖2)交流輸入模塊。S7-200PLC交流輸入模塊如EM221 8 點(diǎn)220VAC，有8個(gè)分隔式數(shù)字量 輸入端，供電電源為220VAC,如圖38交流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖3-9所示。圖中R1為取樣電阻，用來(lái)限制輸 入信號(hào)過(guò)高;R2和C為髙頻去耦電路，防止高頻信號(hào)干擾。當(dāng)外部按鈕SB接通時(shí)，交流電源 經(jīng)電容C、電阻R2和雙向發(fā)光二極管LED,使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)過(guò)光耦合，光敏晶體管接收光信號(hào)并送入內(nèi)部電路，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為雙向發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮：當(dāng)外部 按鈕SB斷開(kāi)時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“0”，LED熄滅圖38 交流輸入模塊圖圖39交流輸入模塊的內(nèi)部

60、電路與外部電路接線圖3.4.2 PLC模擬量模塊模擬信號(hào)是指在一定范圍內(nèi)連續(xù)的信號(hào)（如電壓、電流等），這個(gè)“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200系列模擬量時(shí)，需要注意信號(hào)量程范圍、撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置、模塊規(guī)范接線、指示燈狀態(tài)信息等。S7-200模擬量模塊分為AI模擬量輸入模塊、AO模擬量輸出模塊、AI/AO模擬量輸入輸出模塊三種類型。1) AI模擬量輸入模塊如果傳感器輸入的模擬時(shí)電壓或電流信號(hào)（如10V或0-20mA），可以選用普通的模擬量輸入模塊，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置來(lái)選擇輸入信號(hào)量程。注意規(guī)范接線，盡量按照模塊上的通道順序使用，且未接信號(hào)的通道應(yīng)短接。如果傳感器時(shí)熱電阻或熱電偶，

61、直接輸出信號(hào)接模擬量輸入，但需要選擇特殊的測(cè)溫模塊，測(cè)溫模塊分為熱電阻模塊EM231RTD和熱電偶模塊EM231TC。注意不同的信號(hào)應(yīng)該連至相對(duì)應(yīng)的模塊。2) AO模擬量輸出模塊S7-200的擴(kuò)展模塊里，分別有2路、4路的模擬量輸出模塊EM232，根據(jù)接線方式選擇輸出信號(hào)類型，如電壓：10V，流：-20mA（4-20mA。3) AI/O模擬量輸入輸送模塊A. CPU本體集成的2路AI、1路AO本體集成的2路AI電壓是10V，1路AO是：電壓信號(hào)：0-10V或電流信號(hào)：0-20mA；輸出信號(hào)類型可以通過(guò)硬件接線來(lái)選擇。B. EM235模擬量輸入輸出模塊EM235模塊由4路AI和1路AO，通過(guò)撥碼

62、開(kāi)關(guān)設(shè)置來(lái)選擇4路AI通道的輸入信號(hào)量程，1路AO是：電壓信號(hào)：0-10V或電流信號(hào)：0-20mA；輸出信號(hào)類型可以通過(guò)硬件接線來(lái)選擇。3.4.3 通信接口設(shè)置S7200PLC整合了一個(gè)或兩個(gè)RS485通信接口，即可作為PG（編程）接口，也可作為OP（操作終端）接口，如鏈接一些HMI（人機(jī)接口）設(shè)備。支持自由通信協(xié)議及PPI（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主站模式）通信協(xié)議。3.4.4 電源S7200本機(jī)單元有一個(gè)內(nèi)部電源，它為本機(jī)單元，擴(kuò)展沒(méi)款以及24v/DC電源輸出。每一個(gè)S7200CPU向外提供5VDC和24VDC電源。需要注意一下兩點(diǎn)：1) CPU模塊都有一個(gè)24V DC電源的定額，可以增加一個(gè)外部24V D

63、C電源來(lái)供給擴(kuò)展。2) 當(dāng)有擴(kuò)展模塊鏈接時(shí)CPU模塊也為提供5V電源。如果擴(kuò)展模塊的5V電源需求超出了CPU模塊的電源定額，必須卸下擴(kuò)展模塊，直到需求在電源預(yù)定值之內(nèi)才行。第4章 PLC軟件部分設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在傳統(tǒng)儀表PLC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用局域網(wǎng)通信技術(shù)將飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制與公司遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)相結(jié)合，融和了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議通信、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多種方法。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)軟件以及遠(yuǎn)程端管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。本章主要闡述PLC現(xiàn)場(chǎng)部分的軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)字PID控制算法。4.1 飼料生產(chǎn)控制程序流程可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了用戶程序的編制方法，在目前各類PLC 控制程序設(shè)計(jì)過(guò)程

64、中，經(jīng)常出現(xiàn)諸如順序控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、判斷分支結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)等，針對(duì)不同的控制功能及其過(guò)程，不同程序結(jié)構(gòu)同時(shí)決定了系統(tǒng)內(nèi)部電路組成及編程思路的差異性。循環(huán)控制的程序結(jié)構(gòu)，采用模塊式結(jié)構(gòu)，整個(gè)程序是由若干個(gè)程序塊串聯(lián)組成，每個(gè)程序塊又由若干條指令，完成某種控制功能。運(yùn)行時(shí) CPU 從程序起點(diǎn)開(kāi)始，依次執(zhí)行各個(gè)程序塊中的每一條指令，直到程序終點(diǎn)，從而構(gòu)成一個(gè)掃描周期，并周而復(fù)始地重復(fù)上述掃描循環(huán)。 對(duì)于飼料生產(chǎn)過(guò)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(dá)到控制功能的要求，一般包括以下幾個(gè)程序塊： a)系統(tǒng)工作狀態(tài)識(shí)別及初始化程序塊；b)設(shè)備非聯(lián)鎖集中控制操作程序庫(kù)；c)流程聯(lián)鎖控制主令啟停操作程序塊；d)設(shè)備輸入狀態(tài)檢測(cè)程序塊；e)風(fēng)網(wǎng)設(shè)備控制程序塊；f)主流程設(shè)備控制程序塊；g)設(shè)備故障報(bào)警程序及顯示程序塊；h)與上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)的采集與匯總程序塊。由現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)程序初始化，根據(jù)遠(yuǎn)程控制端計(jì)算機(jī)發(fā)送的系統(tǒng)配置參數(shù)啟動(dòng)可編程控制