基于PLC的散料包装称重控制系统设计（）【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 哈 尔 滨 理 工 大 学 毕 业 设 计 题 目： 院、 系： 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 基于 散料包装称重控制系统设计 摘 要 现代科学技术的发展快速，使社会的生产能力不断提高，人们生活水平也不断提高，开始追求更高的标准，所以对产品提出了更严苛的要求。企业需要在设备上提高自动化，这样可以节省生产劳动力，可以提高工作效率，也可以提高和控制产品的质量，维护企业的信誉。散料称重包装控制设备大量应用于粮食行业、化工行业、水泥行业等，企业对产品包装称重的要求很严格，准确度必须提高。散料包装称重技术经历了手工称重方式、继电器控制方式、仪表称重控制方式 、可编程控制器控制方式。现代散料包装称重系统都是用可编程控制器和人际界面共同组成系统，这样可以提高设备自动化程度和设备控制的精度。 本 设计详细介绍了称重传感器以及散料包装 称重 控制 系统的工作原理，并对控制系统的硬、软件设计进行了详细的分析。通过 关键词： 称重仪 ， 触摸屏 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 of of s of so to of of of is in so of is a is of a a of of of of of in of re of LC 7 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 1 章 绪论 . 1 料包装称重系统研究的目的和意义 . 1 内外研究现状及发展趋势 . 2 料包装称 重控制系统的控制要求 . 2 料包装称重控制系统的设计任务 . 3 第 2 章 散料 包装称重控制系统总体设计 . 4 料包装称重控制系统的工艺流程 . 4 料包装称重系统用称重仪控制原理 . 5 料包装 称重控制系统的总体设计思路 . 7 第 3 章 散料包装称重 控制系统硬件设计 . 9 理及选型 . 9 . 9 . 9 . 10 . 12 重仪功能介绍及选型 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 编程控制器硬件接线图设计 . 16 重仪接线图设计 . 17 统辅助控制接线图设计 . 18 第 4 章 散料包装称重系统软件设计 . 20 计的方法 . 20 ，促进了控制技术和微 型计算机测量的广泛应用 。 在国家建设重大项目上，航空航天项目一直到民用的电梯，工厂生产系统等都用到微机测控技术。在工厂生产中的散料包装称重控制系统控制就是典型的微机测控技术的应用。散料包装称重控制系统包括称重和逻辑控制两个部分设计。 散 料计量称重是贸易流通和工业生产中的重要环节。 称重是工业生产中不可缺少的应用功能，也是不可缺少的计量工具。随着社会日益发展和商品流通的发展，称重仪的作用越来越重要，而且需求量也越来越大。在以前使用的杠杆式秤明显不能满足现代社会的需要，随着六十年代后的电力电子技术和传感器技术的发展 ，电子秤越来越重要，技术发展也越来越成熟。到了七十年代后，微机处理器的出现和发展让电子秤重的技术得到进一步的发展。现代称重系统中测量精确，人为误差的消除，使用方便快速和功能丰富多样成了主要的特点。现代称重仪是提供物品重量的重要工具， 而且作为商业管理系统和工业控制系统的一个重要组成部分， 让工业生产现代化和自动化发展快速，对操作环境进行改善，以人为本，提高了产品的效率和质量，改善了企业经营管理，降低了各种成本和能源消耗。 如图 1散料包装称重设备的示意图。 图 1料包装称重设备示意图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 内外研究现状及发展趋势 国外研究大致情况：电子称重技术是集材料、管理、信息、机械、电子、为一个整体的技术，是一项系统的工程。 在相当长的时间，发到国家比较重视电子秤重技术的应用，已经把电子秤重技术提高到设备制造的高度来重视。所仪将研究的重点转移到生产过程的称重控制系统和自动化控制领域，让计量功能不断发展，从单项的计量扩展到控制系统的应用。 世界上重要的包装机械出口国，如法国、意大利、美国等，他们也是称重控制设备的主要出口国家，每年的出口总额也我国的工业工业年产值差不多。主要原因是在电子称重系统和电子秤重控制 器的产品生产研究和设计，在不断吸取现代最新科技。特别是先进的工艺和制造技术。从 60 年代初的机电结合式电子秤重控制器出现以来，不断改善和创新。 国内的研究在 50 年代中期就开始发展，应用电子技术，在六十年代结合型机电发展到现在的数字智能型电子秤重控制器，我国的称重控制器研究和检测方法基本达到了国际的水平，电子称重控制器的制造和应用也得到了发展。电子秤重技术重点向动态称重发展，计量方法也从开始的模拟量发展到现在的数字量，测量的特点从单参数测量向多参数测量发展，特殊设备是对快速称重和动态称重的方法研究。总体上说，我 国的电子秤重控制产品数量和质量都还有明显的差距，主要的差距是技术和工艺有待提高，工业设备和测试设备开发不足，品种较少，功能也不完善。 料包装称重控制系统的控制要求 散料包装称重控制系统在运行过程中 ， 散料包装称重控制系统由可编程控制器进行信号采集和控制输出，散料给料方式采用二级给料方式，在粗给料时，给料流量大，用短时间加入额定重量的 90 95，在细给料时，给料流量小 , 为额定重量的 5%至 10%，由于细进料门有机械动作过程，为保证给料精度，在给料量达到 98%时开始关闭细进料门，而不是等到达到 100%才关闭细进料门，这样这样即可保证速度 , 又可保证精度。 控制系统每次称量工作前，都测试称斗的净重，以消除由于物料粘附在料斗内壁而引起的误差，停机时设置相应的处理功能，保证停机排空称斗内物料。 要保证在下次运行的时候料斗内没有散料，要尽量避免散料在长时间的停留下凝结在料斗壁上。在细加料的结束后，等待散料稳定后才能进行检测称重，这样得到的误差可以循环进行补偿。散料包装称重系统的电机转速可以进行单闭环控制，达到散料包装称重的准确目的。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 料包装称重控制系统的设计任务 为了做好散料包装称重控制系统设计任务， 在大量阅读资料的基础上，对资料进行整理，得出散料包装称重控制系统的总体设计思路，沿着总体设计思路画出主电路，控制系统图；设计好可编程控制器的 I/设计 系统控制的程序流程框图；根据程序流程框图设计该系统的控制梯形图 。并对系统进行实验调试和修改，顺利完成本论文所有设计工作。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 第 2章 散料 包装 称重控制 系统 总体设计 料包装称重控制系统的工艺流程 散料包装称重 控制系统由 可编程控制器进行信号采集和 控制 输出 ， 散料给料方式 采用二级给料方式， 在 粗给料 时，给料 流量大，用短时间加入额定 重量的90 95， 在 细给料 时，给料 流量小 , 为额定重量的 5%至 10%，由于细进料门有机械动作过程，为保证给料精度，在给料量达到 98%时开始关闭细进料门，而不是等到达到 100%才关闭细进料门，这样这样即可保证速度 , 又可保证精度。 散料包装称重控制系统在称重的工作之前，都要测试料斗的重量，这样就可以消除散料粘在料斗上壁，引起的称重误差，在设备停车时，就要对此误差造成的因素进行相应的处理，要保证料斗内没有物料。细加料信号完毕后，待其稳定进行实测， 以便 得到误差，以使下一个循环进行补偿校正。 工艺流程图如图 2 图 2料包装称重系统工艺流程图 由工艺流程图可知 系统功能为：（ 1）、对物料重量实现自动控制，其设定值在触摸屏上；（ 2）、 放料工作完成后 ，要 进行称斗的净重检测修正；（ 3）、对称量误差进行自动补偿；（ 4）、自动包装和系统应该设置有相应的故障检测、报警信号。系统工作原理：称量工作开始，当储料斗中物料足够，在重力的作用下进入重力供料装置， 制器控制储料斗大、小进料阀均完全打开料门进入大（粗）给料状态。当到达给定大给料重量（设定阈值如 90%要求重量）时，关闭大进料阀，进入小（细）给料状 态，达设置重量时，关闭小进料阀门，达称量斗稳定（可以设置比较环节程序或延时来实现），称量工作完成。并且卡袋机构卡紧时，卸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 料门打开，物料进入放料斗，再落入袋内，延时（设定一时间根据料来确定，通过程序来处理，可灵活实现）关闭，释放夹袋并关闭卸料阀，并打开皮带传送系统，完成一个包装循环，并传送到下一环节。 料包装称重系统用 称重仪 控制原理 称 重 控 制 仪P L C 控 制 系 统驱 动 系 统触 摸 屏料 斗称 料 斗排 料 阀包 装 袋传 输 系 统传 感 器中 进 料快 进 料慢 进 料图 2料包装 称重系统图 本控制系统 采用 托利多 此称重仪 有四种称重模式分别是： 无斗模式、 斗模式、 散粮模式 。根据工厂需要本系统采用有斗 模式，该模式的称重过程将在称量斗中完成，当称量完毕后，在夹袋信号到位后，控制器将完成包装过程。在放料后，可由控制器进行拍打振实等功能。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 时 间净重目 标 值 （ S P ）P r （ o u t 3 ）S P 2 ( o u t 2 )S P 1 ( o u t 1 )启 动 （ I N 0 ）称 量 斗 就 绪 （ I N 8 ）S P 1 ( o u t 1 )S P 2 ( o u t 2 )P r ( o u t 3 )比 较 禁 止 时 间 （ F 3 . 1 ）稳 态 判 断 时 间 （ F 3 . 2 ）夹 袋 请 求 （ I N 3 ）放 料 （ o u t 4 ）拍 打 （ o u t 6 ）松 袋 延 时 （ F 3 . 1 3 ）夹 袋 输 出 （ o u t 5 ）O F 夹 袋 延 时 F 3 . 1 2正 超 差负 超 差图 2斗称重模式时序图 从时序图中可以看出只要 重控制器依次发出慢进料、中进料、快进料，同时设置延时时间，当 重控制仪依次发出放料、拍打、夹带输出控制。 分要实现的控制很少，只有启动、关闭、急停、读取毛重净重、写入目标值等，这无疑给编程带来极大方便，自动化程度得到提升。该工作流程图如 图 2案采用三速加料，一般称重仪市场价格差不多，所以本方案采用 制托利多 8520 控制执行机构。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 启 动写 入 设 定值斗 门 到 位快 、 中 、慢 进 料稳 态 判 定夹 带 请 求放 料拍 打松 袋夹 带 输 出图 2料包装称重控制系统的总体设计思路 散料包装称重控制系统主要由配料称重仪、仪表控制柜、低压开关柜、现场操作盘 以及工业控制的计算系统 及 设备监控系统软件 几部分组成。 1)配料称重仪 称重仪器 对经过 散料的料斗 物料进行连续称量和 自动 累计， 此配料称重仪具有运输、 计量功能。称重部分 的工作原理是 采用电阻应变式 ，多托辊杠杆式结构。在 实际工作时，控制放料电磁阀，通过 调节电磁阀来改变散料流量。 2)仪表控制柜 仪表控制柜主要包括 各种各样的仪表，重点是称重仪表 。 仪表重点接受称重传感器的模拟量信号 ， 根据信号通过系统 计算出流量和累计量，并将流量信号以0 10 伏模拟电压的形式送给 重量信号与机内设定值比较后，根据一定的控制规则输出 0 10伏调节信号，控制现场放料电磁阀，从而构成单机闭环系统，达到控制某种物料流量的目的。 3)低压开关柜 低压开关柜配置有断路器、 电流互感器、 电压表、 刀开关、电流表、 隔离变 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 压器等器件为各控制柜和配煤系统动力部分提供电源，同时检测动力电 源部分的相间电压和线电流。 4)现场操作盘 配煤系统电机的现场控制部件，装有控制按钮、指示灯，可在机旁对现场皮带机和给料设备的启停进行控制、指示 电机的命令状态。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 第 3 章 散料包装称重 控制系统硬件设计 该系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。通过对托利多 输入电平的控制来实现手动控制和自动控制切换，当 为高电平时系统启动工作，当为低电平时系统停止工作并进入手动控制 状态。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单独进行操作控制。自动操作要求按一下自动 /手动选择开关，机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机器继续完成一个周期的动作，回到初始状态后自动停止。控制系统框图如图 3 触 摸 屏S M A R T 7 0 0 I C 可 编 程控 制 器启 动托 利 多 B 8 5 2 0执 行 机 构图 3理及选型 概况 随着科技的不断进步， 应用和研究现状主要在以下方面体现 : 制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。 在 新增了很多模块，如 度以及运动模块等等。 3. 在 发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准， 开放性和互操作性大大发展，各厂商都意识到 开放是发展的一个趋势， ，并形成了长时期的妥协与竞争 。 于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。 特点 1)可靠性高，抗干扰能力强 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 用严格 的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2)配套齐全，功能完善，适用性强 3)体 积小，重量轻，能耗低 以超小型 例，新近出产的品种底部尺寸小于 100量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 应用 1)这是 可以实现各种逻辑控制工艺，顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。 代 了接触器 广泛应 用于各行各业， 如注塑机、订书机械、机床、 仓库 生产线、 灌装 流水线等。 2)由于自然界存在 许多连续变化的 物理 量， 比 如压力、温度、流量、液位等都是模拟量。 要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换为模拟量。 3)可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完成实际数据处理，数据传送和转换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。 4)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， 编制各种各样的控制算 法程序，完成闭环控制。 节是 模拟量 闭环控制系统中 ，使 用 很频繁的 调节方法。 可编程控制器具有 专用的 5)的通信及 着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 商都十分重视 通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 具有通信接口，通信非常方便。 部输入采样单元、内部逻辑计算处理单元、处理结果输出执行单元。可编程控制器的结构框图如图 3 可编 程控制器的 I/位开关、检测器等外部输入主令接口， 逻辑处理 输出接口 输入接口 M 图 3本组成框图 t 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 可编程控制器在对外部 I/及主令台的各种命令等信息进行储存和处理。可编程控制器根据所设计的程序对这些输入信号进行处理计算，并将结果通过输出单元进行输出。通常下都是输出给继电器，继电器通过动作来控制外面的执行单元。可编程控制器可根据外部工程需要建立通讯控制，通过通讯可以将某执行机构的具体数据进行采样和监控，并计算和输出。如图 2编程控制器的原理框图。由图可知，外部输入变量都有开关 量，模拟量，通讯接口传送的变量数据，以及编程执行器等。 编程工具一般就是电脑设计的编程软件，我门可以根据编程软件对可编程控制器进行硬件组态设计，输入输出点的分配设计，程序编写设计，可以通过在线连接进行监控，通过监控可以调试程序，并修改程序。当可编程控制器启动运行后，我们可以根据外部动作情况来判断程序的错误和需要完善的地方。这也是现场调试工程师必须具备的技能。可编程控制器编程软件都是各自厂家自主研发的，对这些软件必须学习，了解指令含义和编程原则，技巧等。我们在编程时，一般要对系统进行总体设计，总体设计可以保证编程的思路清晰，明朗。总体设计完后进行分布设计，对各种功 能实现进行单独编程，有必要的时候对程序进行模块化设计，节省编程空间和时间。分布设计完毕后，就进行系统的调试阶段，在调试时，首先必须对系统调试步骤进行了解，对系统工艺进行了解，以免调试时出现差错。 1简易编程器 简易编程器就是很简单的编程工具，在编程工具上我们可以看到功能输入键，各种指令输入键，各种指令地址数字输入键，还有显示屏显示当前编程的具体情况。在编程时首先简易编程器就可以直接接在可编程控制器的端口上，用专用的通讯电缆与可编程控制器进行连接，通过设置可以对可编程控制器进行程序设计调试工作。在编程时，首 先对各种按键进行熟悉，在编程过程中必须进行记录，以便后面的调试修改。在编程的时候必须对输入输出点的地址分配进行详细说明，以免编写程序过程中，思路混乱。在编写程序结束后，就要对系统进行调试，调试的时候，必须判断系统功能实现是否准确，如果不准确，对相应部分进行修改。使其准确。如果修改完毕，程序运行正常，就可以将简易编程器拔下，保存。 2图形编程器 常用的图形编程器是液晶显示图形编程器 (手持式的 )，它有一个大型的点关量 I/O 接口 拟量 I/O 接口 2迅接口 编程器 电 源 图 3可编程控制器原理框图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但 它的价格较高，操作也较复杂。也有用 实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。 3用专用编程软件在个人计算机 (实现编程功能 随着 日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的 一编程方法的最大特点是：充分利用 的软、硬件资源 (如：硬盘、打印及各种功能软件 )，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的 置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改 存贮、打印程序文件 (清单 )，与且用户程序可在 有以上功能后， 特别是大型程序 )编程、调试就显得十分方便和轻松。 输入输出 数字输入 624 数字输出 416 模拟输入 1632 模拟输出 828 输入输出映像（可扩展） 128输入 128输出 硬件扩展 最多 7台扩展模块 中断输入 4 脉冲数出 2（ 20k100k） 8个 最多 2个串行端口 实时时钟 运行中编辑 浮点运算 状态 位处理： 序存储器 425k 数据存储器 210k 定时器 256 温度模块 16位分辨率 网络扩展 串行通讯 从站 通讯速率 由口： 程软件 装方式 工作电压 据 本系统控制要求，选用 编程控制器。 24 个 入点， 16个 货号： 616 选用 我国市场上流行的有如下几家 品： 施耐德公司，目前有 产品； 罗克韦尔公司 品，目前有 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 产品； 西门子公司的产品，目前有700/200 系列产品； 司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。 本次设计选用西门子 车床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能 ， 西门子 列 常适用于单机自动化控制系统 。现选择西门子 制， 点输入，继电器型交流 3点输出。 图 3门子 7编程控制器 是小型化的 对于社会各种行业，各种场合的逻辑控制，自动检测和运算功能都适用。 编程控制器具有强大的运算功能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。 编程控制器提供了 4 个不同的型号， 8 中 型可以选择使用。本次设计选择的是采用 型可编程控制器。 型的可编程控制器可以集成 24 输入和 16 输出共计 40 个 I/O 点。可以扩展 7 个模块，最大扩展至248 路数字量 I/O 或者 35 路模拟量 I/O 点。 26K 字节程序和数据存储空间，6 个独立的 30速计数器，具有 制器，具有 2 路独立的 20速计数器输出。 讯编程口共有两个，具有 讯协议， I/于较高要求的控制系统。共有更多 的输入 /输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能的更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 重仪 功能介绍及 选型 图 3520仪表内部框图 重仪的功能介绍 * 10驱动最多 4 个 350欧姆的模拟式传感器 * 高精度、高分辨率 ，内部 A/00 次 /秒 * 2个高亮白色 示器：可分别显示实际称重值、累计重量及累计次数 等信息 * 17个键盘，包括数字和功能键 * 显示分度为 1,000 10,000度值： 10可选 * 2个串行口 (据格式为连续 /命令可选 ) * 实时时钟电路，带断电保护 * 带光电隔离的 8 个输入 /12个输出接口 * 全球通用电源，从 87264* 全金属结构，前面板防护等级为 * 使用高可靠性和方便现场联线的接插件 * 可随时通过 内部的软件进行升级或更新 * 可靠性及稳定性，通过 重仪的系统软件特点 * 高速软件滤波模型，极大的 提高包装速度和精度 * 内置多种固定包装模式，无须 * 可进行一般的定值包装、带拍打振实包装、散粮秤等功能 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 * 可存储 10种配方，每个配方有 8 位累计重量值和 5位累计包数值 * 可预置累计重量值或包数值，数据带断电保护 * 讯功能，可以和上位机进行数据交互和状态传递 * 自动零跟踪 * 13个时间延时设定功能 * 提前量自动修正功能 * 动态检测功能 * 人性化的操作、设定，简单方便 * 防止由于秤体 的振动带来的误差 * 可单独保存调试所用参数及调试参数的恢复 重仪的选型指标 1）、负载能力 激励电压： +10V 多可驱动 4只 350的模拟式传感器。 输入信号范围： (3 30) 零点信号范围： (0 30) 2、电源 电源电压范围： 87V 264V (关电源，频率为 4862大功耗 6瓦。 控制器需要良好的接地线。控制器不可与易产生电源噪声的设备共用一个电源。 3）、显示器和键盘 控制器的外壳为铝合金拉伸件，前面板为不绣钢，符合 显示器为 2个高亮白色 盘为 17个薄膜轻触按键。 4）、温度和湿度 使用温度为： +400C，湿度为 10 95，不冷凝。 存贮温度为： +600C，湿度为 10 95，不冷凝 。 重仪的 外部连线图 为方便起见，输出分别接上了继电器和指示灯示意， 输入则采用按键，开关等方式；输出端为光隔离输出，框图内为仪表部分。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 图 3出端子和外部连线图 由图 可知 ，主板提供 4 个光电隔离的输出点，与 直接驱动继电器里、晶体管等，内部带过流、过压保护，由外部电源 24接负载通过 接。 主板还提供 4 个光电隔离的输入点，与 接继电器、按钮、晶体管等，内部带过流、过压保护，由外部电源 24 编程控制器硬件接线图设计 根据散料包装称重控制系统的控制要求以及工艺流程，设计了可编程控制器的硬件接线图。可编程控制器选用西门子 用模拟量输入输出扩展模块，分别用于称重 仪的模拟量输入，传送带速度给定输出。具体设计如下图所示。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 图 3图 3展模块 线图 重仪接线图设计 称重仪是称重系统的控制单元，可以将现场的称重信号进行输入，并与给定值比较，输出信号给可编程控制器，进而控制粗加料阀和细加料阀。称