基于PLC的配料系统设计的毕业实习报告

1、毕业实习报告2012年3月14日毕业实习报告基于PLC的配料系统设计一、实习目的与任务随着科技的发展和生产方式的变革，现代生产对“智能”控制的要 求越来越高。由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常结合 相关软件用来进行现场数据的采集和设备自动化的控制。本次毕业实习通过实验室学习操作及老师讲解，以理论联系实 际，在巩固专业知识的同时，通过丰富的实践让毕业生能够在较逼真 环境中找到自身经验不足并强化实用技能操作，提高认识问题、分析问题、解决问题的能力。让毕业生对国内外相关行业现状有一个较完 整、清晰的认识，对毕业后的职业发展有一个明确定位。二、实习单位电气工程与自动化学院实验室时间为201

2、2年2月20 3月14日，完成基于PLC的配料系 统的认知学习。三、实习内容自2012年2月20日到3月14日，在指导老师带领下，我们 一行人集中在电气学院实验室进行参观学习，并由张老师详细讲解 了基于PLC的配料系统设计的相关知识，整理记录如下：由于生产的需要，要求在某些时候可以实现各种物料的不同比例 搭配，在生产任务繁重的时候加快生产速度， 要求能够集中控制电机 的启动、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应、可调节电机运行 速度等。原配料系统的配料皮带秤采用模拟电路控制滑差调速电机的 方法进行速度控制，只是采用PLC作为联锁控制，采用 V开发工具 进行控制界面和控制算法的开发。由于滑差电机

3、调速方式在低速时特 性差、效率低，现场外部工作环境又很恶劣，工业粉尘很多，这些粉 尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修、维护麻 烦，造成工作故障多，影响正常生产：另外由于采用模拟电路控制方 式，控制不稳定，精度低，调试烦琐，使用极不方便。再者，采用VC 开发工具进行开发软件的控制界面和控制算法功能是靠软件工作人 员通过编程从底层来实现的，工作量大且设计的软件通用性差， 软件 功能可靠性也低。配料是精细化工厂生产工艺过程中的一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重， 落后的配料系统不仅效率低而 且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节， 使工艺配方难以 在生产

4、中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高。 随着计算机 技术的飞速发展，对原有配料系统进行技术改造，提出数据采集、自 动控制、运行监视、报警、运行管理、变频调速等多方面要求。根据 所掌握的资料，结合现代先进控制技术，拟采用 PLC技术、变频调速 技术、组态软件技术来对原配料系统进行改造。 采用可编程序控制器 控制变频器拖动密封式鼠笼电机方案，以计算机数字处理技术取代传 统的模拟控制方式，以无级变速的变频器控制封闭式鼠笼电机转速方 式取代老式的滑差式调速方式，组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，配料系统将生产 所需的原料和辅料等按照一定的比例通过传送带

5、依次传送。配料系统一般由多台皮带机组成，系统可以同时控制多台皮带 机，进行各种散装物料的连续称量、自动配料和流量控制。3.1过程控制简介图3.1为系统总体控制流程图。电机运行图3.1配料系统控制流程图3.2配料系统及原理简介自动配料控制过程是一个多输入、多输出，且各条配料输送生产线严格协调控制，对料位、流量及时准确地进行监测和调节。因此，系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制系统。通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将辅料与主料按一定比例配合，由 皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。PLC主要承

6、担对输送 设备、秤量系统的过程进行实时控制，并完成对系统故障检测、显示 及报警，同时向变频器输出信号调节皮带机转速。321系统的组成自动配料系统中，设置上位机进行配料、料流计量控制，建立配 料模型，统计打印，下位机采用PLC进行皮带顺序控制、皮带机变频 调速控制。皮带输送机用变频器驱动控制，确保系统配料误差 0 . 5 %。配料系统由5台电子皮带秤配料线组成，5台电子皮带秤分 别编号为 1#、2#、3#、4#、5#，其中 1#、2#、3#、4#为一组，1# 为主料秤，其余三台为辅料秤。当不需要添加配料时，5衍乎单独工作仅输送主料。系统中主、辅料秤均由可编程控制器（PLC）和上位机（主机）实现两

7、级控制。图3.2示出1#、2#、3#、4#这4台电子皮带称组成的配料系统结 构示意图。主秤（1#）和辅秤（2#、3#、4#）根据设定的配料比例和转速 工作。皮带秤送料并实现流量检测，当秤架上有物料流过时，速度信 号和负荷信号经现场总线传送到上位机（主机），与物料流量设定值进 行比较。PLC进行信息采集及系统逻辑控制，对电子皮带秤实现顺序 控制，并变频调节皮带机的转速。上位机进行配料自动控制及流量统 计，实现自动定值或定比配料。整个系统反应速度快，控制精度高，10抗干扰能力强- - 厂厂- -图3.2系统结构示意图322系统原理在生产过程进行自动调节时，以主料成分的计量流量为依据，根 据生产工艺

8、要求通过上位机设定出总流量及主、辅料配比参数，按配方比例参杂其余辅料，配方计量控制是计量偏差与变频调速的结合， 如图3.3示。剽籬品一电祕瓣血图3.3系统配料控制原理由CPU计算得实时流量Qn二Kn*Mp*Mv及累计产量 W二Qndt ,调 节器根据系统控制要求比较设定值与从称重检测装置传送来的实际 量的偏差，即实时流量Qn与予置给定流量Qp相比较得配料偏差 e=Qp-Qn，经PID调节改变输出信号，以控制变频器对输送电机的速 度调节，即反向调节Mv值，从而实现定量给料，各辅料同时混合计 量，并按配方工艺要求添加。3.3玻璃配料系统3.3.1玻璃配料系统玻璃工业在我国产业中是一个重要的行业，并

9、在我国的经济建 设中起着非常重要的作用。改革开放以来，随着我国经济的快速发 展，玻璃配料行业也得到了长足的发展。特别是20世纪80年代后期，我国玻璃出现了第一次发展高峰，以年增长35 %的速度飞速发展，远远高于当时我国经济发展10 %的增长速度，玻璃工业的发展 异常引人注卧13J。近年来，玻璃生产行业的竞争日趋激烈。因此， 稳定并提高产品质量、产量和增强竞争力成为玻璃生产发展的主要 目标。而基于这个目标开发的适用于玻璃生产的称重配料系统必须 具有高速度、高性能、高精度、高可靠性和稳定性等特点，以适应 现代化生产的要求。目前我国玻璃工业存在的主要问题及与国际先进水平的差距主 要表现在：资源、能源

10、消耗高，综合利用水平低；整体技术、装备 及管理水平与国际先进水平相比仍有较大差距；产品结构不够合理， 优质浮法和深加工率偏低：企业数量多、规模小、国际竞争力差； 企业科技创新和自主开发能力较差，缺乏具有驱动力的技术创新机 制和能力；市场不规范，无序竞争现象比较突出等。在玻璃配料技术方面，还存在着工艺落后、产品品种单一、设 备装配不合理和自动化程度低等弊端，难以适应现代化玻璃工业发 展的需要。在玻璃配料控制系统方面普遍存在的问题是：配料精度 低，机电控制部分的可靠性差；缺少数据库管理生产以及对生产过 程的实时动态监视。配料精度低主要原因是电子秤系统 的动态性范 围小或用于配料的算法不合理造成的；

11、而可靠性差主要是中间继电 器和微机控制系统的可靠性低所致。可靠性是重要的质量指标，但 由于机械工艺、电子元件等基础工业发展的滞后，国内的微机配料 系统的可靠性与国外产品相比尚有一定差距。随着计算机技术和控制技术的发展，以可编程序控制器（PLC）为基础的集散控制系统己成为当今玻璃生产线控制系统的主流，并 日趋成熟。同时随着网络化、信息化技术向自动化领域的渗透，使 得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革，这种变革也必将对 玻璃自动化产生重大影响。332玻璃配料控制系统的现状在配料生产过程中，一般应该能够实现全自动、半自动和手动 配料，并且可以在不同工作模式之间进行切换。玻璃配料控制系统 必须有很

12、高的可靠性来保证系统连续正常工作，出现故障时能及时 报警并能够紧急停车，防止系统出现事故。目前，我国配料领域选用的控制系统种类很多，归结起来有以下几种：333直接数字控制系统利用计算机的分时处理功能直接对多个控制回路实现多种形式控制的多功能数字控制系统。在这类系统中，计算机的输出直接作用于控制对象，故称直接数字控（Direct Digital Control，简称DDC）。直接数字控制系统是一种闭环控制系统，其系统结构组成如图3.4所示图3.4直接数字控制系统组成框图系统中安排了一台中心计算机，由这台计算机通过多点巡回检 测装置对过程参数进行采样，并将采样值与存于存储器中的设定值 进行比较，再

13、根据两者的差值和相应于指定控制规律的控制算法进 行分析和计算，以形成所要求的控制信息，然后将其传送给执行机 构去控制生产过程，用分时处理方式完成对多个单回路的各种控制，如比例积分微分、前馈、非线性、适应等控制。同时，也可根 据需要将必要的信息在终端机的屏幕上显示或用打印机打印出来。直接数字控制系统具有在线实时控制、分时方式控制和灵活性、 多功能性三个特点，并且其结构紧凑、轻便灵活、便于维护，有较 高的抗干扰能力和控制精度，操作方便。主要问题是在这种控制系 统中，一切信息的交换均通过中心计算机，一旦该计算机出错，排 查起来非常困难，并且将导致整个系统的瘫痪。这种“风险集中”的结 构体系导致了 D

14、DC系统在大中型过程控制系统中的低可靠性， 影响 了计算机技术在过程控制系统中的推广。因此这种控制系统在现代 玻璃配料生产企业中己很少应用。334监督控制系统监督控制(Supervisory Computer Control ，简称 SCC)系统又称 设定值控制系统。计算机监督控制系统是在操作指导系统的基础上 发展起来的。操作指导系统是一种开环控制结构，系统中计算机的 作用是定时采集生产过程参数，按照工艺要求或指定的控制算法求 出输入输出关系和控制量，并通过打印、显示和报警提供现场信息， 以便管理人员对生产过程进行分析或以手动方式相应地调节控制量 (给定值)去控制生产过程。计算机监督控制系统具

15、有闭环形式的结构，而且监控计算机具 有较复杂的控制功能。它可以根据生产过程的状态、环境、条件等 因素，按事先规定的控制模型计算出生产过程的最优给定值，并据 此对模拟式调节仪表或下一级直接数字控制系统进行自动整定，也 可以进行顺序控制、最优控制以及适应控制计算，使 生产过程始终处在最优工作状态。SCC系统改进了 DDC系统在实时控制时采样 周期不能太长的缺点，能完成较为复杂的计算，可实时实现优化控 制。键盘显示打印SCC计算机d14DCC计算机I输入通道输出通道It! t生产过程图3.5监督控制系统组成框图如图3.5所示，此控制系统由监督控制计算机和数字控制计算 机实现两级控制，SCC计算机根据

16、原始的配料生产工艺信息和其它 信息，监控管理整个配料过程、改变DDC级计算机配料给定值；DDC级计算机根据SCC计算机设定的配料给定值，实时控制称量 配料。DDC级计算机既可以是单片机，也可以是可编程控制器 (PLC)。DDC系统和SCC系统都属于集中控制型系统，当这种系统集 中了很多的控制回路时，就必然会带来“危险高度集中”的问题，从而 使系统的可靠性大为降低。这就要求直接数字控制由集中型向分散 型转移，于是出现了“控制分散，信息集中”的集散型控制系统。3.3.5集散型控制系统集散控制系统又称分散型综合控制系统(Distributed Co ntrolSystem，简称DCS）系统，是对生产

17、过程进行集中监视、操作、管 理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。该系统将若干 台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计 算机监控，实现最优化控制，通过 CRT装置、通信总线、键盘、打 印机等，进行集中操作、显示和报警。如图所示，集散控制系统按 照分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原 则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合 信息管理级，形成分级分布式控制结构。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多 控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操 作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数

18、据，传 达操作指令。过程级主要由过程控制站、1/O单元和现场仪表组成， 是系统控制功能的主要实施部分。DCS的控制决策由过程控制站完 成，所以控制程序是由过程控制站执行的。 DCS的过程控制站是一 个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组构成。DCS中的/o 一般是模块化的，一个I/O模块 上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阎）。操 作站、现场控制器、I/O组件间的连接是通过现 场总线连接的， 在这一层次内形成开放的、双向的、数字通信系统。磁盘机监督级微型计算机CRT图像显示通信接口打印机r;I;通信接口通信接口通信搂口通信接口t:V下位机下

19、位机下位机下位机回路控制站顺序控制站分批控制站数据采集站图3.6集散控制系统组成框图磁盘机管理级微型计算机打印机通信接口在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是基于网络技术 的发展和应用。但是，不同的DCS厂家为了达到垄断经营的目的而 对其控制通讯网络采用各自专用的封闭形式。不同厂家DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络 互联和信息共享。因此从该角度而言，DCS实质上是一种封闭专用 的、不具可互操作性的分布式控制系统且造价昂贵。3.3.6现场总线控制系统现场总线控制系统(Fieldbus Control System，简称Fes)是工业 设备

20、自动化控制的一种计算机局域网络。它依靠现场总线技术将具 有检测、控制和通信能力的微处理芯片置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有数字计算和数字通信能力。可采用简单的双绞线作 为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的 通信协议，在位于现场的多个数字测量控制设备之间及现场仪表与 远程控制计算机之间实现数据传输与信息交换，从而形成各种适应 实际需要的自动控制系统幢引。FCS的组成结构如图3.7所示图3.7现场总线控制系统组成框图现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置于生产现场。同时,现场设备又具有通讯能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行 机构直接传送信息。因而系统的控制功能能够不依赖控制室的计算 机或控制仪表直接在现场完成，实现了真正意义上的分散控制。由 于采用数字信号代替模拟信号，因而可以在一对电线上传输多个信 号，