[工学]高岭土粉磨过程控制设计

1、中北大学2011届毕业设计说明书1绪论1.1 课题背景及研究意义高岭土是十分重要的资源，它有很好的用途，很多行业都有对其的应用，所以高岭土有很大的经济价值，对社会的发展有不可估量的意义。 首先，高岭土是一种重要的非金属矿产1。高岭土主要由小于2个微米的微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成，理想的化学式为al2o3-2sio2-2h2o，其主要矿物成分是高岭石和多水高岭石，除高岭石簇矿物外，还有蒙脱石、伊利石、叶腊石、石英和长石等其它矿物伴生。高岭土的化学成分中含有大量的al2o3、sio2和少量的fe2o3、tio2以及微量的k2o、na2o、cao和m

2、go等2。质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质3。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。有报道称，日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、车床钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年，现代科学技术飞速发展，使得高岭土的应用领域更加广泛，一些高新技术领域开始大量运用高岭土作为新材料，甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐高温瓷器部件，也用高岭土制成。目前，全球高岭土总产量约为4000万吨，其中精制土约为2350万吨。造纸工业是精

3、制高岭土最大的消费部门，约占高岭土总消费量的60%。据加拿大temanex咨询公司提供的数据，2000年全球纸和纸板总产量约为31900万吨，全球造纸涂料用高岭土总用量为约1360万吨4。 例如，在造纸行业，高岭土在造纸工业的应用十分广泛。主要有两个领域，一个是在造纸(或称抄纸)过程中使用的填料，另一个是在表面涂布过程中使用的颜料。对于一般文化纸，填料量占纸重量的10-20%。对于涂布纸和纸板(主要包括轻量涂布纸、铜版纸和涂布纸板)，除了需要填料外，还需要颜料，填、颜料用的高岭土所占比重为纸重的20-35%。高岭土应用于造纸，能够给予纸张良好的覆盖性能和良好的涂布光泽性能，还能增加纸张的白度、

4、不透明度，光滑度及印刷适性，极大改善纸张的质量5。目前我国高岭土矿点有700多处，对200处矿点探明储量为30亿吨，矿点较为分散。其中煤系高岭土16.7亿吨，主要分布在我国北方的东北、西北的石炭一二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式存在6。 1.2本课题研究的主要内容1、本课题是中北大学与太原市凯宁高岭土有限公司合作项目的一部分，由于凯宁公司高岭土生产设备落后，所以委托中北大学对其生产线进行自动化改造。2、凯宁公司高岭土粉磨工艺：有从进料开始粗磨到超细粉碎到出料，即完毕。首先，将煤矸石加入进料口，通过“锤式破碎机”将大块煤矸石打击成小块（直径约25毫米）。其次，通过封闭式提升机将小

5、块煤矸石运送到除杂质设备中，去除铁等杂质；然后再将小块煤矸石送入“机械超细磨”中，通过调节超细磨将煤矸石磨成325目、800目、1250目、2500目等不同要求的粉体。最后，通过气流输送将粉体运至储料仓。即可完成粉磨过程7。 该过程生产线比较落后，主要还是靠人为的参与，这样生产效率不高，成本也高、产品质量差、排放的气体污染严重以及没有安全保证措施。就单以质量看：没有检测的措施，很难保证能达到粉磨的粗细要求。在粗磨完后需要人工取料放进配浆仓，配浆完后也需人工再取料放进精磨仓，这样时间上浪费很多，而且有人为的耗损，对资源的特性方面也有影响。随着现代科技的发展，自动化的生产设备已被其他行业得到了广泛

6、应用，而且成效显著，大大的提高了生产效率。比如在电子行业中，主要依靠一条龙生产线，产品质量高，产量大，很大程度上降低了人为的参与，提高了市场竞争性。特别是高岭土的生产环境比较恶劣，不适合人为的参与，这样利用现代的自动化设备能够解决这一问题，能够产生很大的经济与社会意义8。3、课题任务主要是对高岭土粉磨设备的自动化改造，粉磨有俩个阶段：粗磨与细磨。利用先进技术，设置为不需要人工参与，简单一条线生产，从进料到出料只需一个过程即可。而且生产精度高，耗损低，产品质量高和污染低9。高岭土粉磨工艺：高岭土块被皮带运送到粉磨机，经过定量给料后，粉磨机进料阀门关闭，粉磨仓内的研磨体被旋转的筒体带起、抛落，从而

7、把高岭土块粉碎，直到达到一定的要求，高岭土粉在排风机的抽力作用下，进入高效选粉机，经选粉机分级后粗粉由螺旋输送机送入磨内重新粉磨细粉进入袋收尘收集后由螺旋输送机送入高岭土粉仓，经收尘器过滤后的气体通过排风机排入大气，高岭土粉进入粉仓后带入的废气，经安置在高岭土粉仓的袋收尘过滤后排入大气。粗磨与细磨过程基本一致，就是选用的研磨机及其研磨的时间、入料量等不同，通过这俩个过程的严密配合即可达到要求。另外袋收尘器还设置了袋收尘灭后，还有一套消防水装置10。2 系统的整体方案设计2.1 系统的整体方案设计框图根据控制要求，总体设计方案框图如图2.1所示： 温度、直径检测出料进料料plc喷水机变频器变频器

8、粗磨机配浆机泥浆泵细磨机选粉机温度、直径检测进料阀门出料阀门其它料阀门进料阀门出料阀门进料阀门出料阀门图2.1：总体设计框图 图为系统设计整体框图，主要由plc进行控制，被控对象有：电机，粗磨机、配浆机、泥浆泵、细磨机、选粉机和喷水机；阀门，粗磨机进料与出料阀门、其它料进入阀门、配浆机进料与出料阀门、细磨机进料与出料阀门；检测器，粗磨机温度与直径检测器和细磨机温度与直径检测器。首先经过皮带将矿石送入进料仓，此时通过plc控制器来启动plc程序。等程序运行后，粉磨机开始预启动，等电机的速度稳定运行后，进料仓的限量阀门自动打开，进入固定的高岭土矿石，此时限量阀门自动关闭，开始粗磨。可通过plc人机

9、界面，设定或修改具体参数。等粗磨完毕之后，中间阀门自动打开，粉粒进入配浆仓，此时配浆仓的电机已经启动进行工作，进入完毕后，中间阀门自动关闭，此时进料仓的阀门又开启。配浆完毕后，下一级细磨进料仓自动开启，进入固定的粉粒之后，进料仓阀门关闭，开始进行细磨。细磨完毕之后出料仓阀门自动开启，粉粒进行喷雾干燥，此时喷雾机已经开启，完毕之后阀门关闭。整个过程都严格按照程序循序渐进的执行。另外，还有直径检测器对粗磨与细磨的粉粒大直径大小可以进行严格的检测反馈，送入人机界面，进行人为判定与决策。3 plc控制系统的硬件电路设计3.1 整个系统所选用的设备 （1）、三菱fx2n系列plc一台； （2）、fx2n

10、-485-bd通讯模板一块； （3）、fx2n-rom-e1功能扩展存储合一块； （4）、带rs485通讯口的三菱变频器2台（s500系列）； （5）、2块温度传感器、2块直径检测器； （6）、三菱f2-6a扩展单元模块； （7）、选用俩个万能转换开关lw-5、lw-6； （8）、1块时间继电器、7块热继电器、7块熔断器； （9）、13块接触器； （10）、被控对象6台电机、7电动阀门； （11）、画图软件选用电子图版； （12）、编程软件选用三菱的gx-developer 8.6； （13）、一系列的输入按钮。3.2 plc选型:（1）、plc是可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，

11、专为在工业环境应用而设计的。选用三菱fx系列plc，如图4.1，其具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱plc的主要特点： 结构灵活； 传输质量高、速度快、带宽稳定； 范围广； 低成本； 适用面广。（2）、三菱f2-6a扩展单元：三菱f1、f2系列plc的扩展单元，有4个模拟量输入通道与2个模拟量输出通道。输入通道功能是把模拟电压转换成数字信号，然后输入plc的数据单元中；输出通道功能是把数据单元bcd码转换成bin码，然后换成模拟电压输出。（3）、fx2n-485-bd通讯模板： fx2n-485-bd是三菱fx系列plc与

12、变频器链接的通讯模块，需要进行物理连接，并设置好相应的参数，即可以进行通信。（4）、fx2n-rom-e1功能扩展存储合：fx2n-rom-e1是对三菱fx系列plc外部端口进行扩展，使其能更多的链接变频器，最多可以连接8快变频器。3.3、粗磨机与细磨机的控制：粗磨机与细磨机的执行机构都是鼠笼型三相异步电动机，其粗磨机的电机功率为5kw,细磨机的电机功率为2kw,要求对粗磨机与细磨机的电机转速进行准确的控制，需要选用俩块三菱变频器，主要用于三相异步交流电机，用于控制和调节电机速度。（1）、变频器的选型：选用俩块fr-e540的三菱变频器，其技术参数：功率范围为0.4kw-7.5kw；转速范围：

13、0-2000r/min输出额定电流：1.6-17a；输出额定电压：380-480v,50/60hz；电源：380-480v,50/60hz；交流电压允许变动范围:323-528v，50/60hz；电源容量：1.5-17kw；大约重量1.8-38kg。根据以上要求能够满足粗磨机与细磨机电机的功率要求。将变频器与plc通过rs485通讯口进行连接。（2）、选用接触器对粗磨机进行控制，接触器的选型： 对5kw的电机：粗磨电机的选用计算：电压：v1=380v，v2=220v；功率：p=5kw所以电流：i1= i2=由以上计算可以选用电流大于13.12a的接触器，选用cj20系列交流接触器，cj20-2

14、5，额定绝缘电压690v、额定工作电压220v或380v、约定发热电流32a、额定工作电流（ac-3，380v）25a、可以控制三相电动机的最大功率(ac-3,220)5.5 kw，满足要求，所以选用一块这样的交流接触器；另，选用cj20-25控制线圈：控制电源电压36v（或110、220v）、允许控制回路电压（吸合）85%-110%us与释放20%-75%us、控制线圈功率吸和93w与保持13w，其功耗4.0w。选用熔断器与热继电器对粗磨电机进行保护，其选型：热继电器选用：jr系列的热继电器一块jr36-20 6.8-11a用来保护5kw的粗磨电机；选用rt20-160 10-20a（1快）

15、用于保护5kw的粗磨电机。（2）、对2kw的电机：细磨机的选用计算:电压：v1=380v，v2=220v；功率：p=2kw所以电流：i1= i2=由以上计算可以选用电流大于5.25a的接触器，选用cj20系列交流接触器，cj20-10，额定绝缘电压690v、额定工作电压220v或380v、约定发热电流10a、额定工作电流（ac-3，380v）10a、可以控制三相电动机的最大功率（ac-2,220）2.2kw，满足要求，所以选用一块这样的交流接触器；另，选用cj20-10控制线圈：控制电源电压36v（或110、220v）、允许控制回路电压（吸合）85%-110%us与释放20%-75%us、控制

16、线圈功率吸和65w与保持8.3w，其功耗2.5w。选用熔断器与热继电器对细磨电机进行保护，其选型：热继电器选用jr系列的热继电器一快jr36-20 3.2-5a用来保护2kw的细磨电机；选用：rt系列的熔断器rt20-160 6-10a （5块）用于保护2kw的电机。综上：对粗磨机与细磨机的控制，由设备的选型，可画出总的主电路图：如图3.3所示：图3.3：plc对电机控制主回路图电路图元器件说明：km5与km6为接触器的控制线圈；fu5与fu6为俩个熔断器；fr5与fr6为俩个热继电器；m5为粗磨机，m6为细磨机；站号0为控制粗磨机的变频器，站号1为控制细磨机的变频器。3.4对配浆机、泥浆泵、

17、选粉机与喷水机的选型与控制：四个电机的功率都为2kw,所以对其控制的接触器需要进行选型：对路2kw的电机：喷水电机、配浆电机、泥浆泵电机和选粉电机的选用计算：电压：v1=380v，v2=220v；功率：p=2kw所以电流：i1= i2=由以上计算可以选用电流大于5.25a的接触器，选用cj20系列交流接触器，cj20-10，额定绝缘电压690v、额定工作电压220v或380v、约定发热电流10a、额定工作电流（ac-3，380v）10a、可以控制三相电动机的最大功率（ac-2,220）2.2kw，满足要求，所以选用四块这样的交流接触器；另，选用cj20-10控制线圈：控制电源电压36v（或11

18、0、220v）、允许控制回路电压（吸合）85%-110%us与释放20%-75%us、控制线圈功率吸和65w与保持8.3w，其功耗2.5w。选用热继电器与上面方法相同，所以选用选用： jr系列的热继电器四快jr36-20 3.2-5a用来保护2kw的配浆电机、泥浆泵、选粉机与喷水机。选用熔断器也与上面的方法相同，所以选用：rt系列的熔断器rt20-160 6-10a （四块）用于保护2kw的配浆电机、泥浆泵电机、选粉电机机与喷水电机。综上：对配浆机、泥浆泵、选粉机和喷水机的控制，由设备的选型，可画出总的主电路图：如图3.4所示：图3.4：主回路控制电路图电路图元器件说明：km1、km2、km3

19、和km4为接触器的控制线圈；fu1、fu2、fu3和fu4为四个熔断器；fr1、fr2、fr3与fr4为四个热继电器；m1为喷水电机、m2为配浆电机、m3为泥浆泵机和m4为选粉电机。3.5、对七路电动阀门的选型与控制：电动阀门包括：粗磨机进料阀门、粗磨机出料阀门、其它料加入阀门、配浆机进料阀门、配浆机出料阀门、细磨机进料阀门与细磨机出料阀门。七路阀门的功率为1.1kw,选用七个接触器进行控制，对接触器的选型：选用计算：电压：v1=380v，v2=220v；功率：p=1.1kw所以电流：i1= i2=由以上计算可以选用电流大于2.87a的接触器，选用cj20系列交流接触器，cj20-10，额定绝

20、缘电压690v、额定工作电压220v或380v、约定发热电流10a、额定工作电流（ac-3，380v）10a、可以控制三相电动机的最大功率（ac-2,220）2.2kw，满足要求，所以选用七块这样的交流接触器；另，选用cj20-10控制线圈：控制电源电压36v（或110、220v）、允许控制回路电压（吸合）85%-110%us与释放20%-75%us、控制线圈功率吸和65w与保持8.3w，其功耗2.5w。接触器控制线圈为：km7、km8、km9、km10、km11、km12、km13。3.6、plc控制的控制电路： plc的输入端有一系列的启动与停止按钮。（1）、温度与直径检测器为输入端，对其

21、选型：温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。其中sb19为温度传感器的反馈输入端，选用2块hs110dtw温度传感器，hs110dtw温度传感器通过易式温度传感器采用不锈钢金属外壳封装，内部填充绝缘导热材料密封而成。传感器：ds18b20测温范围：-55+125；元件精度：0.5（-10+85），供电电压：35.5vdc；输出信号：数字信号，封装材料：不锈钢管；连接线：三芯线缆，根据测温范围不同选配不同线缆。sb19也为直径检测器的输入端，选用2块zm100测径轮廓传感器：工作原理是zm100由两部分构成：发射器1 和接收器2。激光发光二极管3的光通过光学系

22、统4形成了光幕。被测物体5的阴影图像通过望远镜系统6最终形成在线性ccd阵列7上。信号处理器9计算出它的大小。（2）、万能转换开关lw5与lw6的输入：万能转换开关：万能转换开关，是一种多档位、多段式、控制多回路的主令电器，当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从而使触点按规定顺序闭合或断开。万能转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器。它由操作机构、定位装置和触点等三部分组成。万能转换开关可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。其中sb5sb11是万能转换开关lw-5的输入端，可用于交流380v、5.5kw及以下的三相异步电动机的直接控制，也可用于500v及直流

23、电压至400v的电路中，作电气控制线路转换之用。本设计控制粗磨电机5kw，能达到要求。其中sb12sb18是万能转换开关lw-6的输入端，可用于交流380v、2.2kw及以下的三相异步电动机的直接控制，本设计控制细磨电机2kw，能达到要求。（3）、plc的输出端为一系列的输出接触器 （4）、plc有一系列的输入与输出， plc的输入与输出功能如表3.1所示； 表3.1 plc的输入/输出功能序号plc输入点（按钮）plc输出点（控制接触器）被控对象plc对六路电机的直接控制1sb1：6路电机运行的启动按钮kt1：plc控制6路电机运行时间继电器2sb2：6路电机运行的停止按钮km1：plc控制

24、喷水电机的运行m1：喷水电机3fr1：:6路电机热保护的热继电器按钮km2：plc控制配浆电机的运行m2：配浆电机4km3：plc控制泥浆泵电机运行m3：泥浆泵机5km4：plc控制选粉电机运行m4：选粉电机6km5：plc控制粗磨电机运行m5：粗磨电机7km6：plc控制细磨电机运行m6：细磨电机续表3.1 plc的输入/输出plc对7路阀门的控制8sb3：7路阀门开启与关断的启动按钮km7：控制粗磨机进料阀门7路阀门9sb4：7路阀门停止工作的停止按钮km8：控制粗磨机出料阀门10km9：控制其它料进入阀门11km10：控制配浆室进料阀门12km11：控制配浆室出料阀门13km12：控制细

25、磨机进料阀门14km13：控制细磨机出料阀门万能转换开关lw-515sb5、sb6、sb7、sb8、sb9、sb10、sb11：7路开关由万能转换开关位置的变化，进行组合对输出辅助继电器m0、m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8的通与断进行控制，从而对粗磨机转速进行控制。输出辅助继电器：m0: 控制粗磨机转速100转粗磨电机m5的转速16m1: 控制粗磨机转速400转17m2: 控制粗磨机转速800转18m3: 控制粗磨机转速1000转19m4: 控制粗磨机转速1200转20m5: 控制粗磨机转速1400转21m6: 控制粗磨机转速1600转22m7: 控制粗磨机转速1800转23m

26、8: 控制粗磨机转速2000转万能转换开关lw-624sb12、sb13、sb14、sb15、sb16、sb17、sb18：7路开关由万能转换开关位置的变化，进行组合对输出辅助继电器m9、m10、m11、m12、m13、m14、m15的通与断进行控制，从而对细磨机转速进行控制。输出辅助继电器：m9：控制细磨机转速100转细磨电机m6的转速25m10：控制细磨机转速500转26m11：控制细磨机转速800转27m12：控制细磨机转速1000转28m13：控制细磨机转速1200转29m14：控制细磨机转速1400转30m15：控制细磨机转速1600转续表3.1 plc的输入/输出检测器反馈输入31

27、sb19：对粗磨机、细磨机进行温度与粉粒直径的检测plc对变频器参数的写入与读取控制32sb20: plc对变频器控制的参数读取输入按钮m16：sb19按钮所控制的参数读取辅助继电器33sb21：plc对变频器控制的参数变更输入按钮m17：sb20按钮所控制的参数变更辅助继电器对一系列的电机，用热继电器与熔断器进行保护，热继电器与熔断器分别与电机连接，对应连接功能表如表3.2所示：表3.2 热继电器与熔断器功能序号熔断器/热继电器保护对象熔断器对6路电机的保护1fu1：保护喷水电机m1：喷水电机2fu2：保护配浆电机m2：配浆电机3fu3：保护泥浆泵电机m3：泥浆泵电机4fu4：保护选粉电机m

28、4：选粉电机5fu5：保护粗磨电机m5：粗磨电机6fu6：保护细磨电机m6：细磨电机热继电器对6路电机的保护7fr2：保护喷水电机m1：喷水电机8fr3：保护配浆电机m2：配浆电机9fr4：保护泥浆泵电机m3：泥浆泵电机10fr5：保护选粉电机m4：选粉电机11fr6：保护粗磨电机m5：粗磨电机12fr7：保护细磨电机m6：细磨电机lw-5为万能转换开关，它是plc的一些输入端，有9个输入状态，它的输入组合逻辑功能如表3.3所示：表3.3 lw-5万能转换开关（“”代表导通）旋转角度/输入sb5sb6sb7sb8sb9sb10sb11输出mom1m2m3m4m5m6m7m8lw-6为万能转换开

29、关，它是plc的一些输入端，有7个输入状态，它的输入组合逻辑功能如表3.4所示：表3.4 lw-6万能转换开关（“”代表导通）旋转角度/输入sb12sb13sb14sb15sb16sb17sb18输出m9m10m11m12m13m14m15综上：可得出plc控制的控制电路图如图3.6所示：图3.6：plc外围控制电路图4 plc控制系统的软件设计4.1 系统控制程序：控制系统通电以后，开始执行程序，按下六路点机的启动按钮，所有电机开始运行，并按照设定好的值，粗磨电机与细磨电机达到稳定准确的转速，再按下七路电动阀门的启动按钮，之后物料按照设定好的值和开启与关断的逻辑先后顺序，对物料进行粉磨，同时

30、温度与直径检测器开始工作，物料粉磨完毕后，按下六路电机停止按钮，电机停止工作，按下七路阀门停止按钮，阀门停止工作，完毕。系统程序框图如下：启动粗磨机、配浆机、泥浆泵、细磨机、选粉机、喷水机启动；温度、直径反馈开始检测粗磨机进料阀门开启物料量是否等于设定值？阀门不关闭yn粗磨机出料阀门开启物料是否全部排出？阀门不关闭ny配浆机进料阀门开启物料是否全部进入？y阀门不关闭n其他料进入阀门开启加入量是否等于设定值？y阀门不关闭n配浆机出料阀门开启物料是否全部排出？y细磨机进料阀门开启阀门不关闭n物料是否全部进？入？阀门不关闭n细磨机出料阀门开启y物料是否全部排出？阀门不关闭ny进入选粉机物料是否满足要

31、求？y出料结束不满足要求n循环4.2 plc与变频器通讯的参数设定：变频器通讯参数设置：如，站号、通讯速率、停止位长/字长、奇偶校验等；变频器内的：pr.117-pr.124用于设置通讯参数，参数的设定采用操作面板。变频器设定项目与指令代码功能表如表4.1所示：表4.1 变频器设定项目和指令代码节选（三菱变频器frs500）项目指令代码说明数据位数输出频率(速度)监视h6fh0000-hffff:输出频率（16进制），最小单位0.01hz4位输出电流监视h70h0000-hffff:输出电流（16进制），最小单位0.1a4位输出电压监视h71h0000-hffff:输出电压（16进制），最小单

32、位0.1v4位运行指令haf例： h02：指定电机正传 h04：指定电机反转 h00：指定电机停止 h06：指定电机100转 h08：指定电机400转 h10：指定电机500转 h12：指定电机800转 h14：指定电机1000转 h16：指定电机1200转 h17：指定电机1400转 h18：指定电机1600转 h19：指定电机1800转 h20：指定电机2000转2位b0：正传s7fb1：反转s7r变频器与plc进行通讯时，需要建立通讯方式，变频器控制plc的指令功能表如表4.2所示：表4.2 变频器控制的plc指令规格表功能对应指令内容变频器各种运行的监视extr k10可以读取输出转速

33、、运行模式等变频器各种运行的控制extr k11可以变更运行指令、运行模式等变频器参数的读取extr k12可以读取变频器的参数值变频器参数的写入extr k13可以变更变频器的参数值变频器对电机转速进行控制，变频器数据代码功能表如表4.3所示：表4.3 变频器数据代码表节选功能参数号名称数据读入数据写入数据网络参数扩展设定基本功能0转速提升00800基本功能1上限频率01810基本功能2下限频率02820基本功能3 基地频率03830基本功能4多段转速设定（高）04840基本功能5多段转速设定（中）05850基本功能6多段转速设定（低）06860基本功能7加速时间07870基本功能8减速时间

34、08880基本功能9电子过电流保护09890 plc有一系列的输入与输出端，plc的i/o输入与输出功能表如表4.4所示：表4.4 plc的i/o输入、输出功能序号输入按钮输入端口输出接触器输出端口控制六路电机的启动与停止1sb1x0kt1y02sb2x1km1y13fr1x2km2y24km3y35km4y46km5y57km6y6控制七路阀门的开启与关断8sb3x3km7y79sb4x4km8y810km9y911km10y1012km11y1113km12y1214km13y13万能转换开关lw5的组合控制输入15sb5、sb6、sb7、sb8、sb9、sb10、sb11x5、x6、x7

35、、x8、x9、x10、x11输出辅助继电器m0、m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8万能转换开关lw6的组合控制输入16sb12、sb13、sb14、sb15、sb16、sb17、sb18x12、x13、x14、x15、x16、x17、x18输出辅助继电器m9、m10、m11、m12、m13、m14、m15温度与直径反馈输入17sb19x19plc对变频器的写入与读取控制输入18sb20x20、x21输出辅助继电器m16、m174.3 整个系统的控制程序设计：(1)、6路电机启动、停止和运行控制：按钮sb1(启动按钮)启动6路电机，当延时到后，plc控制输出接触器km1、km2、km

36、3、km4、km5、km6同时导通，这时被控对象粗磨机、配浆机、喷水机、泥浆泵、细磨机和选粉机开始运行。需要停止时，按sb2按钮（停止按钮）所有电机停止。程序如图4.1：图 4.1: 七路电机的控制（2）、7路阀门的通断控制：当plc运行后电机已经正常启动，此时按7路阀门启动按钮sb3开启，粗磨机进料阀门km7开启，开始进料，延时一段时间来严格控制进料量，时间一到，进料阀门关闭；设定固定的时间开始研磨，研磨完毕后，出料阀门km8与配浆室阀门km10同时开启，物料开始进入配浆室，延时一段时间等物料全部进入配浆室，此时粗磨机的出料阀门与配浆室的进料阀门同时关闭，其他料加入配浆室的阀门km9开启，这

37、是粗磨机的进料阀门也开启进入新料进行研磨，km9开启一段时间后关断，开始进行配浆，配浆一段时间后，配浆完毕，此时配浆室出料阀门km11与细磨机的进料阀门km12同时开启，延时一段时间，等物料全部由泥浆泵送入细磨机后，配浆室出料阀门与细磨机进料阀门同时关断；细磨机开始工作，按规定的时间研磨完毕后，细磨机的出料阀门km13开启，物料陆续进入选粉机，整个物料一次研磨结束。另外，物料在进入各自的下一阶段时，上一阶段也在按程序逻辑工作，互补影响，但是可能同时工作，这样节能，以免空工作状态。程序如图4.2：图 4.2：七路阀门的控制（3）、万能转换开关lw5对输出辅助继电器的通断组合控制：万能转换开关lw

38、5的组合逻辑控制：万能转换开关有7个输入端：sb5、sb6、sb7、sb8、sb9、sb10、sb11它们是组合进行编程序对输出端进行控制的，万能转换开关有9个状态，每个状态对应一个辅助继电器输出，来控制一种电机转速。起先转换开关处于空挡状态，当人工旋转到0度时，输入按钮sb5、sb6、sb7、sb8、sb9、sb11导通，输出辅助继电器m0导通；当旋转到30度时，开关sb6、sb7、sb8、sb9、sb10导通，输出辅助继电器m1导通；当旋转到45度时，sb5、sb11导通，输出辅助继电器m2导通；当旋转到60度时，sb6、sb7、sb8、sb9导通，输出辅助继电器m3导通；当旋转到90度时

39、，sb5、sb6、sb7、sb8、sb9、sb11导通，输出辅助继电器m4导通；当旋转到120度时，sb6、sb7、sb8、sb9导通，输出辅助继电器m5导通；当旋转到135度时，sb5导通，输出辅助继电器m6导通；当旋转到150度时，sb7、sb8、sb9导通，输出辅助继电器m7导通；当旋转到180度时，sb5导通，输出辅助继电器m8导通。程序如图4.3：图 4.3：万能转换开关lw5组合逻辑控制plc通过变频器粗磨机转速大小、读取、写入和监视的控制：转速控制设计： 对粗磨机转速的准确控制，是由万能转换开关lw5旋转位置来确定哪个输出辅助继电器导通，如m0导通，m0辅助继电器置位，然后执行程

40、序：extr k11 k0 hfa h02，其中extr k11为运行控制指令，k0为站号0变频器（即对应粗磨机），hfa h02为电机进行正转；程序extr k11 k0 hfa h06：对应粗磨机输出转速100转，然后指令执行结束，复位m0。程序如下：ld 0005and 0006and 0007and 0008and 0009and 0011and not m4set m0ld m0extr k11 k0 hfa h02extr k11 k0 hfa h06and m8029rst m0对应其他转速的大小类似如上面程序格式，只是地址不一样，相应程序见附录a。变频器读取的plc语句：对粗磨

41、机的读入由输入端x20控制（按钮为sb20）,x20按下，输出辅助继电器m16置位，执行程序：extr k12 k0 k2 d2，extr k12为变频器参数读取指令，k0为站号0，k2为参数2-下限频率，d2为plc读取地址（数据寄存器）;然后执行程序：or rst m16复位m16辅助继电器。程序如下：ld 0020set m16ld m16extr k12 k0 k2 d2or rst m16变频器参数写入的plc语句：对粗磨机写入由输入端x21控制（按钮sb21），当x21按下，输出辅助继电器m17置位，执行程序：extr k13 k0 k7 k10，extr k13为变频器写入指令，

42、k0为站号0，k7为参数7-加速时间，k10为写入数值；程序extr k13 k0 k8 k10：k8为参数8-加速时间，其他与上相同，然后指令执行结束，复位辅助继电器m17。程序如下：ld 0021set m17ld m17extr k13 k0 k7 k10extr k13 k0 k8 k10and m8029rst m17变频器运行监视的plc语句：对粗磨机的监视，程序ld m8000：运行监视；extr k10 k0 h6f d0：extr k10为运行监视指令，k0为站号0，h6f为频率代码，d0为plc读取地址（数据寄存器）。程序如下：ld m8000extr k10 k0 h6f

43、 d0（4）、万能转换开关lw6对输出辅助继电器的组合控制：万能转换开关lw6的组合逻辑控制：此万能转换开关有7个输入端：sb12、sb13、sb14、sb15、sb16、sb17、sb18它们也是组合进行编程序对输出端进行控制，万能转换开关有7个状态，每个状态对应一个辅助继电器输出，来控制一种电机转速。起先转换开关处于空挡状态，当人工旋转到0度时，输入按钮sb12、sb13、sb14、sb15、sb16、sb17、sb18同时导通，输出辅助继电器m9导通；当旋转到30度时，sb13、sb14、sb15、sb16、sb17、sb18导通，输出辅助继电器m10导通；当旋转到60度时，sb14、s

44、b15、sb16、sb17、sb18导通，输出辅助继电器m11导通；当旋转到90度时， sb15、sb16、sb17、sb18导通，输出辅助继电器m12导通；当旋转到120度时，sb16、sb17、sb18导通，输出辅助继电器m13导通；当旋转到150度时， sb17、sb18导通，输出辅助继电器m14导通；当旋转到180度时， sb18导通，输出辅助继电器m15导通。程序如图4.4：图 4.4：万能转换开关lw6组合逻辑控制plc通过变频器细磨机转速大小、读取、写入和监视的控制：转速控制设计：对细磨机转速的准确控制，是由万能转换开关lw6旋转位置来确定哪个输出辅助继电器导通，如m9导通，m9

45、辅助继电器置位，然后执行程序：extr k11 k1 hfa h02其中extr k11为运行控制指令，k1为站号1变频器（即对应细磨机），hfa h02为电机进行正转；程序extr k11 k1 hfa h06：对应细磨机转速100转，然后指令执行结束，复位m9。程序如下：ld 0012and 0013and 0014and 0015and 0016and 0017and 0018set m9ld m9extr k11 k1 hfa h02extr k11 k1 hfa h06and m8029rst m9对应其他转速的大小类似如上面程序格式，只是地址不一样，相应程序见附录a。变频器读取的p

46、lc语句：对细磨机的读入由输入端x20控制（按钮为sb20）,x20按下，输出辅助继电器m16置位，执行程序：extr k12 k1 k2 d2，extr k12为变频器参数读取指令，k1为站号1，k2为参数2-下限频率，d2为plc读取地址（数据寄存器）;然后执行程序：or rst m16复位m16辅助继电器。ld 0020set m16ld m16extr k12 k1 k2 d2or rst m16变频器参数写入的plc语句：对细磨机写入由输入端x21控制（按钮sb21），当x21按下，输出辅助继电器m17置位，执行程序：extr k13 k1 k7 k10，extr k13为变频器写入

47、指令，k1为站号1，k7为参数7-加速时间，k10为写入数值；程序extr k13 k1 k8 k10：k8为参数8-加速时间，其他与上相同，然后指令执行结束，复位辅助继电器m17。ld 0021set m17ld m17extr k13 k1 k7 k10extr k13 k1 k8 k10and m8029rst m17变频器运行监视的plc语句：对细磨机的监视，程序ld m8000：运行监视；extr k10 k1 h6f d0：extr k10为运行监视指令，k1为站号1，h6f为频率代码，d0为plc读取地址（数据寄存器）。ld m8000extr k10 k1 h6f d0（5）、

48、温度与直径检测器反馈程序控制：当按下输入按钮sb19是一些温度值与直径值反馈进入plc，首先，f671是设置输入单元号，f672是设置输入数据存储单元，f670是执行读入数据功能。程序如图4.5：图 4.5：温度与直径的反馈控制（6）、指令执行结尾end，之后plc一顺序执行，循环扫描的方式不断执行程序。结论此次设计题目是高岭土粉磨控制过程设计。由于质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等很多理化性质，但现今的高岭土生产工艺的比较落后，在产量和质量上并不能够满足现代工业的要求。所以需要对旧

49、的生产线进行先进的自动化改造，来剔除旧的生产方面的弊端，除了降低成本外，更要在产品的质量和产量上下手，来满足不同的生产工艺要求。本课题就是围绕高岭土粉磨过程设计的plc控制系统，整个控制系统都不需要人为的参与，这样大大的降低了人为参与的成本，而且无论需要什么样的产品要求，都可以很方便的进行程序修改，来达到生产的需要。本课题的亮点是运用了三菱变频器，通过plc对变频器的控制来很好的控制电机的转速，这样在技术上就可以实现不同粉粒细度的要求，并且在阀门的控制方面也达到了控制要求：快速、准确、灵敏。附录a：plc控制的外围控制电路图与主电路图：（1）plc对粗磨机与细磨机的主电路图：（2）、plc对配

50、浆机、泥浆泵、选粉机和喷水机的主电路图：（3）、plc控制的外围控制电路图：附录b：程序清单（1）、六路电机的启动与停止控制程序：（2）、七路阀门的启动与停止控制程序：（3）、万能转换开关lw5的组合逻辑控制程序：（3）、万能转换开关lw6的组合逻辑控制程序：（4）、温度与直径检测反馈控制程序：plc通过变频器粗磨机转速大小、读取、写入和监视的控制：ld 0005and 0006and 0007and 0008and 0009and 0011and not m4set m0ld m0extr k11 k0 hfa h02extr k11 k0 hfa h06and m8029rst m0ld 0006and 0007and 0008and 0009and 0010set m1ld m1extr k11 k0 hfa h02extr k11 k0 hfa h08and m8029rs