新型自动配料装车控制系统设计

1、-作者xxxx-日期xxxx新型自动配料装车控制系统设计【精品文档】新型自动配料装车系统设计摘 要自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。本文主要围绕饲料厂配料工艺流程进行研究，包括配料系统的组成、配料流程、装车系统的组成、电子称的基本原理等等，应用PLC（可编程序控制器）技术，设计了自动配料装车系统,提出了可移动式料斗称双速进料式零位法称量的控制方案。使用siemens公司的可编程序控制器S7-200可以设计满足控制要求的自动配料装车控制系统。并且通过S7-200

2、模拟仿真软件验证了系统的有效性。本设计的预期目标是改变以往配料系统的传统配料方式，提高运行人员工作效率，提高配料系统的配料精度，提高工业系统管理水平和生产效率，解决工业的配料装车问题，从而实现对资源的优化配置，提高工业效率和经济效益。本文针对自动配料装车过程以及配料精度进行重点研究，得出可移动式料斗称双速进料式零位法称量的控制方案可以满足饲料厂的配料需求。关键词：自动配料；装车；称量New type of automatic batching loading system designAbstractAutomatic batching system is one for all sorts

3、of different types of materials (solid or liquid) for conveying and proportion, heating, mixing and finished product packaging of whole production process automation production line. Widely used in chemical industry, metallurgy, building materials, food industry, feed processing, etc. This article m

4、ainly revolves the feed mills batching process is studied, including the composition of batching system, batching process, the loading system composition, the basic principle of electronic scale, etc., application of PLC (programmable Logic controller) technology, automatic batching loading system i

5、s designed and proposed mobile hopper said two-speed feeding type zero method weighing control scheme. Use of Siemens companys S7-200 programmable controller can be designed to meet the control requirements of automatic batching loading control system. And by S7-200 simulation software to verify the

6、 effectiveness of the system. Anticipated target of this design is to change the previous way of traditional ingredients system, enhances the working efficiency of the operation personnel, improving the batching accuracy of batching system, improve management level and production efficiency of indus

7、trial system, solve the problem of industrial ingredients loading, so as to realize the optimization of resource configuration, improve the industrial efficiency and economic benefits.Dosing and loading process and precision, the author of this paper to focus on research, concluded that portable two

8、-speed feeding hopper said type zero method weighing control scheme can meet the demand of feed mills in the ingredients. Keywords: automatic batching; load; weigh目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论1课题的来源及现实意义11.1.1 课题的来源11.1.2 现实意义2国内外发展现状及趋势2设计任务与控制要求的确定4设计要求41.3.2 控制要求4第2章 自动配料装车系统概述6配料系统概述6自动配料系统的特点62.1.2自

9、动配料系统组成6配料技术的最新进展72.2 自动配料系统的方案选择7称重方式选择8给料方式选择9生产线结构的选择102.2.4 称重元件的选择102.3 装车系统的概述122.3.1 装车系统的组成122.3.2 装车系统的控制13第3章 自动配料装车控制系统硬件设计143.1 PLC基本单元及相关模块选配143.1.1 PLC的选配143.1.2 PLC扩展模块选取163.2 电子称重系统硬件设计16称重传感器选择163.2.2 称重传感器的连接方式17电子称的工作原理193.2.4 电子称重仪表选择21自动配料装车控制系统的硬件设计223.3.1 自动配料装车系统总体结构223.3.2 自

10、动配料装车系统电气原理图设计22第4章 自动配料装车控制系统的软件设计及验证244.1 电子称参数设定244.2 PLC程序编制244.2.1.PLC I/O点配置表244.2.2.程序流程框图26程序梯形图设计274.3 控制系统的程序验证28配料准备程序验证29配料主程序验证31装车程序验证34第5章 结束语36参考文献37谢 辞39附录1 配料准备程序40附录2 配料主程序42附录3 装车程序46【精品文档】第1章 绪 论课题的来源及现实意义1.1.1 课题的来源自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应

11、用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产配料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。因此减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题1 。基于PLC（可编程逻辑控制器）控制的自动配料装车系统集自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体。配料生产在工业生产中有着非常重要的作用，不但是生产过程中的一个重要环节，更是源头工序，直接关系着下游生产能否顺利进行，决定着产品质量。配料精度的高低和配料速度的大小制约着整个生产过程的质量和产量，而配料生产的自

12、动控制对提高配料生产的质量起着举足轻重的作用。配料自动控制系统有助于实时掌握和了解配料生产工艺流程的运行状况和参数变化，优化生产，保证质量，在降低生产成本的同时提高管理水平，使生产长期稳定地运行，取得最佳效益。同时自动配料车是物流体系中运输和分配最重要的组成部分，它是能自动存储物料的系统，加快运输效率，加快物流。PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点有：专为工业控制设计，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境，抗干扰能力强，可靠性极高；采用易于理解和掌握的梯形图语言，

13、以及面向工业控制的简单指令，编程方便；不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统，使用方便；模块化的系统结构使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既方便又减少了影响生产的时间；维护方便；硬件软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了设计、施工、调试周期；结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，易于实现机电一体化产品2。1.1.2 现实意义自动配料装车系统能够提高运行人员工作效率，提高配料系统的配料精度，提高工业系统管理水平和生产效率，解决工业的配料装

14、车问题，从而实现对资源的优化配置，提高工业效率和经济效益。1.2国内外发展现状及趋势自动配料装车设备广泛应用于建材、冶金、煤炭、电力、化工、轻工等工业生产部门3。配料精度是影响产品质量的关键因素，配料的效率对生产过程起决定性作用。由于在工业生产中，经常遇到多种配比控制情况。在手动状态下，需要根据生产情况计算出各物料的配比，再根据配比分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，从而满足配比的要求。当生产情况发生变化时，需要改变下料量，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。这种人工操作方式计算，操作时间长，且容易出错，给生产带来许多不良因素。老式配料装车设备因为没有计量而存在多装、

15、少装的问题，特别是在运输的过程中不允许车辆超载，多装了，得卸掉，少装了，得进行二次装车，使得装车工作进行非常缓慢。因此提高自动配料系统的效率与配料精度是近年来企业关注的重点。随着当今科学技术的发展，各类物料输送的生产线对自动化程度的要求越来越高，原有的生产配料设备已经远远不能满足当前高度自动化的需要，由于控制系统的发展和革新，使得生产线的运输控制也得到不断的改善和生产效率的不断提高，配料装车控制经历了以下三个阶段：4.手动控制：在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业采用PLC来实现配料装车控制，但是限于当时的技术还不够成熟，只能采用手动控制方式来控制机械设备，而且早期配料装车控制系统多

16、为继电器和控制器所组成的复杂控制系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须要有专人负责操作。.自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格普遍下降，这时的工业控制企业将PLC充分的与计算机相结合，自动化设备最终实现了PLC在配料装车系统的应用。.全自动阶段：现阶段，由于PLC技术向高性能、高速度、大容量发展，大型PLC大多数采用CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量方向发展。将PLC运用到配料装车系统中，可实现配料装车系统的全自动控制，降低了系统的运行费用。PLC控制的自动配料装车系统具有连线简单、控制速度快、精度高、可靠性和维护性好、维修和改造方便

17、等优点。在国内，大多数还是人工管理，智能控制急需普及，国外工程机械产品以电子、信息技术为先导，开发出各种工程机械匹配的软、硬件系统，使工程机械向信息化、智能化前进。国外大多数PLC品牌都有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的相互结合使系统的性能大幅度提高，人机界面更加的友好。通讯技术的发展、现场总线的发展及以太网的发展通讯能力大大增强。在国外的自动配料装车系统中，已经广泛的应用了PLC控制系统，而采用可靠性比较高的FX2N系列或S7-200系列PLC软件控制该系统，实现自动配料装车，满足了系统的可靠性、稳定性、实时性和扩展性的要求。从满足自动配料装车控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考

18、虑，鉴于PLC的诸多优势，结合自动配料装车系统的需要，选择德国西门子公司的S7-200系列可编程序控制器。S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性能价格比的小型可编程控制器，由于它具有控制能力强、体积小、抗干扰能力强等优点而得到广泛的应用51.3设计任务与控制要求的确定1.3.1设计要求使用siemens公司的可编程序控制器S7-200设计满足控制要求的自动配料装车控制系统。并完成：.主电路设计，并画出接线示意图。.分配I/O地址，列出分配表。.设计系统控制的程序框图。.根据程序框图设计该系统的控制梯形图。 .上机调试通过。1.3.2 控制要求本设计针对饲料生产工艺中的自动配料装车系统

19、。.本设计以中小型饲料厂为背景，通过对自动配料装车系统进行分析，了解其工艺流程，列出控制要求，并提出自动配料装车控制系统的设计方案，完成对6种饲料的配比、称量、配料、混料、打包、装车全自动控制。.在了解配料流程和设备的基础上，通过程序的设定和配置，对传送带、电磁阀进行控制，以控制料斗电磁阀门的打开和关闭及物料的传送，并按照控制系统的要求，控制按照不同比例自动配料，来改变配料的工艺要求。.在上述方案基础上，通过自动配料装车流程图统计出设备数目，进而统计所需I/O点的数目，进行PLC选型。.对PLC控制系统的程序设计，并进行系统调试等工作。再进一步优化配料装车系统的设计方案，增加其他配料方法的可行

20、性，多样性，提高配料装车的效率。.对配料精度进行深度分析，提高自动配料系统的效率与配料精度。第2章 自动配料装车系统概述2.1配料系统概述全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品，饲料等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。2自动配料系统的特点(1). 配料现场粉尘大, 环境恶劣。(2). 各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬

21、殊。(3). 配料速度和精度要求高。(4). 配方可能经常变换、调整。(5). 物料可能受环境温度、湿度影响。2自动配料系统组成自动配料系统是对粉粒或液体物料进行称重并按所选配方混合这一工业过程进行实时监控管理的自动化系统,已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食及饲料等行业6。一般的工业自动配料系统由以下几部分组成。(1).给料部分:给料部分是从贮料仓(或储罐)向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性,可以选用不同的给料设备,如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双) 速电磁阀等。(2).称量部分:称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量料斗组成,与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检

22、测。(3).排料设备:排料可以是称重设备(减量法) 或排放设备(增量法、零位法) 。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气) 动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。(4).配料控制系统:配料控制系统由称量仪表、可编程控制器、上位工控机及其它控制器件等组成。(5).校秤系统:配料系统传感器应进行定期调校,以保证系统配料精度。2.1.3配料技术的最新进展目前, 称重配料系统的流程控制几乎全部由可编程控制器(PLC) 来实现, 上位计算机主要用于配方管理、屏幕人机对话和称重资料的存储打印等工作。随着微处理器技术的发展, 配料系统中的称量仪表由最初的专用

23、积木式仪表发展为智能化的工业控制终端以及专门的配料控制器。配料控制器是用来控制一种或多种物料的配制的微电脑系统, 可以完全或部分取代可编程控制器, 实现配料的自动化。称量仪表的功能也由最初的资料显示发展为具有自诊断、自动零位跟踪、置零去皮、预置点输出、动态称重、数据通信等多项功能7。近年来, 随着现场总线技术的推广, 将传统的配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。目前, 许多用于配料的称重仪表已经有了Profibus、Modbus 等现场总线接口,使基于现场总线的配料控制系统成为可能, 基于现场总线的配料控制系统正在迅速推广。2.2 自动配料系统的方案选择某饲料厂生产

24、一种饲料，成分有6种，故有6个贮料仓，每个贮料仓下面对接一个给料机，可根据物料成分的性质自动调节给料的速度。给料机下面是一个装有电子计量秤的称重料斗。 6个贮料仓和称重料斗底部都有一个出料阀门，出料阀门的开闭由电子开关根据配料信号来决定。系统构成的简单示意图如图2.1所示：图 配料系统结构此配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、称重元件的选择等。2.2.1称重方式选择在配料生产过程中, 常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2种。进料式称量有2种实现方法, 第1种方式称为零位法，即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料,在称量值达到设定值时停止给料，然后打开闸门将料

25、卸出,再从零位重新称量下一物料; 第2 种方式称为增量法，即称量料斗接收、称量好一种物料后,不排空料斗,而是只将电子秤内部计数值清零,再接收另一物料显然, 零位法的称量精度比增量法的称量精度高。采用进料式称量, 当给料设备停止给料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗, 这些余料称为落差。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。而在配料生产工业中，因为所配物料均为固体颗粒，给料机放料后，在电子称上直接可以称量其数值。在进料式称量中, 由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净, 从而产生称量误差。卸料式称量是只称量从料斗中取走的物料量

26、并显示其重量,不存在卸料干净与否的问题, 因而该方式特别适合于称量难称的物料, 如易粘附的物料等, 其缺点是设备比较复杂, 需要同时有给料装置和卸料装置,要求车间高度较高,并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值, 从而导致传感器量程增大, 造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。为保证称量速度和称量精度,在进料式称量时一般采用给料设备双速给料的方法,即先快速给料至设定值的90%95%,以保证称量速度,然后慢速给料,以保证称量精度。对于减量法则采取双速卸料,即先快速卸料,到达设定值的90%95%时改为慢速卸料。 本次设计采用双速进料式零位法称量

27、。2.2.2给料方式选择目前, 称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理,双质体在低临界近共振状态下工作, 无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过程中, 物料在料槽中被连续抛起, 并按抛物线轨迹向前作跳跃运动, 因此对料槽的磨损较小。其缺点是安装后调试较复杂, 调整不当会产生噪声且运行不好。与电磁振动给料机相比, 螺旋给料机给料均匀, 受外界影响小, 机械振动小, 运行平稳, 对称量的干扰也小, 可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器, 重量大,效率较低。对于液体物料, 一般采用阀门控制给料量。

28、在本设计中，由于饲料生产工艺的物料为固体，故我们采用螺旋给料机进行给料。2生产线结构的选择在工程中,常用的称重配料生产线一般有以下几种结构:(1).采用固定式单组份料斗秤的结构:每个贮料仓对应1台料斗秤,各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。(2).采用固定式多组份料斗秤的结构:几个贮料仓对应l台料斗秤, 各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后，由集料带或集料小车收集并导入后续工序。(3).采用移动式料斗秤的结构:通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。(4).采用称重带式输送机式的多组份秤的结构:贮料仓的

29、出料机构就是多组份秤的给料机构, 各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。第一种配料精度也高，但由于每一种物料都要一台称量仪表和一套传感器。因此成本较高。本设计采用第三种移动式料斗秤的结构。2.2.4 称重元件的选择.普通电子秤：普通电子秤以自动称量的方式将散状物料按预定的配比进行称量，该秤可控制物料的称量、卸料。当饲料到规定的数值时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执行下一步饲料的送料和秤重，依此类推，直到全部饲料配比完毕。电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命，特别适用于工业现场恶劣环境下高准确

30、度配料的技术要求。称重仪表性能稳定，抗干扰能力强，功耗低、可靠性高，而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能，可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达250KG/M。它的输出信号驱动其微型输出继电器，以开关量的形式将信号送入PLC，它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。.皮带称：皮带称的结构如图2.2所示，皮带秤的工作原理是物料通过给料设备送至配料皮带秤，秤体中的称重传感器和测速传感器将称重和速度信号送至皮带秤仪表，皮带秤仪表显示输送物料的瞬时流量、累计量等数据，同时将瞬时流量以420mA模拟电流形式送往PID调节器，调节器根据测量值与设定值的偏差，通过变频器去调整皮带

31、秤驱动电机的转速，使之精确地以用户设定的给料流量给料，达到恒定物料瞬时流量的目的。适用该工作模式的工艺现场必须满足这样一个前提条件，那就是物料给出量必须与给料控制电机的转速成正比8。图2.2 皮带称结构 皮带秤仪表将测量到的瞬时流量转化为两个420mA模拟输出信号，一个作为PID调节器的反馈输入与调节器机内设定植比较参与反馈运算，另一个作为PID调节器的前馈输入乘前馈放大系数，然后再与反馈运算输出相加输出420mA模拟调节信号控制变频器的频率从而及时改变电机的转速。单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的，如图2.3所示。 图2.3 单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图由于采用

32、普通电子称就能够完成设计，所欲采用普通电子称进行称量。 2.3 装车系统的概述2. 装车系统的组成总体控制要求：如图所示，系统由料斗、传送带、检测系统组成。配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动停止配料。料斗物料不足时停止配料并自动进料。图装车系统结构图L1：红灯L2：绿灯M1：混料打包M2：传送带电机M3：传送带电机2. 装车系统的控制.打开“启动”开关，红灯L1灭，绿灯L2亮，表明允许汽车开进装料。.当汽车开进装车位置时，红灯信号灯L1亮，绿灯L2灭；同时自动配料系统开始配料，配料完成后，M1启动物料开始混料打包经过10s后，再启动M2和M3。物料通过

33、传动带运到车上。.当车装满时，限位开关检测车是否装满，若没有装满则继续传送饲料，若装满10s后，M2和M3停止。同时红灯L1灭，绿灯L2亮，表明汽车可以开走。.关闭“启动”开关，自动配料装车的整个系统停止运行。第3章 自动配料装车控制系统硬件设计3.1 PLC基本单元及相关模块选配3.1.1 PLC的选配本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。(1).S7-200的特征.体积小, 尺寸: 1608062mm由于其紧凑的设计,S7- 200可以适合于任何机器控制

34、环境。.易于使用: 通过STEP7- Micro/Dos软件可以非常方便地为S7- 200编程,而且该软件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用,哪怕是一台286 的微机,要求以上。.灵活多用: S7- 200的输入/输出点可以支持各个领域的设备,如: 光电传感器,驱动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。.PLC的硬件构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU的构成：CPU是PLC

35、的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工

36、作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。S7-200 CPU包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226等型号。在此选择CPU224XP，它带有16K的程序存储器10K的数据存储器，数字量I/O口为14入/10出，模拟量I/O口为2入/1出，扩展模块数量可达到7个模块

37、，内置实时时钟，2个RS485通讯口。I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA

38、,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力限制。电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。.编程软件S7-200的编程软件叫做STEP7-Micro/Dos它基于上的版本。STEP7-Micro/Dos 的

39、编程语言有两种表示方法:指令表和梯形图。.综上所述：由于S7-200系列CPU224XP比CPU224自带模拟量输入与输出端口，所以本设计采用S7-200系列CPU为224XP的PLC。 PLC扩展模块选取据统计本设计共1个模拟量输入，23个数字量输入和26个数字量输出。由于S7-200系列CPU224XP有2个模拟量输入端口1个模拟量输出端口，14个数字量输入和10个数字量输出。所以还需要9个数字量输入端口和16个数字量输出端口，故选择EM223扩展模块（16数字量输入端口和16个数字量输出端口）。3.2 电子称重系统硬件设计称重传感器选择称重传感器是称重、配料系统最重要的元件之一，它把重量

40、信号转换为 mv电压信号由后续设备进一步处理。称重传感器的正确选型和使用，直接影响配料系统的精确性。传感器的具体选型要根据实际应用情况入手，主要从传感器支撑点的数量、量程、精度等级、环境适应性等几个方面进行选择。(1).传感器量程的选择9根据工程经验使用传感器时最好要工作在量程的30%70%，对于一些使用过程中存在较大冲击力的场合（如动态轨道衡、动态汽车衡等）则要选用量程大一些的传感器，一般工作在量程的20%40%内，这样可以增大称重储备量避免超载延长传感器思维使用寿命。(2).精度等级的选择10根据称重仪表行业“通用检定规程”要求：实际分度值 d 是指选用衡器实际称重时相邻两个标尺标记所对应

41、的质量差，实际分度数是指该衡器最大秤重量与实际分度值的比值也就是n=Max/d。检定分度值 e 是在对衡器的分级和检定时用质量单位表示的值。其中检定分度值越小代表该衡器的测量绝对准确度越高。检定分度数 n 是衡器测量的最大重量值与检定分度值的比值即n=Max/e。由此可见秤的准确度等级可以通过检定分度值 e 和检定分度数 n 来确定。精度等级的选择要满足以下两个条件11： .满足后续元件输入的要求。放大器是传感器的直接后续元件，传感器的输出信号必须大于或等于放大器件的输入灵敏度值，灵敏度的选择关系到系统是否能正常工作。 .满足整体设计准确度要求。传感器准确度选择时应使传感器的准确度略高于理论计

42、算值，因为理论往往受到客观条件的限制，例如工作环境比较恶劣等因素都影响到测量的准确度。(3).环境适应性选择用于称重系统中的传感器，一般都要长期工作在各种复杂的环境中，经受温度、湿度、粉尘、腐蚀等考验，故必须对传感器选型（注意工作温度范围、选择适当的密封形式、选择适当的材质、选择防爆类型等）做出合理的选择。 称重传感器的连接方式目前除特殊用途外，90%以上采用电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器的工作原理。通常四片电阻应变片分别粘在传感器的上下面上连成惠斯登电桥，电气原理图如图 所示。 图 电阻应变片连接图如图(a)中所示，-为传感器测量电阻的应变片依次顺序连接成一环形。有压力作用在电阻

43、应变片的弹性梁时，弹性梁产生正比于外加压力的形变。此粘贴在梁上、下平面上的电阻应变片跟随弹性梁产生形变。即电桥上桥臂上、阻值增加 、阻值减小电桥不再平衡，A、B 端有正比于被测压力值的电压输出。通常情况下，为激励电源，电桥输出电压 用、表示为：(3.1) 由公式可以看出，当四个桥臂电阻达到某一关系时，电桥输出 为零此时成为电桥平衡。满足： (3.2)只要桥臂电阻选的合适，就能消除电桥的偏移输出，使 UO电压只跟传感器应变片的电阻变化有关。又知在每个桥臂电阻变化远小于本身值时（即），桥路负载电阻非常大时可视为开路，电压 可以近似为： (3.3)(1).在只有两臂（如、）接入应变片即半桥工作方式。

44、、所在的桥路为固定电阻，没有电阻变化，假设工作时有一增量 ，当为拉伸应变时，为正。此时为压缩应变，为负即假设初始时时则输出： (3.4)(2).若采用四臂差动电桥 . (3.5)由此可见，全桥电路可以大大提高测量的灵敏度。电子称的工作原理 在这里选用电子秤，其工作原理如：秤重物品经由装在机构上的重量传感器，将重力转换为电压或电流的模拟讯号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字讯号，数字讯号由中央处理器(CPU)运算处理，而周边所须要的功能及各种接口电路也和CPU连接应用，最后由显示屏幕以数字方式显示12。 电子秤的工作原理图电子秤的主要组成组件：131.称重传感器 2.放大器电路 3.滤

45、波器电路 4.模拟数字转换器 5.中央处理器 6.电源供应电路 7.按键 8.外壳 9.机构 10.秤盘电子秤的功能特点：.电子秤数字温度自动补偿技术。采用一个三积分A/D转换器，对重量、温度、电池电压三测量，对传感器的温度零漂，温度满量程漂移，分二十个区间，线性化全自动软件补偿，硬件成本增加极少，使电子计价秤、计重秤达到国际标准。.电子秤多机总线联网（无须接口板），一台PC机可遥控几十台电子秤键盘操作和各种数据采集。.电子秤的通讯技术，电子秤多CPU单总线双向数据通讯。打开进口的条码电子秤，线束数百根，而三积分条码电子秤各模块间只用一根线通讯。.电子秤函数型线性补偿技术。检测两个加载点，达到

46、十个加载点补偿的效果，全自动解方程计算曲线参数，轻轻松松达到高精度线性补偿的目的。.电子秤抗干扰、高精度称重滤波技术，将普通的一台电子秤读数稳定度提高五倍以上。.模块化部件设计，加快电子秤的开发速度和产品的系列化，A/D模块三种，低阻抗、高阻抗、带CPU模块，数字化CPU模块多种，现推出一种高性能CPU模块：53*29mm，内置实时时钟、RS232、RS485、DA、4MFLASH、多路I/O、单总线通讯、在线可编程模块。目标只用一块CPU模块解决所有称重问题。 电子称重仪表选择称重显示仪表通过采集称重传感器的电压值信号并转换为物料重量来对物料称重，能够智能的控制贮料仓阀门的开闭并实现相应物料

47、重量的称重。16整个过程中配料表可以与上位机进行数据通信，通过上位机监控软件的设置可以远程控制仪表完成配料过程。 TD-901 型称重配料仪表是一种多用途的仪表，速度快、精度高、稳定性强。它拥有的许多特殊性能，很适合生产过程恶劣的工业环境。TD-901 型称重配料仪表主技术参数配料仪表。(1).电源：AC220V 20% 50HZ 功率10w(2).模拟量输入范围：电压 020 mV(3).采样速度：200 次/S 量程范围：10012000kg(4).工作环境相对湿度：90%（无凝结）(5).工作环境温度：555主要功能(1).称重功能：可配合各种电阻应变式称重传感器使用也使用与扩散硅压力传

48、感器。(2).配料功能：可实现 8 种不同类型物料分时顺序累加连续配料过程，使用时可设置自动快加料和慢加料不同控制方式。(3).通讯功能：支持标准RS232和RS485通讯方式（通过内部跳线进行切换）、MODBUS RTU 协议、自定义协议，可方便的与上位机、PLC 或触摸屏等系统进行通信。(4).其他功能：秤空载时自动零位跟踪、欠量自动补偿、过量自动扣秤。具有数据采集与处理、参数修改、保存、校零等通用功能。3.3自动配料装车控制系统的硬件设计3.3.1 自动配料装车系统总体结构 程序由上位机下载到PLC内，PLC开始工作，当接收到传感器信号、称量模拟信号或限位开关信号后，经过程序运行后，其相

49、应的继电器线圈得电，带动喂料机、电磁阀、传送带电机、混料机、打包机运动，实现各种不同的功能，从而达到自动配料装车系统的正常运行。其系统总体结构图如图3.3所示。3.3.2 自动配料装车系统电气原理图设计为配料系统控制电路原理图。电源输入为380V交流电源，在各断路器闭合后，接触器KM1用于连锁自动运行控制，用来控制贮料仓1进料阀门。其余各5个贮料仓阀门、双速喂料机、混料机、打包机、卸料机、皮带输送机等与贮料仓1进料阀门电路原理基本相同。配料系统控制电路原理图自动配料装车系统电气原理图如附图所示。第4章 自动配料装车控制系统的软件设计及验证4.1 电子称参数设定电子秤参数设定(1).最高输入灵敏

50、度：0.8vd。(2).零点信号范围：-112mV。(3).A/D分辨率：1/ 6 万。(4).量程信号范围：030mV。(5).A/D转换速率：2030次 / 秒。(6).供桥电压：12V。(7).工作电压：220V。(8).适用温度：040。(9).消耗功率：15W。(10).保险管： 1A。(11).重量单位：kg4.2 PLC程序编制 PLC要实现的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料装置的启停、各物料下料量的速度控制、各物料混料打包以及装车的过程。根据本设计的要求，先列出I/O点配置表，然后设计出程序流程图以及PLC梯形图。4.2.1.PLC I/O点配置表本设计共1个模拟量输入，2

51、3个数字量输入和26个数字量输出。系统的PLC输入输出配置表如表4.1所示。表4.1 系统PLC输入输出配置表输入端子输入装置输出端子输出装置启动1贮料仓进料停止2贮料仓进料急停（全部停止）3贮料仓进料车到位信号4贮料仓进料1贮料仓（低位）5贮料仓进料1贮料仓（高位）6贮料仓进料2贮料仓（低位）Q0.61号喂料机快速喂料2贮料仓（高位）1号喂料机慢速喂料3贮料仓（低位）2号喂料机快速喂料3贮料仓（高位）2号喂料机慢速喂料4贮料仓（低位）Q3号喂料机快速喂料4贮料仓（高位）3号喂料机慢速喂料5贮料仓（低位）4号喂料机快速喂料5贮料仓（高位）4号喂料机慢速喂料6贮料仓（低位）5号喂料机快速喂料I6

52、贮料仓（高位）5号喂料机慢速喂料I1号限位开关6号喂料机快速喂料I2.32号限位开关6号喂料机慢速喂料I3号限位开关电子称卸料I4号限位开关混料机I5号限位开关打包机I6号限位开关电子称（正向）移动I车装满信号电子称（反向）移动AIW0模拟量称重输入皮带传送电机皮带传送电机绿灯信号4.2.2.程序流程框图 当系统启动后，系统先进行初始化，然后输入6种饲料的配方数据。系统识别后，开始进料。当每个贮料仓内的料装满后，开始检测车是否到位，若到位，则系统开始配料。 配料过程，可移动式电子称先移到贮料仓1下面，开始配料，配料过程采用双速进料式零位法称量。当第1种料达到设定值后，电子称向后移动，进行余下5

53、种料配料。依此类推，直到完成配料。 配料结束后，开始混料打包装车。车装满后，开始等待下一辆车。若在此期间，贮料仓内的料到达下限，则系统先进料再配料。 自动配料装车系统的程序流程图如图4.1所示。 自动配料装车程序流程框图LC程序梯形图设计如图4.2所示为自动配料装车的系统启动、停止程序。I0.0为启动按钮，I0.1为停止按钮，I0.2为急停按钮。图4.2系统启动、停止程序图4.3所示为模拟信号标准化。AIW0为称量信号，VD10为称量转换后的重量。自动配料装车系统程序梯形图详见附录1、2、3。4.3 控制系统的程序验证主控系统仿真的主要检验所编写PLC的程序是否能在正常运行，PLC的各个输出是

54、否正常，是否符合设计的要求，以及各种指示是否正常。首先打开S7-200的专用仿真软件，配置CPU型号为224XP、扩展模块为EM223，将STEP7编译好的梯形图导出为AWL文件。再把AWL文件装载到仿真软件中即可。配料准备程序验证如图所示装载awl文件后的界面，下面来验证配料准备程序。图装载awl程序后界面按I0.0,启动按钮，系统开始工作，如图所示图4.5系统启动当贮料仓1检测到低位信号，则I0.3亮，贮料仓1开始进料，相应的Q0.0亮。如图所示。图4.6贮料仓1进料当贮料仓2检测到低位信号，则亮，贮料仓2开始进料，相应的亮。如图所示。图4.7贮料仓2进料同理，其他贮料仓也是同样的进料方法。当贮料仓满料后高位信号亮，此时进料程序关闭。当6个贮料仓满料并且检测到车到位时满足配料条件M1.7。如图所示。图4.8配料条件配料主程序验证。如图所示。图4.9配料主程序界面首先，把移动式电子称移到第一个贮料仓下面，若不在则Q3.4亮，电子称反向移动。如图所示。图电子称反向移动