开题报告-基于PLC的自动配料系统设计

PAGE5PAGE7毕业设计开题报告设计题目:基于PLC的自动配料系统设计院系名称:机电工程学院专业班级:机械设计制造及其自动化08-14班学生姓名:导师姓名:开题时间:2012年3月12日指导委员会指导委员会审查意见：签字：年月日1课题研究的目的和意义1.1设计目的全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，冶金、建材、化工及食品等行业应用非常广泛。近几年来随着计算机、网络、数据库和PLC等相关技术的飞速发展和完善，自动配料系统控制方案也在不断改进。由于PLC的迅猛发展，实现了工业控制领域的飞跃，其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。PLC正在成为自动配料系统领域的主流控制设备，可以用于各种规模的控制场合，并发挥着越来越大的作用。除了逻辑处理功能以外，近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC从逻辑控制渗透到了生产过程控制、运动控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。许多行业的产品，成份配置要求较高。制药业就是其一，为确保药剂产品的安全生产。配料是一道关键工序，配方成份不得疏漏、重复，每一成份的含量不得超差。这一要求如何实现，是摆在药品生产企业面前的重要课题。本文以配药为例，使用自动控制配料机，通过PLC编程实现药品配方原料成份识别、料斗自动旋转、制动和成份称重后的自动倒料过程。这种控制方法既能避免配药失误，又提高了称量精度，其较低的价格也适合现在市场的需求。1.2设计意义自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中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。自动配料控制系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量，也大大减轻了岗位工人的劳动强度，提高了生产效率带来可观的经济效益，推动国民经济的发展。PLC的应用极大地提高了产品的质量和生产效率，在整个配料行业也具有广阔的应用前景。配料系统在诸多行业的工业生产过程中占据有及其重要的地位，配料工序的合理性、稳定性、准确性以及快速性直接影响到以后各生产环节的顺利进行。在配料过程中，环境温度、湿度的变化会引起物料的粘度、比重、粒度发生变化，严重影响下料精度。然而，配料工艺对每种物料的下料速度和精度要求严格，对系统的配料速度和精度要求也较高。因此，作为一套完整的自动配料系统应该完成各种工艺条件的准确配料。混合料的制备质量是影响产品质量的一个重要因素，随着企业的技术进步，对配料的质量要求越来越高，配料系统不仅要具有完备的控制功能，还要具备一定的管理功能。因此，更加迫切地要求进一步自动配料系统。本文本着提高制药业的生产水平、提高制药企业的素质，通过PLC编程控制配料机，而使制药设备标准化、规范化、自动化从而达到精确配料的效果。2文献综述自动配料系统是当今工业发展中的重要环节，它的发展对工业生产起着重要作用。而PLC的应用极大地推动了自动配料系统的准确性和高效性。PLC的定义有许多种，国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.1国内外研究现状配料工序是药品生产过程中非常重要的环节，它主要包括成份的抓取和称量。这看起来可能很平常，却是至关重要的。如果这个环节在生产过程中出了错，无论接下来的情况怎样，整批产品都可能被报废或者重新生产。而实际上，在大多时候，称重一配药的误差是在发生了之后才发现，到那时你就只能浪费一批药品了。目前大多药品公司主要精力集中于应用先进的控制技术来提高他们生产过程。各种各样的混料、搅拌、成型、包装设备应有尽有，但在配药—称重环节，却被忽视。多数企业仍采用传统的人工取料和称重法，效率低、精度差，且很容易因人为失误造成某一成份的重复或疏漏现象。目前一些制药厂采用简单机械操作，也同样难以达到药品成份高精度的要求。目前国内有配料、称重、打包于一体的设备，其特点是集多道工序于一体，节省空间、降低成本，但不适于配方成分较多的情况。七十年代至八十年代中期，我国首钢、鞍钢、武钢等能够第一批烧结厂采用了自动配料设备，实践证明自动配料比传统配料有明显的优点：提高了配料精度，稳定了配料比，改善了产品的质量；节约了固体燃料；由于自动配料使产品性能改善，从而使产品质量更高；减轻了工人的劳动强度。在激烈的市场竞争中，要求生产企业有更高的生产率和更低的生产成本，质量优良的原料、燃料和先进可靠的设备是实现这一目标不可缺少的先决条件，而建立高性能、稳定可靠的配料控制系统，对配料过程实施有效的控制，是工业生产的必然趋势。2.2发展趋势近年来，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。在自动化软件赖以普及发展的诸多因素中，有技术层面的，也有商业层面的，但制造业的需求是决定性的。制造业的发展，带来了对自动化软件需求的提升，也决定了自动化软件将由过去单纯的组态监控功能，向着更高和更广的层面发展。1、开放性技术自动化软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将自动化软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具，这就要求自动化软件大量采用“标准化技术”，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM等，这样使得自动化软件演变成软件平台，在软件功能不能满足用户特殊需要时，用户可以根据自己的需要进行二次开发。比如组态王6.0中提供了4个开发工具包，就是使用户可以进行二次开发。自动化软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连。

2、构造全厂信息平台ERP是国内炙手可热的话题，但目前的ERP主要应用在商业企业的财务、销售、物流等方面。在国内外的企业生产中，还没有多少企业能够将生产信息和ERP系统整合到一起，使生产效率和市场效益最大化，也就是说在工业现场和ERP之间存在着鸿沟，如何使实时历史数据能够进入企业信息管理系统，是现代信息工厂迫在眉睫的需求。随着大型数据库技术的日益成熟，全球主要的自动化厂商已发展了相关平台，使自动化软件向着生产制造和管理的信息系统的方向发展。自动化软件已经成为构造全厂信息平台的承上启下的重要组成部分。3、无线的人机界面解决方案数字终端已具备越来越强的功能和智能化，像现在可以看到的预装了Win

CE的PDA，具备非常好的图形能力。蓝牙技术发展迅速，据专家预测，其未来的传输距离可达100m，另外，以XML为基础的WML语言标准已经建立。这些技术的发展为无线的人机界面解决方案提供了先决条件。和其他技术相比，无线的人机界面能够以更低的费用，更快的连接、更容易地获取重要的生产信息，像紧急报警、重要事件、生产过程中的重要参数等等。4、以客户为导向的软件设计如何站在客户的角度来设计软件是所有自动化软件厂商都应面对的挑战，自动化软件涉及从控制、人机界面到生产管理的多个层次，相应存在着多个模块，比如亚控目前有组态王和软逻辑两大产品模块，保持不同模块的一致性，能有效地减少用户学习的时间。相同的数据结构也便于产品在企业内集成。这种一致性不仅表现在外观和感受上，还表现在兼容性、平台、编程工具、数据访问、控制引擎、E-Business等诸多方面。例如西门子的WinCC和编程软件STEP7使用了相同的数据结构，这使得用户只需将系统中的数据点定义一次。3基本内容、拟解决的主要问题3.1基本内容1、配料系统的总体设计及控制方案；2、设计自动配料工艺流程；3、PLC选型及I/O分配；4、PLC控制程序的编写。3.2拟解决的主要问题1、实现配料和校称两个工作状态；2、完成10种原料的混合；3、实现原料识别、称量；4、避免传统配料中出现的配错和配量不准的问题。4技术路线或研究方法综上，实施本设计方案实现精度较高、价格较低、且能保证质量安全的自动控制配料机以满足中小企业需求。该设备通过PC机、可编程控制器及条码识别仪实现对药品配方的识别、显示以及各种原料所需数量的显示，利用电子天平精确称量，同时通过其他的辅助装置保证配方原料药取料的不重复、不疏漏和取量的精确，然后由自动倒料装置实现自动倒料，这样既减少人员的工作量，更重要的是完全避免了人为失误。该设备可以很好地适合我国国情，满足制药行业的新生产要求。另外，该设备也适用于其他配料精度要求较高的企业(如轮胎制造业)，有较好的市场前景。自动控制部分：原料桶转盘、集料桶转盘的启动与制动。原料的识别、开盖、封盖，称量、倒料、校称等，均由控制系统完成。研究方法：选取自动控制方案；设计自动配料机的工艺流程；控制要求实现的过程；PLC选型及I/O分配；PLC控制程序的编写，上机调试通过。5进度安排2012.2.27-2012.3.20查阅文献，收集资料，撰写开题报告；2012.3.21-2012.4.3确定控制方案，绘制控制框图；2012.4.4-2012.4.24设计电气控制原理图；2012.4.25-2012.5.15PLC选型及I/O分配；2012.5.16-2012.6.5PLC程序编制与调试；2012.6.6-2012.6.15撰写设计说明书，整理资料，准备答辩。6参考文献[1]高安邦.机电一体化系统设计实例精解[M].北京:机械工业出版社，2008[2]皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社，2000[3]常宏杰，张永弟，岳彦芳等.炼钢自动配料设备控制系统设计[J].机床与液压，2010（2）[4]王文林.陶瓷自动配料柔性开发系统的软件设计[J].工程设计学报，2006，(6)[5]何瑞，贾磊.基于PLC控制的自动配料系统研究与应用[J].微计算机信息，2007，(10)[6]杨丽娜．配料控制器的研究与开发：[硕士学位论文].长安：长安大学，2003姜万录，张淑清．自动配料系统的数字称重显示器的研制．东北重型机械学院学报，1995[7]廖常初．FX系列PLC编程及应用．北京：机械工业出版社，2004[8]李树雄．可编程序控制器原理及应用教程．北京：北京航空航天大学出版社，2003[9]莫正康，电力电子应用技术．北京：机械工业出版社，2005[10]李树雄．可编程序控制器原理及应用教程．北京：北京航空航天大学出版社，2003[11]郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术．南京：东南大学出版社，2003[12]吕景泉．可编程控制器技术教程．北京：高等教育出版社，2001[13]王成.工程生产自动化[M].北京：科学出版社，2003[14]唐艺菁.微机配料控制系统的设计与开发[D].成都四川大学，2003[15]张进秋，陈用利，张中民．可编程控制器原理及应用实例．北京：机械工业出版社，2003[16]S.Wendong,D.Bettinger,SinterPlantAutomationonaNewLe