论文基于PLC的物料搅拌系统设计Word文档下载推荐.docx
《论文基于PLC的物料搅拌系统设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文基于PLC的物料搅拌系统设计Word文档下载推荐.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2014年4月22日-2014年5月05日：
完成方案设计，系统设计等。
2014年5月06日-2014年5月19日：
初步确定电路图，检查硬件设计是否有问题，并绘制有关电路图。
2014年5月20日-2014年5月26日：
全面完成电路绘制以及实物制作。
2014年5月27日-2014年6月09日：
完善各部分设计，调试作品。
2014年6月10日-2014年6月15日：
开始整理毕业设计论文，准备毕业答辩。
系主任签字
日期
教研室主任签字
指导教师签字
指导教师评语
指导教师:
年月日
青岛理工大学毕业设计评阅意见表
设计题目
LED旋转显示屏
评价项目
评价标准（A级）
满分
评分
A
B
C
D
E
文献资料利用能力
能独立地利用多种方式查阅中外文献；
能正确翻译外文资料；
能正确有效地利用各种规范、设计手册等。
10
9
8
7
≤6
综合运用能力
研究方案设计合理；
设计方法科学；
技术线路先进可行；
理论分析和计算正确；
动手能力强；
能独立完成设计；
能综合运用所学知识发现和解决实际问题；
研究结果客观真实。
20
19－20
17－18
15－16
13－14
≤12
设计质量
设计结构严谨；
逻辑性强；
语言文字表准确流畅；
格式、图、表规范；
有一定的学术水平或实际价值
40
37-40
32-36
28-31
25-27
≤24
创新能力
有较强的创新意识；
所做工作有较大突破；
设计有独到见解
15
13-14
11-12
≤9
工作量
工作量饱满；
圆满完成了任务书所规定的各项任务。
总分
是否同意将该设计提交答辩：
是（）否（）
具体评阅及修改意见：
评阅人：
年月日
注：
1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中；
2.计算出总分。
若总分<
60分，“设计质量”<
24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。
该设计须限期修改合格后重新申请答辩。
3.评阅意见栏不够可另附页。
答辩委员会评语
评
定
成
绩
周记
说明书
图纸
答辩
总评
答辩委员会主席签字
日期
（5%）
（65%）
（30%）
百分制
等级制
摘要
本文介绍的物料搅拌系统以PLC作为控制核心，结合变频器等完成物料搅拌的自动控制系统，能够较好的满足搅拌系统的要求。
本设计运用了变频电机M1，恒速电机M2，液位传感器，搅拌电机M3，皮带秤等主要器件，以PLC为控制核心，选用了西门子公司的S7-200系列机PLC，西门子生产的变频器MM440，ZDSN型电子式电动双调节阀，SS.45-HSP-100型静压式液位变送器，ICS-ST4型电子皮带称，还有断路器，熔断器，热继电器等多种电路保护元件，运用PLC编程语言，以及人机界面控制面板，用PLC的S7_200的仿真软件进行仿真，实现了对不同的物料按预先设定的程序进行混合搅拌的功能。
关键词：
可编程控制器PLC；
变频器；
电动调节阀；
物料搅拌系统；
PID控制；
电动调节阀
ABSTRACT
Withthedevelopmentofmodernindustrialtechnology,materialmixingtechnologyhasbeenrapiddevelopment,itiswidelyusedandthechemicaltechnologyandproduction,butintheapplication,thetraditionalmaterialmixingprocessalsoexistsseriousproblemsandcapacityconstraints。
ComputertechnologyasthecoreofPLCinthegeneralautomaticcontrolequipment,itisakindofprogramtochangecontrolfunctionofthecomputer.Asmicroprocessors,computerandcommunicationtechnology,therapiddevelopmentofPLCprogrammablecontrollerhaswidelyappliedinindustrialcontrol,andtheproportionoftherapidrisein.PLCmainlyconsistsofCPUmodule,inputandoutputmoduleandprogrammingmoduledevice.Itisappliedinindustry,mixingequipmentmixingprocessrealizedautomationcontrol,andimprovedthestability,agitateequipmentworkforthemixingmachinesmoothly,orderly,accurateworkingcreatespowerfulguarantee.Inthispaper,thematerialmixingsystemwithPLCascontrolcore,combinedwithfrequencyconverter,etcmaterialstirringoftheautomaticcontrolsystem.
Keywords:
PLCprogrammablecontroller；
frequencyconverter；
materialmixingsystem；
PIDcontrol;
Electriccontrolvalve
绪论
搅拌作为工艺过程的基础操作单元，广泛应用于石油、化工、医药、食品、油漆、涂料等许多行业。
但是，由于这些行业中所用到的材料，多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,以致于现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作，另外生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠、工作效率高等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。
基于PLC可靠性高、抗干扰能力强、系统的设计和建造工作量小、维护方便、容易改造的特点，设计以PLC作为控制核心，结合变频器等完成物料搅拌的自动控制系统。
作为一种面向工业生产应用型技术，PLC与CAD/CAM、NC技术并成为现代工业的三大支柱技术。
PLC专为在工业现场设计，采用可编程的存储器，用以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指令，并通过数字或模拟的I/O接口控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微处理器技术与传统的继电接触技术相结合的产物，他克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗低、通用性和灵活性比较差等缺点，充分利用了微处理器的优点；
本次设计采用PLC也是充分考虑了PLC的优越性，以及他在工业控制环境中的优异表现。
第1章物料设备现状
1.1传统的物料混合设备的控制存在的问题
鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，物料混合技术在上世纪60到80年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。
长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。
这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力,而且设计周期很长。
据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为10—100亿美元。
因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。
而对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。
这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。
在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。
这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的搅拌。
由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。
1.2物料设备的发展趋势用PLC来代替传统物料混合设备控制
近代化学工业中，流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘度流体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。
它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特性，所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。
对高粘度流体，特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。
聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。
随着科学技术的发展。
设备有大型化发展的趋势，也需求搅拌设备大型化。
如国外聚合釜的容积已由最初的8～40m3扩大到60～100m3，最火的已达到140m3。
采用大型聚台釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。
随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展。
而且采用底部搅拌的方式越采越多，多用三叶后掠式搅拌器。
三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。
因它排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达5～10次，能促使釜内反应均匀一致。
搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气-液系和液-液系进行混合。
例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合；
在石油精制中，也采用使液体流过设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。
还有在管道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。
可见，科学技术的发展带动了搅拌应用面的扩大。
搅拌技术的发展又使得搅拌设备大型化。
为了提高搅拌的全自动化和稳定性能，就需要一个功能更强、性能更好的系统做支持。
在本设计中我将引入PLC来实现其搅拌控制功能。
1.3引入PLC来实现其物料混合设备的控制功能
本设计基于采用可编程序控制器（PLC）的设计方案，实现对物料混合搅拌的控制。
根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型的顺序控制问题。
这样就可以先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图画梯形图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。
第2章总体方案设计
2.1总体方案论证
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：
继电器控制系统、
单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。
1、继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。
继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。
系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。
2、单片机控制
单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。
其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。
但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
3、工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。
但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。
且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。
4、可编程序控制器控制
可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可编程控制器（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。
随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。
现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。
由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。
故选择PLC来实施本次设计。
PLC的基本功能：
（1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（3）闭环过程控制
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，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（4）数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（5）通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2.2系统方案的设计思想
1、可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采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
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5、体积小，重量轻，能耗低
6、硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强
2.3系统设计
系统原理图如图2.1所示
图2.1系统原理图
1、固体物料A的给料控制方式与计量
（1）物料A的给料量控制
物料A是一种固体状物料，在给料时要求给料控制设备能够根据用料量的大小来实时调节。
给料电机要求通过变频调速实时改变喂料量的大小。
变频调速原理：
变频器的原理是将固定的交流电变成频率连续可调的三相交流电。
通常电机的同步转速表示n0=60f/p为：
式中n0为旋转磁场转速，通常称为同步转速
f为电流频率；
p为旋转磁场的磁极对数。
当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调。
又电动机的转子转速也是连续可调的。
变频器就是通过改变电流的频率来使电动机调速的。
（2）、物料A的计量方式
采用压力传感器组成的电子皮带秤的计量方式进行物料A的计量。
电子皮带秤是一种连续输送松散物料进行自动称量的专用仪器，在我国各行各业得到了广泛的应用。
当皮带输送物料时，称重段上的物料重量通过皮带称量拖辊载台作用于称重传感器，称重传感器将重量装换成电信号，送入运算器。
运算器将两个电信号进行积分运算，从而得出物料重量累计值并显示。
运算器的计算方法一般有积分法和累加法两种数学模式。
（3）、给料与计量的配合控制
当物料A下落到电子皮带秤上时，通过给电子皮带秤上的压力传感器确定一个物料量数值，然后通过物料下落到电子皮带秤上秤得的数据与给定数值进行比较得到一个给料信号，然后将这个给料信号传送到PLC的A/D模拟量模块中，通过PLC的D/A模拟量模块来给给料电机上的变频器一个控制信号，通过这个控制信号来调节电机的转速，从而控制物料A的给了的大小。
最后由电子皮带秤将物料A输送到搅拌器中。
2、液体进料量的控制方式与计量
（1）物料B的给定量控制
物料B是一种液体状物料（如水），在给料时要求给料控制设备能够根据用料量的多少实时地调节。
对于调节阀要求其可以通过调节阀开度的大小，以改变物料B给予的多少。
利用电动调节阀来控制液体给量的装置。
由检测流量的传感器将检测到的流量变化信号，经交流电桥转换成交流电信号，再经过检波、比较、调零、PI放大后，成为一个线性的液位信号。
此信号与流量给定信号、阀位反馈信号进行比较，经比例运算后输出一个三位电信号（开—停—关），控制调节阀上的执行器。
（2）物料B的计量
常用的液体物料的计量方式有以下几种：
电磁流量计、计量泵、涡街流量计。
鉴于电磁流量计的众多优点，本设计采用电磁流量计作为物料B的计量方式。
（3）给料与计量的配合控制
打开电磁阀，原料B开始进料到搅拌机中，其料量的多少通过电磁流量计中的流量传感器来测量。
在测量时通过给流量计传感器一个给定值（给定值由物料A和物料B的比例来定）和测量值进行比较，将比较结果传输到PLC的A/D模拟量模块中去，再通过PLC的D/A模拟量模块将控制信号传到电动调节阀中，通过控制信号来控制电动调节阀的开度，从而达到控制物料B的进量大小。
3、混合设备的控制
搅拌装置中的混合装置是通过一个恒速的三相M3来带动。
物料A和物料B通过这一装置达到混合均匀。
4、控制方案
（1）工艺流程的分析
a.首先根据混合物料A和物料B的比例给电子皮带秤中的秤重传感器和电磁流量计一个给料信号。
b.接通各个电气设备电源后，电气设备开始工作，其中搅拌电机一直带动搅拌器工作。
c.物料A输送到变频调速电机M1所带动的传送带上。
通过M1带动的传送带把物料A送到带有称重传感器的电子皮带秤上，然后由带有恒速电机的电子皮带秤将物料A输送到搅拌器中去。
e.变频调速电机M1的转速大小由电子皮带秤所带的秤重传感器所反馈的4—20mA电流信号通过PLC中的A/D和D/A模块把反馈信号送到变频器中去，通过这一反馈信号让变频器来调节M1电机的转速，已达到调节物料A的给料量的目的。
f.在输送物料A的同时打开电磁阀，物料B开始向搅拌器中输送。
g.通过电磁流量计带有的流量传感器与给定值比较向PLC反馈一个4-20mA的电流信号，通过PLC中的A/D和D/A模块把信号传送到电动调节阀中，通过这一信号控制调节电动调节阀的开度，以达到调节物料B进料大小的目的。
h.将物料A和物料B输送到搅拌器中后对其进行搅拌。
（2）控制流程
控制过程电气设备的启动顺序为:
首先启动搅拌电机M3；
然后打开电磁阀，接通物料A的输送电机M1、电子皮带秤、电动调节阀、电磁流量计及PLC电源。
通过电子皮带秤和电磁流量计的反馈信号实时地调节M1电机和电动调节阀，以控制物料A和物料B的输送量。
第3章硬件设计
3.1硬件系统构成原理
根据系统设计思想，可以构建如图3.1所示
升级会员 