基于plc搅拌机控制系统的设计 精品.docx

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基于PLC搅拌机控制系统的设计

摘要

随着我国十二五规划的进一步推进，国家对各项基础设施投资力度的进一步加大，市场对优质刨花板的需求将进一步提高。

为此，如何提供优质、廉价、性能可靠、节能环保、维护方便的刨花板生产设备，已成了设备厂商急需解决的问题。

本文应用了西门子S7-300系列PLC完成该系统刨花拌胶、搅拌控制。

搅拌机控制系统的刨花由螺旋给料机供给，压力传感器检测刨花量。

胶由胶泵抽给，电磁流量计检测胶流量；刨花和胶按一定的比例送到搅拌机内搅拌，然后将混合料供给下一道工序蒸压成型。

要求刨花量和胶流量恒定，并有一定的比例关系。

双轴搅拌机采用双轴对向搅拌，搅拌机的喷胶器使胶呈雾状喷射到刨花中。

该系统配备的混胶器可以使固化剂与胶在其中混合，而不是把固化剂加到调胶罐中。

本系统具有搅拌均匀、施胶量低等功能。

调胶系统采用PLC集中控制，PLC根据各部传感器得到刨花的重量、含水率，来调整施胶量的固体含量。

使施胶后的刨花含水率控制在理想的状态上。

这样的优点是在生产线临时停机时，可以避免胶的浪费。

因此，为企业及国家节省了大量的资金和生产原料。

关键词：

PLC；PID；S7-300；变频器

TheDesignOftheMixer

ControlSystemBasedonPLC

ABSTRACT

Asthe12thfive-yearplanisfurtheron,thestategoesonincreasingtheinfrastructureinvestment,andthemarketwillneedthemorehigh-classparticleboard.Sohowtoprovidecheap,reliableperformance,energysavingandeasymaintenanceparticleboardproductionequipmentneedstoberesolved.SiemensPLCapplicationseriess7-300seriesistocompletethesystemcontrol.PC.Mixercontrolsystembytwo-stagespiralfeedersuppliespressuresensordetectionprocesses,quantity.Bygluepumpstoglue,gluewithelectromagneticflowmetertestflow;Particleandgluetoatacertainratetostirthemixer,andthenwillmixingsupplyaprocessunderautoclavetoshape.Paringquantityandplasticflow,andacertainconstantrelationshipofscale.Dualaxlemixerusedformixing,blendertofurtherthesprayadhesiveglueisanhazysprayintotheparticle.Therubbermixingsystemequippedwiththemachinecanmakecuringagentandtherubberinthemixof,ratherthanthecuringagentaddedtothegluetank.Thissystemhasastirwell,gluelowquantityfunction.AdjustablegluesystemUSESPLCcentralizedcontrol,PLCaccordingtogettheweightofeachsensorpre-press,moisturecontent,toadjusttheamountofgluesolidcontent.Makeglueofmoisturecontentinpre-pressaftercontrolidealstate.Suchadvantagesinproductionlineistemporary,canavoidgluewhenstopwaste.Therefore,theenterpriseandgovernmenttosavealotofmoneyanrawmaterial.

keywords：

PLC；PID；S7-300；FrequencyConverter

1绪论

刨花板又叫微粒板、蔗渣板，由木材或其他木质纤维素材料制成的碎料，施加胶粘剂后在热力和压力作用下胶合成的人造板。

又称碎料板。

主要用于家具和建筑工业及火车、汽车车厢制造。

刨花板是将木材加工剩余物、小径木、木屑等物切削成一定规格的碎片，经过干燥，拌以胶料，硬化剂、防水剂等，在一定的温度、压力下压制成而成的。

定向刨花板是刨花板新品种之一，刨花铺装成型时，将搅拌刨花板按其纤维方向纵行排列，从而压制成的刨花板。

这种刨花板的形状要求长宽比较大，而厚度比普通刨花板的刨花略厚。

定向铺将的方法有机械定向和静电定向。

前者适用于大刨花定向铺装，后者适用于细小刨花定向铺装。

定向刨花板表面覆以锯末、碎屑等细料，芯部充以定向刨花的结构板材。

该板为五层结构：

上下两表层细料，中间两层纵向定向刨花，芯层横向定向刨花。

板坯可在连续式多头成型机上一次铺装。

可作板式家具的承载构件（侧主板、搁板等）。

由于定向刨花板在某一方向具有较高强度的特点，可以按照胶合板的构成原理，使定向的表层刨花与定向的芯层刨花互相垂直交错，形成三层以至五层结构定向刨花板。

其性能与胶合板相似，常代替胶合板做结构材使用。

这是一种新型结构板，在充分利用小径材、速生材，提高木材利用率等方面，有其广阔的前景[1]。

随着科学技术的迅速发展，工业生产对自动化程度的要求越来越高，对工业控制的方便性，高效性及准确性提出了更高的要求。

随动系统是生产过程中重要的控制环节，所谓的随动系统是指当某参数量的变化规律为无法预先确定的时间函数时，其被控量能够以一定的精度跟随参量变化的控制系统，它在化工、冶金、轻工等行业的控制系统中广泛存在。

PC或PLC即可编程序控制器，是在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备，具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，被广泛应用于自动化控制的各个领域，并成为实现工业自动化的支柱产品。

近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多的采用PC控制系统取代传统的继电器、接触器控制系统。

国产化的小型PC性能也基本达到同类国外产品的技术指标。

目前PC已广泛用于冶金、化工、轻工、电力、建筑、交通、运输等各个行业。

随着PLC功能模块及控制指令的完善，在随动控制系统中替代了常规的继电器件及仪表控制，使随动系统更加准确，灵活，且故障率低，因此以PLC为核心的随动系统到了越来越广泛的应用。

工剩余物、小径木、木屑等切削成一定规格的碎片，经过干燥、拌以胶料、硬化剂、防水剂，在一定的温度下压制而成的一种人造板材。

论文在简单介绍PLC的基础上，通过分析控制系统的要求，采用了PLC的功能模块，设计了以PLC为核心的随动控制系统，系统的控制均采用可编程序控制器实现。

本文所设计的系统的PLC控制的搅拌机控制系统[2]。

本文设计的是双轴拌胶机的拌胶控制系统，采用双轴对向搅拌，拌胶机的喷胶器使胶呈雾状喷射到刨花中。

该系统配备的混交器可以是固化剂与胶在其中混合，而不是把固化剂添加到调胶罐中。

调胶系统采用微机集中控制，微机根据各部传感器得到刨花的重量、含水率，来调整施胶量的固体含量。

使施胶后的刨花含水率控制在理想状态上。

普通刨花板的强度没有同规格的胶合板强度高，但制造胶合板所使用的原木质量要求较高，并且木材利用率较低。

因此，在刨花板生产中开辟了一个新的分支，这就是采用特殊的加工工艺，用细径劣质材制造出具有定向结构的高强度新型刨花板，即定向刨花板。

定向刨花板（OrientedStrandBoard,缩写OSB）是20世纪70年代在欧美发展起来的一种新型木质人造板材，它以小径材、间伐材、木芯等为原料，通过专用设备加工成长40mm—100mm、宽5mm—20mm、厚0.3mm—0.7mm的长条刨花，再经干燥、施胶、铺装、热压成型的一种人造板。

定向刨花板在我国生产和销售约有十年时间，但发展速度比较缓慢，而在欧洲、北美、韩国、日本等地发展迅速，具有较大的市场。

OSB的生产工艺过程为：

小径木运入工厂→贮存于楞场→圆筒式剥皮机→金属探测→冲洗→刨片→湿刨花料仓→气流式圆筒干燥机→圆纲筛选机→面层和芯层干料仓→定量秤→滚筒式搅拌机→定向铺装线→（截断）→检测→热压→（截断）→（锯边）→冷却→（砂光）→检验→包装入库。

定向刨花板的特点：

1、原料来源广，价格低

定向刨花板的原料主要为软质针叶材、阔叶材的小径木、抚育间伐材等，如桉树、杉木、杨木间伐材等，来源广泛，价格一般在每立方米250-350元。

在天然林资源日益匮乏、大径材减少的情况下，人造板的原料将逐渐转向依靠人工速生林以及对小径材的充分利用，定向刨花板符合这种趋势。

2、产品性能优良

定向刨花板保持了木材纵向强度大、尺寸稳定性高的天然优越性，同时克服了木材的某些先天不足，如幅面小、有节疤缺陷等。

定向结构刨花板线膨胀系数小，稳定性好，握钉力较高，纵向抗弯强度比横向抗弯强度高得多，可用作结构材料。

3、产品用途广泛

从加工性能、加工质量、使用寿命、经济效益等方面衡量，定向结构刨花板是家具制造、室内装修的理想材料；在车船制造等方面，定向刨花板也能得到很好的使用，可用于车厢壁板、地板、隔板等；定向刨花板还可用于包装板、音箱、箱包的内衬板、工艺品等[3]。

2搅拌机控制系统的技术概述

2.1PLC的技术概述

2.1.1可编程控制器

可编程控制器简称PC（英文全称：

ProgrammableController），是计算机家族中的一员。

于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。

它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：

ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。

为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。

1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

它具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。

但对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，而且易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。

随着科学技术的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。

因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。

国际电工委员会（IEC）在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

2.1.2PLC的结构

1、中央处理单元（CPU）

PLC的CPU与通用微机的CPU一样，是PLC的核心部分，它按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。

以上这些都是在CPU的控制下完成的。

PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。

2、存储器

存储器（简称内存），用来存储数据或程序。

它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。

PLC配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。

系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使用EPROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用RAM，若程序不经常修改，也可写入到EPROM中；存储器的容量以字节为单位。

系统程序存储器的内容不能由用户直接存取。

因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。

3、PLC电源

PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。

无论是小型的PLC，还是中、大型的PLC其电源的性能都是一样的，均能对PLC内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。

一般交流电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。

4、输入/输出（I/O）模块

I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。

PLC提供了各种操作电平和输出驱动能力的I/O模块供用户选用。

I/O模块要求具有抗干扰性能，并与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。

5、编程器

编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。

它经过接口与CPU联系，完成人机对话。

编程器分简易型和智能型两种。

简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与PLC连接。

智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离PLC插到现场控制站的相应接口进行编程。

智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。

图3.1PLC结构图

2.1.3PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强

　　PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

2、硬件配套齐全，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，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

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。

4、系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

　　PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

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

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备[4]。

2.1.4PLC的基本功能

1、逻辑控制功能

逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是PLC的最基本功能之一。

PLC设置有“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等逻辑指令，利用这些指令，根据外部现场（开关、按扭或其他传感器）的状态，按照指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、电机等）。

2、定时控制功能

定时控制功能是PLC的最基本的功能之一。

PLC中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。

3、计数控制功能

计数控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC为用户提供了许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号（计数值到），利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。

4、数据处理功能

PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。

5、回路控制功能

有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。

6、监控功能

PLC设置了较强的监控功能。

利用编程器或监视器，操作人员可对PLC有关部分的运行状态进行监视。

利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。

7、停电记忆功能

PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。

利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。

PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。

8、故障诊断功能

PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。

PLC的故障自诊断功能，大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。

2.1.5PLC软件系统

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合。

它包括系统程序和用户程序。

1、系统程序

系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等。

监控程序又称为管理程序，主要用于管理全机。

编译程序用来把程序语言翻译成机器语言。

诊断程序用来诊断机器故障。

系统程序由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接存取，故也不需要用户干预。

2、用户程序

用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。

用户程序由用户用编程器键入到PLC内存。

小型PLC的用户程序比较简单，不需要分段，而是顺序编制的。

大中型PLC的用户程序很长，也比较复杂，为使用户程序编制简单清晰，可按功能结构或使用目的将用户程序划分成各个程序模块。

按模块结构组成的用户程序，每个模块用来解决一个确定的技术功能，能使很长的程序编制得易于理解，还使得程序的调试和修改变得很容易。

2.1.6PLC的发展趋势

由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向如下：

1、产品规模向大、小两个方向发展

大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2、PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。

3、不断加强通讯功能。

4、新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5、编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化，有各种简单或复杂的编程器及软件，用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。

6、发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7、追求软硬件的标准化。

2.2变频器简介

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

2.3西门子S7-300软件概述

2.3.1西门子S7-300系列PLC的一般特性

S7-300由多种模块部件组成，各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。

S7-300有各种不同性能档次的CPU可供使用。

S7-300的指令集包含350多条指令，包括了位指令，比较指令，定时指令，计数指令，整点和浮点数运算指令等。

S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。

1、可靠性高，抗干扰能力强

　　继电.接触器控制系统使用大量的机械触点，连接线路比较繁杂，且触点通断时有可能产生电弧和机械磨损，影响其寿命，可靠性差。

PLC中采用现代大规模集成电路，比机械触点继电器的可靠性要高。

在硬件和软件设计中都采用了先进技术以提高可靠性和抗干扰能力。

比如，用软件代替传统继电.接触器控制系统中的中间继电器和时间继电器，只剩下少量的I／O硬件，将触点因接触不良造成的故障大大减小，提高了可靠性；所有矾）接口电路都采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路进行电气隔离；增加自诊断、纠错等功能，使其在恶劣工业生产现场的可靠性、抗干扰能力提高了。

　2、灵活性好，扩展性强

　　继电-接触器控制系统由继电器等低压电器采用硬件接线实现，连接线路比较繁杂，而且每个继电器的触点数目有限，当控制系统功能改变时，需改变线路的连接，所以继电.接触器控制系统的灵活性、扩展性差；而由PLC构成的控制系统，只需在PLC的端子上接入相应的控制线即可，减少了接线，当控制系统功能改变时，有时只需编程器在线或离线修改程序，就能实现其控制要求。

PLC内部有现成大量的编程元件，能进行逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能，若元件不够时，只需加上相应的扩