基于PLC的自动送料系统的设计毕业论文.docx
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基于PLC的自动送料系统的设计毕业论文
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摘要:
本系统，主要是以可编程逻辑控制为核心，三菱变频器来运转运料电机，将全部的控制系统的动作流程，得以通过可编程逻辑控制器进行操控，经过PLC的输入端截取送料系统中各个电机的运行情况，之后通过PLC的输出信号掌握各个电机的运行活动，达到电机逻辑顺序控制的目的。
为了改善过去传统的继电器接触器控制模式的不易操作的特质，在该系统中掺入人机界面，操作人员可以通过触摸屏来达到人机操作，监控窗口可以用来实时监控到整个高炉送料系统的整体运行情况。
关键词:
可编程逻辑控制器；变频器；人机界面
DesignofautomaticfeedingsystembasedonPLC
Abstract:
Thesystemusesprogrammablelogiccontrolasthecontrolcenter,theMITSUBISHIinvertdrivesthetransportationmotor,andcontrolstheactionflowofthewholecontrolsystemthroughtheprogrammablelogiccontroller,andcollectstherunningstateofeachmotorinthefeedingsystemthroughtheinputofPLC,andthencontrolsthetransportationofeachmotorthroughtheoutputsignalofthePLC.Actionisdonetorealizethelogicsequencecontrolofthemotor.Atthesametime,inordertoimprovethedifficultoperationofthetraditionalrelaycontactcontrolmode,theoperatorcandirecttheman-machineoperationonthetouchscreenbyaddingtheman-machineinterfaceinthissystem.Theoperationofthewholeblastfurnacefeedingsystemismonitoredinrealtimethroughthemonitoringwindow,andthefeedingsystemismonitoredaccordingtothereal-timealarmwindow.Theabnormalalarmisconvenientforpersonneltocontrolmaintenance.
keyword:
Programmablelogiccontroller;frequencyconverter,;human-machineinterface;
第1章引言
1.1自动送料系统的作用与意义
目前，我国有许多大型或特大型高炉。
这些高炉是工业生产中最重要和最主要的设备。
中国是一个制造业大国，钢铁产量逐年位居世界第一。
因此，高炉作为大型的核心设备，需要良好的运行能力。
高炉装料系统一直是高炉炼钢的重要环节。
这是为了保证高炉原料的连续供应和整个炼钢企业的良好运行。
因此，我国高炉物料运输控制系统十分严格。
在我国大型或特大型高炉设备中，半自动或人工物料运输已完全不能满足实际生产需要，因此，自动、稳定、准确、高效的控制方式是高炉自动上料的唯一选择。
自动上料系统是我国许多金属冶炼行业的关键组成部分。
效率和精度控制室冶炼行业的质量要求。
自动上料系统包括卡车自动上料系统和炉顶布料系统。
投料车的自动投料过程必须高效、准确。
炉内需要多少料，此时物料的输送速度是保证冶炼生产和质量的关键。
只有将自动进料量与炉内所需量相平衡，才能实现最佳匹配。
高炉布料是高炉冶炼合理布料的重要工序之一。
高炉喉部炉料的合理分配是高炉炉料分配的重要运行环节。
我们称之为“上调节器”。
通常，在冶炼过程中，炉内原料分批装入高炉喉部。
根据经验，计算出矿石与碳的比例，然后通过布料设备将其均匀地旋转到喉道中。
在整个过程中，煤在高炉内产生气体，气体上升并通过炉料。
此时，炉料开始加热、还原、熔渣和熔化。
在这种结构下，最低炉料先完成冶炼，然后向上炉料呈层状分布结构。
炉料的均匀分布对整个煤气的生产有着至关重要的影响。
当炉内煤分布不均匀时，炉内温度不均匀，炉内矿石不能完全熔化，影响整个系统的效率。
针对传统自动送料系统存在的诸多问题，引入可编程控制器和变频器系统对系统进行升级改造。
通过可编程控制器控制自动送料各环节的顺序功能，合理调节各传统电机的送料规律。
同时，通过变频器控制给料电机的转速，实现高炉给料系统的组合。
理性和科学性。
自动供料系统的环境非常恶劣，对员工的健康有害。
因此，系统增加了人机界面。
操作人员可以通过几十米甚至几百米远的触摸屏上的按钮实时操作整个高炉给料系统。
同时，整个自动上料系统的运行可由HMI监控，HMI是防喷器。
机器突然发生故障，我们可以立即发现机器故障并尽快处理。
由于我们的自动控制系统，自动上料可以大大提高生产效率，因为工人较少，所以将大大节省人工成本。
1.2自动送料系统的传统控制方式
我国早期的自动供料控制系统通常采用接触器、继电器等控制器。
首先，这种控制方式具有复杂的电路、互锁和连锁电路以及复杂的布线。
因此，一旦发生故障，维护就非常耗时、费力和低效。
其次，传统的自动送料系统多为手动控制方式，不能达到高效率、高精度，不利于企业的自动化生产。
接触器和继电器控制是目前我国许多控制行业最常见的控制方式之一。
低价格、低成本受到许多企业的欢迎。
但对于整个系统来说，接触器和继电器控制电路曾经是巨大的，占用了太多的体积，因此有必要配置大型柜来放置这些部件。
此外，在继电器的实际使用中，由于常开和常闭点的反复吸合和断开，接触器的触点容易产生电弧。
一旦在周围环境中遇到易燃易爆气体，就会引起火灾和爆炸。
在工作过程中频繁吸收接触器和继电器也会引起噪声和能耗，从而增加成本。
接触器与继电器的接线采用一根导线连接，手工接线、调试、安装等都要花费大量的时间，给日常维护带来很多麻烦。
1.3自动送料系统PLC控制方式
随着电子技术的更新，许多智能产品的核心技术将嵌入电子控制芯片中。
可编程控制器作为制造业中最重要的控制器，是为实现自动控制操作而生产的一种逻辑控制器。
它是传统接触器、继电器、时间继电器等模块集成的产物。
该系统的核心部件是可编程控制器（PLC），它是高炉控制系统的核心。
由于该控制器是可编程逻辑控制器，可以改善传统接触器和继电器控制方式的缺点和不足，提高整个系统的效率和精度。
为了节省电能，控制传动电机的平稳传动，系统中增加了变频调速系统。
电机的变频控制通过变频器的控制来实现，传动电机的转速可以快速切换。
该系统采用可编程逻辑控制器控制各部件的动作逻辑控制，具有定时、计数、逻辑计算和数据处理等功能。
为了实现良好的可视化操作画面，方便操作，系统增加了人机界面，实现了一系列的实时监控和报警，都是为了一个目的，即方便员工监控系统，或修复故障。
与其它接触器相比，PLC具有明显的优势：
（1）PLC的输入输出端子很少，减少了传统的接线步骤，维护方便。
（2）PLC具有功能可靠性高、接触器控制逻辑不复杂、自身保护功能、状态报警提示、停电恢复功能。
（3）由于PLC的逻辑功能简单，在使用过程中易于操作，不同于其它接触器逻辑电路，其操作步骤复杂，而且易于学习。
（4）从可编程逻辑控制器的演变可以得出这样的结论：
可编程逻辑控制器的出现是由于工业的发展，过去的技术不能满足生产的需要，但同时，考虑到工业的发展必须适应工业发展的原则，所以可编程逻辑控制器在编程和操作上必须适应工业发展的原则。
通过简化编程语言，使每个接触PLC的人都能尽快实现人性化。
适应学习如何操作和编程。
（5）PLC在硬件功能上也采用了许多简单、成熟、可靠的技术。
其内部部件的工艺或性能指标采用最先进的技术制造。
（6）在研究PLC的应用时，传统上采用编程器输入信号，而编程器为PLC提供相关信息。
但一般来说，如果是一个较大的PLC，编码器会使用CRT来显示，所以当我们重新进入程序时，我们可以看到我们编写的程序，这有利于及时修改。
更改后的信息也将显示在CRT上。
（7）PLC在运行维护过程中具有不可比拟的优势。
它不仅能在系统故障时报警和显示，而且能显示出具体的输入输出端是问题所在。
因此，越来越多的工厂和企业使用PLC作为控制理由。
第2章控制系统设计总方案
2.1炼铁工艺过程概述
根据研究，冶金工业最重要的环节是高炉炼铁生产。
高炉冶炼，通俗地说，是将采出的矿石还原成金属的生产过程。
考虑到如何将其还原成金属物质，我们采用焦炭和熔剂作为还原剂，按规定的自动投料比将铁矿石、还原剂等固体熔合，然后分批装入高炉，等待反应，喉部料位高度较大，使还原气在高炉内反应。
e放电时完全放电。
焦炭、矿石等原料可形成交替层状结构。
还原剂在矿石下落时起反应，但反应产生的铁和渣将从收集箱中回收，以便我们定期从出口排出废物。
其生产工艺如图2-1所示。
图2-1炼铁生产工艺流程
2.2自动送料设备及工艺简介
自动送料系统是炼铁主要组成部分,图2-2为自动送料系统示意图。
图2-2自动送料系统示意图
注：
1自动送料仓2电振机3振动筛4称量斗5主皮带机6粉矿皮带机7碎焦皮带机8中间仓9料车10小钟11大钟12布料器13均压阀14左右探尺
本课题所研究的自动送料系统主要分为自动送料部分和自动送料部分两部分，由送货车进行划分。
自动上料是高炉运行的重要环节之一，是保证高炉质量的关键环节，也是高炉冶炼产量的条件之一。
在自动送料中，一系列物料按一定比例配料。
高炉冶炼过程中，自动上料是高炉冶炼过程中必不可少的条件之一。
只有在这些不同的含铁原料及其燃料配比合理的情况下，才能保证最终生产的金属达到最佳状态。
在设计系统中，涉及到以下自动给料仓。
共有7个自动上料筒仓，包括2个焦炭筒仓、1个杂物筒仓、1个熔化筒仓和3个矿石筒仓。
但在我的系统中，主要使用以下两个仓库：
焦炭筒仓和矿石筒仓。
在自动进料系统中，我们还有五个振动筛和五个振动筛。
振动筛和振动筛分别由一台电机驱动。
七个重量为1.3m的称重漏斗用于检测物料量（空或满）的状态。
如果称重漏斗检测到较少的材料，振动筛和振动筛将开始工作。
同时，振动器和振动器将开始工作。
筒仓也应开始切割，然后在计量器检测到材料已满时停止切割。
这是为了确保切割量基本固定。
下面是如何按比例控制它。
我选择异步电机来控制皮带轮的速度，这样我就可以控制材料的比例。
稍后将介绍异步电机的选择，此处不再讨论。
系统自动运行时，称重斗的开/关由PLC程序控制，触摸屏上的按钮用于手动自动投料。
自动送料系统是系统的主要组成部分，自动送料系统的介绍不多。
本系统自动上料系统主要由上料车、输送带、布料器、大小钟、均压阀、左右探头等设备组成。
具体设备详见下文。
根据实际生产步骤，可分为两个系统，一个是汽车自动上料系统，另一个是炉顶分配系统。
汽车自动上料系统主要完成汽车将生产所需的物料从中间仓运至炉顶。
炉顶配料系统是整个高炉冶炼过程中最重要的环节。
本系统所指的配料为焦炭和矿石，炉顶配料系统是将配料均匀分布在高炉喉部。
通常，我们称高炉布料行为为“上调”。
正常情况下，高炉炉料通过输送带分批送入高炉喉部。
传统的控制方法是先确定矿石与焦炭的比例，再组成合成材料，再通过分配设备和旋转设备的双时钟将合成材料装入炉内。
高炉设备是一个倒置反应器。
焦炭产生的气体通过炉子的下部向上输送，然后通过分配层。
此时炉料与煤气充分接触，完成加热、还原等冶炼过程。
在高炉冶炼过程中，由于炉料自上而下移动，炉料温度逐渐升高，炉料保持这一层分布，直到炉料完全熔化。
当炉料分布不均时，过多的焦炭会堆积，导致产气量过大，导致局部温度升高，对整个冶炼过程有一定的影响，导致熔炼不均匀。
因此，高炉炉料分布对煤气的生产和熔化效率具有重要意义。
当炉料分布均匀时，不仅可使冶炼效率提高一倍，而且可提高高炉的使用寿命。
高炉布料的基本动作顺序如下：
首先由卷扬机将卡车送至炉顶等待，然后将自动进料倒入小料斗。
因为大钟和小钟是严格连锁的，它们不能自然地一起工作。
如果大料钟漏斗的物料没有满，那么小料钟就开始工作。
当物料进入大钟斗时，一批物料满后发出信号。
然后大钟就开始工作了。
分配器工作后，自动进料均匀均匀地倒入炉内。
同时打开料钟和均压阀，以均衡料钟斗和炉子的压力。
左探头和右探头用于监测熔炉中的材料量。
只有当进料器信号达到控制要求时，才能打开料钟。
本系统中通过工艺流程的控制因此确定PLC的I/O分配如表2-3所示
表2-3PLC的I/O详细分配点
名称
地址编号
名称
地址编号
探尺
X00
布料器脉冲
Y00
大钟开启到位
X01
布料器方向
Y01
大钟关到位
X02
均压阀
Y02
小钟开启到位
X03
大钟开
Y03
小钟关到位
X04
大钟关
Y04
小车上行到位
X05
小车上行
Y05
小车运料到位
X06
小车下行
Y06
小车原点
X07
中间仓开
Y07
中间仓开到位
X10
中间仓关
Y10
中间仓关到位
X11
小钟开
Y11
大钟开限位
X12
小钟关
Y12
大钟关限位
X13
过载报警
Y13
中间仓开限位
X14
缺料显示
Y14
重甲仓关限位
X15
小钟开限位
X16
小钟关限位
X17
晓铃按钮
X20
自动/手动
X21
小车变频器过载
X22
布料电机过载
X23
大钟过载
X24
小钟过载
X25
中间仓过载
X26
急停信号
X27
2.3操作方式
自动送料系统的我将他们分为以下三种操作方式：
（1）点动操作
点动操作，按照通俗的话来讲，就是按下按钮便可，操作人员按下下一步按钮，系统会产生相应的动作一次，那么这种方式有什么用呢？
例如，我们新买的机器必须进行调试。
您不能使用自动模式，因此您首先只能使用单击模式。
此外，一旦设备出现故障，还需要使用点移动，便于发现设备的问题。
当问题解决后，我们将采用两种方式。
（2）半自动操作
我们把机器控制分解为自动送料和卸料两部分，我们让系统执行一部分，便是自动送料或卸料。
（3）全自动操作
如果炉内缺料，我们将控制操作台，按下按钮，实现自动上料、开门及上下小车的全自动控制过程。
通过计算机，可以逐步实现生产过程的自动控制过程。
这是我们使用的自动控制装置。
2.4控制方式
采用继电器、电子线路顺序控制、可编程逻辑控制器（PLC）等设计自动送料系统的控制方式。
作为自动送料系统的控制方式。
（1）继电器、接触器控制
中国工业起步较晚，高炉给料等大型设备一般采用继电器和接触器控制方式。
这种控制方式在自动控制原理上可以理解为开环控制。
在实际控制过程中，通过行程开关进行开关控制。
在逻辑控制过程中，采用了电路逻辑控制方式，误差较大，维护是关键。
故障，发现一个错误可以找到一天，这严重影响了实际的生产效率。
（2）电子电路顺序控制
电子电路的顺序控制是微电子控制的一部分。
他们使用集成电路来控制继电器。
电子线路顺序控制成本低、体积小，但由于外部环境和电磁干扰，不适合高炉给料系统。
（3）可编程控制器控制
可编程控制器简称PLC，是通用公司为应用于汽车制造业而开发的。
因此，PLC在实际使用过程中完全满足工业环境的要求。
PLC通过软件对硬件进行控制，软件维护方便，通用硬件不差，软件易于修改，因为它是由计算机软件控制的，具有可靠性高的特点。
近年来，越来越多的工厂选择PLC，因为PLC具有很强的可靠性和抗干扰性，这也是由于其软件控制硬件，所以我也会选择可编程控制器来完成毕业设计的自动送料工程。
程序中采用PLC编程、数字时间继电器和中间继电器可替代虚拟时间继电器和虚拟中间继电器，大大节省了元件的使用。
在逻辑输出端，可控制24伏直流或220伏交流，可灵活控制各种元件。
2.5设计概述
我国是一个冶炼大国，在宝钢、鞍钢等许多地方都会有一些高炉设备。
这些炼钢厂的高炉设备基本上代表了我国整个高炉设备的使用。
我国高炉设备早期的控制方式基本上是继电控制。
这种控制方式会带来很多麻烦。
控制系统非常复杂，联锁和联锁，因此直接导致更多的接线。
一旦发生故障，需要很长时间才能修复。
所以我们尽量不选择继电器控制方式。
随着科学技术的发展和电子技术的革命，越来越多的可编程逻辑控制器（PLC）被用作自动化控制中心。
与传统的继电控制方法相比，该控制方法效率高、稳定可靠、不可替代。
我认为这应该是自动送料系统的最优控制方法。
高炉生产需要较高的可靠性，由于自动上料环境相对较差，物料和水中杂质较多，容易发生故障或运行平稳，高炉传动系统不能长时间悬空，必须迅速找出问题的原因，解决问题。
他很快就出问题，继续生产。
本系统的自动工作模式要求对整个运行状态进行实时监控，并在系统出现故障时显示故障原因，维修人员协助解决问题。
在本系统中，操作模式分为自动模式和手动模式。
在手动模式下，每个电机的单独控制可以单独控制，便于调试和操作。
在系统的自动运行中，一旦设备发生故障或物流不畅，就可以将自动上料系统切换到手动模式。
当我们排除故障并解决时，我们可以切换到自动生产模式并工作。
第3章控制系统硬件设计
3.1可编程逻辑控制器
3.1.1PLC的简介与工作原理
PLC是一种可以编程和修改的存储器。
存储过程主要用于其内部存储过程，可以实现逻辑和顺序操作，可以作为定时和算术操作指令，然后通过数字输入输出终端模块或模拟输入输出来控制各种大规模的机械生产。
现在，我国提出了从制造大国向制造强国转变的口号。
我国大力发展工业，使PLC在各个工业领域都能显示出自己的形象。
20世纪60年代，汽车工业迅速发展。
当时的生产水平和生产效率不能满足当时的生产需要。
1968年，美国通用汽车公司（GM）对此进行了公开招标，要求生产线满足以下要求：
3.1.2PLC的选型及其系统组成部分
日本三菱的FX系列PLC虽然小型的PLC但已经达到中型PLC的各项技术性能指标，所以当此系列进入工业生产时，从它的性能和价格来说也是最优的，内部端子排做的也是比较优质的，而且配有超级详细的说明书。
从上个世纪90年代到现在为止，三菱FX系列PLC占有很高的地位。
本次系统使用三菱FX2N作为控制中心模块，既满足使用要求，而且节约的成本，下面是三菱PLCFX2N的特点：
（1）可靠性高以及抗干扰能力都是其他不可比拟的。
大家都知道工业现场的生产环境啊！
都是比较不尽人意的，举个例子有一些大的用电设备，必然产生较大的电磁波，所以就有一些电子器件来说很容易受到外界环境的电磁干扰。
为了减少PLC在实际工厂环境中所受到的干扰影响，PLC从两个方向对自身进行加强抗干扰改进，首先在PLC硬件方面上采用大规模集成电路，并且在输入输出口设置信号调节电路并采用隔离、屏蔽、滤波等方法进行抗干扰和防抖动。
在PLC内部软件上主要采用数字滤波等技术进行抗干扰措施以及可以自动报警检修设置，通过采用以上软硬件的方法提高PLC在实际工作过程中的抗干扰性，使得PLC在正常的工作时间可以达到几万小时，因此PLC的可靠性很高。
（2）控制系统结构相对简单，他们的通用性也是比较强
在某些时候，我们考虑的比较少，所以总是会在使用PLC中输入输出点不够用，那么在实际的工作中PLC的输入输出不够使用那我们怎么办呢？
，其实这时候用PLC就是一个不错的选则了，PLC上面有一个扩展模块，这时我们就可以使用外接的扩展模块，扩展模块与系统进行扩展连接。
而且PLC的通用性很强，无论是220Ⅴ的交流电还24V直流电都可以驱动PLC工作。
（3）编程方法，易于使用
PLC未被研究出来的时期，人们使用的是继电器。
继电器占地面积大、接线繁杂、维修困难、寿命短而且成本高。
因此PLC的问世得到了世人的欢迎。
我们可以这样认为，PLC是对继电器的升级版，继电器的控制系统是纯电路的逻辑控制，如果你要是懂得一般继电器的输入输出表示的符号，那么你就能明白PLC的编程。
在这里面也是有很多技巧的。
因为他是用梯形图编写程序也是相对简单的，通常编程的时候可以大体对控制电路进行梳理，然后通过控制电路进行编程，所以PLC学起来不是很难，只要理解就能学会，很适合现代人学习。
（4）功能强大，成本低
PLC的生产成本低于传统的继电器生产成本，因为PLC的出现很受自动化行业的欢迎，因为PLC自带优势无论是控制系统中批量控制和单机控制，甚至是非常复杂的逻辑控制，PLC都可以完美的胜任。
在我们从外表看来PLC很小，不起眼，就是那么小的方块，可是在它的内部有高速运算和存储数据的运算器和存储器。
信息量是很强大的。
PLC和传统的微型计算机有一定的区别，PLC进行工作的扫描方式，用的是循环扫描，循环扫描顾名思义就是重复执行扫描任务，PLC扫描有三个阶段:
输入采样、程序执行与输出刷新。
综上所述三个阶段，我们就认为是PLC的一个扫描周期，在工作运行期间，PLC的中央处理单元会高速扫描循环以上的三个阶段。
3.2变频器选型
1.根据本系统的要求，本系统采用通用型三菱变频器。
变频器选型如表3-1所示。
表3-1变频器参数设置
变频器名称
型号
个数
三菱变频器
三菱FR-D740
1个
其通用变频器的端子接线图，如图3-2所示，电机控制选用三菱FR-D740，如3-3所示，变频器的选型目标如下：
（1）转换技术将降低人工成本的同时，劳动密集型产业的生产，提高产品质量的要求，在民用领域，可以大大提高和改善生活质量的现实问题。
（2）以节省能源和减少成本。
中国改革开放以来，中国的许多商品化的逆变器，其中最著名的BJT和控制规则的两个发展阶段。
（3）的扩展能力，通过晶体管PWM逆变器应用广泛，其容量在400kVA升级到在当今社会opgradering.i变频器，变频器IGBT逆变器市场的领导者。
（4），结构紧凑，人们携带和使用、调试方便，在逆变器电路已升级模块，用于现代微电子技术先进，不仅如此，它将功率逆变桥、检测电路，以及一系列的包装，都认为一个可以实现F一体保护。
（5）多功能和智能传感器，现在越来越多的功能，这是非常聪明的，即使是同一个模拟操作和监控。
图3-2三菱FR-D740各部分名称
图3-3端子接线图
2.在本系统中核心元器件，是PLC、触摸屏、变频器三大类，变频器的调速参数如何设置关系到整个系统的使用，因此设置正确的参数很重要，在变频器主界面首先按一下MODE,直到出现P--显示，然后用手旋转旋钮，直到出现以下表格所出现的P参数，然后按下SET,此时显示器会出现闪烁，表示设置成功。
在本系统的设置过程中，首先设置P79参数为3，设置完成以后我们再，依次设置其它参数。
我们将设计如下参数，变频器参数设置如表3-4所示。
表3-4变频器参数设置
功能
参数
名称
单位
初始值
范围
内容
额定电压
P83
电机额定电压
0.1V
400V
0~1000V
设定电机额定电压（V）
保护电流
P9
电机过电流保护
0.01Hz
50Hz
10~120Hz
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