基于PLC和组态网的配料系统设计

毕业实习报告实习单位: 河南理工大学电气学院实习时间：2012年2月20日至 3月14日学院(系): 电气工程与自动化学院专业: 电气工程及其自动化学生姓名: 汪东申学号: 3108080105222012年 3 月 14日河南理工大学电气学院毕业实习报告——基于ＰＬＣ的配料系统设计一、实习目的与任务1.理论联系实际，应用和巩固所学知识；2.让毕业生走出校门，面向社会，开阔视野，提高眼界，深入设计及生产一线进行实践；3.通过实习实践，让毕业生能够在现实氛围中找到自身差距，在弥补自身不足的同时强化进入社会前的适应能力，使毕业生信心十足的面对就业；4.通过实习，让毕业生对国内外现状做一个比较完整的了解，对毕业后的去向又一个清醒的认识和明确定位。

二、实习单位河南理工大学电气工程与自动化学院实验室三、实习内容自2012年2月20日到3月14日，在指导老师张宏伟老师带领下，我们一行人集中在电气学院实验室进行参观学习，并由张老师详细讲解了基于ＰＬＣ和监控组态软件的玻璃配料系统设计的相关知识，整理记录如下：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。

玻璃工业在我国产业中是一个重要的行业，并在我国的经济建设中起着非常重要的作用。

改革开放以来，随着我国经济的快速发展，玻璃配料行业也得到了长足的发展。

特别是20世纪80年代后期，我国玻璃出现了第一次发展高峰，以年增长35％的速度飞速发展，远远高于当时我国经济发展10％的增长速度，玻璃工业的发展异常引人注卧13J。

近年来，玻璃生产行业的竞争日趋激烈。

因此，稳定并提高产品质量、产量和增强竞争力成为玻璃生产发展的主要目标。

而基于这个目标开发的适用于玻璃生产的称重配料系统必须具有高速度、高性能、高精度、高可靠性和稳定性等特点，以适应现代化生产的要求。

在玻璃生产及其它工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。

在手动控制状态下，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，来满足配比的要求。

当生产情况发生变化，需要改变下料量时，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，给生产带来不良因素。

随着计算机技术和控制技术的发展，以可编程序控制器(PLC)为基础的集散控制系统己成为当今玻璃生产线控制系统的主流，并日趋成熟。

同时随着网络化、信息化技术向自动化领域的渗透，使得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革，这种变革也必将对玻璃自动化产生重大影响。

而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。

并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。

四、实习设计过程1.玻璃配料工艺分析玻璃配料就是根据所要生产玻璃的工艺性能指标对玻璃的各种原料如石英砂、长石、纯碱、白云石、石灰石、预混料等进行科学的配比，经过各自称量系统精确称量后，通过集料皮带送至混合机混合，然后由原熔皮带机将混合料送至玻璃熔窑窑头熔炼的过程。

这套工艺方法被称为浮法工艺。

我国玻璃生产领域几经技术改造，称量工艺基本上从原来的增量法转变为减量法，作为减量法的玻璃配料工艺流程如图1所示。

图1 减量法玻璃配料工艺流程图2、玻璃配料系统的组成设计一套完整的玻璃配料控制系统一般由储料部分、给料系统、称重系统、混合和输送系统和中心控制及通信系统组成。

其中给料系统、称重系统和中心控制及通信系统组成了玻璃配料控制系统。

3、称重系统设计在玻璃配料过程中，玻璃原料的称量普遍由电子秤称量系统来完成。

称重传感器技术是电子称重技术的重要基础，同时称重传感器是电子衡器和电子称重系统的核心部件。

1）基本原理称重放大图2 称重系统原理流程图传感器灵敏度： 2±0.08 mV/V ；当电源为±6V 时，额定负荷时输出为：2*12=24mVPLC A/D单元：采用±10V电压输入方式，要求放大20*0.024=833.34 （倍），取1000-2000可调。

放大器选用：模块式、隔离（DC/DC电源）、高耐压前置放大器，型号为：CMB5461。

2）称重精度设计称重精度要求：1/1000测量精度计算测量精度=传感器精度*放大器精度*A/D转换精度（分辨率）*运算精度。

传感器精度为：1/10000（额定负荷1000kg,最小分度值0.1kg）放大器精度: 非线性度 0.2/1000；噪声电压1µV/2.5mV；温漂系数 1.5µV/度。

A/D转换精度（分辨率）：8位A/D时，1000kg*256=3.91kg（不符合 1/1000要求） 12位A/D时，1000kg*4096=0.25kg （符合 1/1000要求）即1位数字量对应0.25kg，称重精度要求：1/1000测量精度不等于称重精度如：1000kg传感器称重机构，料斗重量为500kg，物料为100kg，这时要求1个数字量分辨率为：0.1kg（100kg/1000）。

实际为：0.25kg ，达不到要求（可进一步提高A/D的位数),解决办法——迁移（偏移）利用放大器偏移把皮重（500kg)输入量迁走。

进一步提高放大器倍数，如提到3000,这时分辨率为：0.25*3=0.09kg(符合要求)。

至于工程量转换，利用砝码标定，称重机构不同转换系数不同。

图3 单路称重放大原理4、电振机给料系统设计图4 电振机给料系统流程图给料电振机8个，放料电振机6个，共13个电振机。

图5 电振机触发电路设计触发电路特点：1、单向半波可控整流，单结晶体管触发。

2、触发电路电源由220V降压整流获得，无脉冲变压器，有220V对地电位。

3、同步问题，利用负半周对积分电容放电。

4、采用塑封式晶闸管。

5、触发板体积小，采用插件式，便于更换。

5、显示系统设计图6 显示系统设计图6、中心控制及通讯系统设计在配料工业中，由于控制的复杂性、现场多种设备相互之间存在干扰以及系统可靠性要求高等特点，所以在实际应用中常采用高可靠性的中央控制器如PLC和现场总线技术如PROFIBUS。

在本配料控制系统中就是采用SIMATICS7—300可编程序控制器控制现场设备，并通过PROFIBUS．DP现场总线由PC机进行监控。

图7 自动配料控制系统的结构框架PROFIBUS现场总线技术应用于玻璃配料系统中，构成了完整的分布式PLC控制网络。

我们把这种控制方式称为现场总线控制系统，该系统在结构上和技术上有显著地特点。

7、配料系统控制软件设计配料系统控制软件设计包括PLC控制程序设计和上位机程序设计两个方面。

PLC程序主要实现生产过程控制和与上位机PC之间的通信两大功能；上位机程序则要完成系统工作状态监控和与下位机PLC之间的通信功能。

配料控制系统的PLC 控制程序的结构在宏观上分两块：OB1，OB35：OB1是主程序组织块，OB35是系统循环中断组织块，它的循环周期是100ms。

其中在OB1中将进行系统时钟设定、读取从站的诊断信息、读取总站信息等功能；在OB35中，完成原料的称量、混合、输送以及和操作站通信等功能，PLC程序结构如图8所示。

图8 PLC程序结构图PLC系统首先执行OB1循环主程序，进行系统的诊断和初始设置；然后执行配料应用程序，例如逆流程启动程序、加料和排料程序、混合机混合程序、水秤控制程序以及除尘系统程序等。

程序扫描执行，遇到中断时转为执行中断程序，之后返回主程序。

主要控制程序流程1）加料过程控制流程系统加料过程的开始条件如下：初始状态下，系统各个部分工作正常，无报警信息：增量称为空，减量称有料位低信号；系统请求加料。

满足了这些条件，系统开始加料。

图9 加料程序流程图2）排料过程控制流程排料过程的条件有：各秤料已称满且无超差报鳌，混合机运行、混合机空、混合机门关等，如果条件满足OB35调用FC321，各称斗开始排料。

对于硅沙、石灰石等减量秤，排料过程是其精确称量过程，需调用FC35模糊控制模块和各自的模糊控制查询表；对于白云石等增量秤，需调用FC36控制卸料门的开合方式进行排料。

排料程序框图如图10所示。

图10 排料程序流程图3）上位程序设计在玻璃配料控制系统中，西门子的可编程序控制器在现场进行数据的采集、处理和控制，同时和上位机进行通讯以交换系统运行中产生的数据。

在上位机中，监控软件的首要任务是实现与系统管理者之间良好的人机接口，以文字和图形实时地反映整个系统的现状，此外要及时地向下级PLC传递系统的设定和操作命令，在需要的时候自动执行关键性的操作。

因此，上位机除了接收可编程序控制器传送过来的数据并进行显示外，还能对现场数据进行保存、查询并进行诸如称重管理和配方设定等。

此外，还要求对整个系统进行模拟显示并实现报警功能。

综上所述，上位机实现的主要功能如下：(1)接收操作人员设定的生产参数，并对控制参数、系统标定进行在线与储存，能实现监控系统自动／半自动／手动操作模式间的切换。

(2)具有报表生成功能，时有适时报警功能，系统输出的报表可按时间、配方号、工程名称、施工单位等可选择的输出报表。

(3)能进行数据库存储与访问，其数据库在每次系统运行时的自动创建并按秒级记录，现场数据的存储。

(4)实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可对配方进行输入和修改，具有权限的工程师可根据实际情况对控制软件和下位机软件进行修改。

4）系统监控程序设计玻璃配料控制系统的上位监控软件采用Visual Basic语言编写而成。

Visual Basic为一种面向对象的程序开发语言，其特点是易学易用，是开发中小型Windows应用程序的首选。

利用VB可视化程序设计的特点，可编制上述监控软件的各个模块，使系统管理起来直观方便。

图11 上位机监控系统结构配料系统监控软件结构如图11所示。

监控软件实现的功能主要有：(1)称重配料数据及设备状态的实时采集、显示和保存功能。

(2)fig及时反映系统设备故障和工艺参数的超差报警，当出现报警信号时，操作人员可以作出最快的反应和处理。

(3)可以设置操作权限，防止无关人员更改系统数据，保证系统安全。

(4)历史数据的统计和报表的显示及打印等。

五、实习收获自2012年2月20日到3月14日，通过张宏伟老师的指导、在图书馆查阅相关资料和在网上搜索相关论文完成了基于ＰＬＣ和监控组态软件的玻璃配料系统的设计。

本设计的最大优点PLC代替了传统的机械传动及庞大的控制电器，实现了电气的自动化控制。

通过对皮带电动机的变频调速，达到节约能源和提高配料精度。

自动配料系统采用PLC控制方案，具有功能强大、方便灵活、可靠性高、低成本、易维护等优点，大大提高了配料精度，便于计量的微机化控制，利用监控组态软件实现网络化模拟生产管理和监控。