毕业设计物料自动配比系统设计

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目录

1 引言 (1)

1．1 物料自动配比系统概述 (1)

1.1.1 物料自动配比系统的发展 (1)

1.1.2 物料自动配比系统的组成 (2)

1.2 物料自动配比系统的工作流程 (3)

2 机械部分总体设计 (4)

2.1 送料机构的设计 (5)

2.1.1送料机构的选型 (6)

2.1.2 螺旋送料机的主要参数设计分析 (6)

2.1.3 螺旋输送机功率的计算 (13)

2.1.3 螺旋输送机驱动电机功率的计算及选型 (14)

2.1.4 减速器的选型 (14)

2.1.5 联轴器的选型 (15)

2.2 称重设备的设计 (19)

2.2.1 电子称称体的设计 (19)

2.2.2 电子称称门的设计 (20)

2.2.3 称重传感器的选型 (21)

2.2.4 气缸的选型 (25)

2.3 搅拌设备的设计 (27)

2.3.1 搅拌设备仓体的设计 (27)

2.3.2 搅拌器的设计 (28)

3 控制系统的总体设计 (30)

3.1 控制电路分析 (30)

3.2 PLC的硬件设计 (31)

3.1.1 I/O点数的确定 (31)

3.1.2 储存容量与速度 (31)

3.1.3 编程器的选择 (31)

3.1.4 输入/输出模块的选择 (32)

3.1.5 辅助控制元件选择 (32)

2.控制变压器选择 (34)

3.接线端子选择 (34)

3.3 控制系统软件设计 (34)

结束语‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36 致谢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37 参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38 1 引言

自动配料系统是一套针对各种不同类型的物料进行输送、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。自动配料系统在食品行业，化工制造业，药品制造业和军事工业等领域都有非常广阔的应用前景, 例如在食品行业中，物料自动配比系统以PLC 为控制核心，可以作为食品生产的重要环节，使用电子天平静态精确测量食品物料的重量，通过PLC控制各部分系统的动作指令从而全自动完成食品物料的输送、精确配比、混合搅拌、运输等各道工序。

在应用自动化控制系统以前，大部分企业散料配料长期处于人工配比状态，在人工手工配比状态下，需要根据实际生产情况，计算出各物料的配比比重，再根据配比比重，分别计算出各物料的理想下料量，进而对各台设备分别设定相应动作指令，来满足配比的要求。人工配比的缺点是落料量的多少完全依靠操作人员来设定, 配比精度不高, 同时操作人员劳动强度过大, 自动化水平较低且浪费了大量的人力物力，计算操作时间长，且容易出错从而给生产带来不利因素。随着计算机技术的发展和广泛普及，自动控制技术被广泛应用在各个行业，在物料自动配比系统中，能够实现三种配料方式，分别是：全自动、半自动以及手动配料，并且可以在不同工作模式之间进行转换。自动配料系统的成功运用，解决了以前人工配料精度差的问题同时很大程度上降低了操作人员的劳动强度、降低了因人工操作而产生的误差，提高了产品的整体质量。完善的物料自动配比系统是提高企业经济效益和生产效益的重要手段，对同行业的生产进步起到了很大的示范及推动作用。1．1 物料自动配比系统概述

物料自动配比系统是通过物料输送装置将各种物料自动输送至称量装置，进而自动进

行按比例精确称量，接着将配比好的混合物料自动输送至同一个混合器进行搅拌混合，搅拌混合后进行自动卸料。物料自动配比系统主要由物料输送机构、物料称重机构、物料混合搅拌机构和控制系统组成。

1.1.1 物料自动配比系统的发展

物料自动配比系统的开发源于各行业的物料加工车间。物料自动配比系统的发展主要体现在其称重系统和控制系统，这两大核心部分的发展极大促进了物料自动配比系统的快速发展。随着国内外各种称量技术的不断改进与发展，称量机构也在不断更新，例如目前应用非常广泛的料斗称、皮带秤、失重称、核子秤等，都是称量精度较高的设备。称量方式主要有静态测量和动态测量。鉴于此，合理选用称量方式及称量设备是影响物料自动配比系统性能的重要因素。随着计算机技术和电子技术的不断更新及发展，物料自动配比系统的控制部分被应用到各行各业，由早期的手动控制到继电器控制，再发展到目前应用十分广泛的单片机、PLC和工业控制计算机。控制系统的发展直接改变了物料自动配比系统的现状，作为整套设备最核心的部分，控制系统起到了举足轻重的作用，全面提高了整套设备的性能。因此合理配合称重机构和控制系统是灌浆物料自动配比系统性能高低的关键。

1.1.2 物料自动配比系统的组成

物料自动配比系统主要由物料输送机构、物料称重机构、物料混合搅拌机构和控制系统组成。

1.物料输送机构

物料输送机构与料仓相连，可以将料仓里的物料均匀控制运送出去。目前，物料输送装置被广泛应用在各个领域。根据工作要求可以进行水平输送和倾斜输送。物料输送机构的形式也是多种多样的，可分为带输送，气力输送，螺旋输送等，人们根据各个行业的不同情况，灵活运用着各种输送方法。

2.物料称重机构

在生产过程或工艺流程中，对各种配料称重、定量称重以及现场技术的要求愈来愈高。在配比系统中称量检测是非常重要的环节。对于物料的计量，从整个计量过程来看，可以分为静态计量和动态计量两类。静态的计量只需给出最终的计量结果，对于未达到重量之前的数据将不作处理或记录。常见的静态计量仪器有弹簧秤和电子秤。静态称重计量采用间断给料，计量能力受到限制，但结构简单，计量精度稳定，维护保养方便。其动态计量设备有：单悬臂恒速皮带称、双悬臂连续给料恒速皮带称、调速皮带称、核子称等。动态连续计量可以保持生产过程的连续性，适应连续生产工艺要求，为均匀混合提供有力条件。

但随之而来的是干扰因素增多，计量精度不如静态计量设备高，设备结构要求复杂。目前，称重计量仪器的发展已经由单纯的贸易用途拓展为生产过程控制的重要部分，起到了缩短运行时间、消除人为误差、改善操作条件、降低能源和材料消耗以及提高产品重量的作用。称重计量技术的应用领域非常广泛，己经遍及冶金、交通、铁道、煤炭、机械、电力、建材、化工、轻工等行业。因此，合理选择称重方式和称量仪器也是制约配比系统性能的重要环节。

3.物料混合搅拌机构

物料混合搅拌机构主要由搅拌仓、搅拌器和驱动电机组成。搅拌仓根据情况可选择其形状及材料。其驱动多为电机驱动。搅拌器是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态已达到搅拌混合的目的。搅拌器的形状多种多样，常见的形状有：桨式、弯叶开启涡轮式、拆叶开启涡轮式、推进式、平直叶圆盘涡轮式、框式、锚式、螺带式及螺杆式等。可根据工艺要求选择搅拌器的形式，除此之外还要考虑到节能、维护、制造及检修的因素。

4.控制系统

控制系统作为整套设备的核心部分，它起着举足轻重的作用。它控制着设备从原料输送、称量到搅拌混合等各个环节，贯穿着配比系统的全过程。因此，稳定、精度、高效的控制系统是配比系统的关键。

早期的配比系统采用手动控制，按照配料比人工手动的控制开关完成物料的输送、称量、卸料等一系列工序，其劳动强度非常大，生产效率较低，配比精度得不到保证，现在已经淘汰。

后来采用一系列的继电器触点代替人工手动控制开关，根据工艺要求依次控制继电器的动作来控制开关的通断。这种控制系统体积过大，可靠性比较低且控制不灵活，工艺不易变更，适应能力差，所以已经很少用了。

随着计算机和电子技术的发展，控制系统也在不断发展。单片机控制系统及可编程控制器系统被广泛应用于配比系统中。以单片机开发的智能控制设备，成本低，开发方便，功能灵活，有成熟的开发体系，完善的功能。以单片机为主要控制器的自动配料装置，通过将计算机技术与传统的继电器控制系统有机的结合起来，能够实现高度灵活，高可靠性的工业控制。单片机组成的控制系统，性能相对稳定，抗干扰能力强，符合工业级标准，适合于恶劣的工业环境。随着技术的发展，工业计算机也运用到得各种配料系统中。这种配料系统大多采用集中控制方式。

1.2 物料自动配比系统的工作流程

该系统将四种粉末状物料进行混合，当启动设备按钮时，控制系统给物料输送机构发送电信号，此时送料机构的电机通电开始旋转，电机带动螺旋输送机将物料输送至料斗式电子称，电子称通过三个压力传感器支撑，当一种物料重量达到95%时，控制系统给电机发送电信号，减低电机转速，使其进行慢速送料，以减小落料对称斗的冲击，缩小误差。当一种物料达到设定值时控制系统停止该送料机构的电机的运转停止送料，同时控制系统给第二种物料的送料机构发送电信号，开始称量第二种物料。依次类推，完成四种物料的承重。当称量完毕时，控制电磁阀动作，此时控制系统给电子称仓门系统发送电信号，使气缸推动电子称门，称门打开完成卸料。当卸料结束再控制电磁阀式气缸拉动阀门闭合。最后控制系统给搅拌机构的电机通电开始搅拌，搅拌均匀后，控制系统给搅拌设备发送电信号，搅拌电机停止工作，手动打开卸料门，当卸料完毕时，开始下次循环。

2 机械部分总体设计

物料自动配比系统的机械部分设计主要包括三个部分，分别是：送料机构的设计、称重设备的设计和搅拌设备的设计。整套设备的三个部分紧密相连，根据任务要求和工作环境对各部分元件进行合理的计算及选型，并对需要校核的元件进行缜密的校核，从而使各个部分能够有效的运转，进而使整套设备按照预期的要求来获得相应的产品。对各部分元件合理选型后，要通过恰当的布局使整套设备在整体上结构紧密，节省空间，使用和检修起来更方便，同时提高工作效率。其简图如图1。

（1）送料机构的设计：采用固定式料斗秤的结构:四台螺旋输送机对应l 台料斗秤, 四种粉末物料在同一台料斗秤内累加称量后经过卸料阀门进入搅拌设备。四种物料分别放置在四台螺旋输送机里，四种粉末物料分别用四台电动机带动四个螺旋输送机输送物料，通过改变电机转速的快慢来调节物料输送的速度，从而提高物料配比的精度。为了能够适应维修、备用、互换的需求，四种螺旋输送机都选用相同的规格。卸料阀门采用气动卸料门，结构简单、紧凑，适用于对放料速度要求较高的场合。螺旋输送机的部装图如图2。

（2）称重设备的设计：四种粉末状固态物料共用一个电子秤来称量重量并设有称重传感器。采用进料式称量, 同时采用双速给料的方法。当螺旋输送机停止送料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗, 这些余料称为落差。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应该是要配制的物料标准重量值减去落差值。电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比值进行秤量，电子秤可以控制物料的秤量，同时能够卸料。卸料采用零位法，当饲料完成时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执

行下一步物料的送料和秤重，依此类推直到全部物料配比完毕。电子秤由秤体、称重传感器和卸料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命。

（3）搅拌设备的设计：由电机带动搅拌器将四种物料搅拌均匀。根据要配比的物料总重量合理设计搅拌设备的外形尺寸，同时合理选择搅拌器以满足粉末物料的均匀搅拌。

图1 物料自动配比机械系统简图

图2 螺旋输送机部装图

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