自动配料控制系统设计

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1、自动配料控制系统的设计机电一体化XXX毕业设计（论文）设计题目 专业 班级 学号 姓名 指导老师起讫日期摘要在新的产业，为各种称量原料，配料与混合是新型材料在生产过程中是一个 重要环节，将直接影响最终产品的质量。原PLC配料安全自动监测系统和配料精 度和可靠性具有重要的作用，但仍存在一些问题，如数据处理能力弱，人机界面 不够友好。MCGS组态软件，具有友好，开发平台，功能丰富的特点，可显示直接现场的 生产状况，并支持等重要数据的存储过程和事件。因此，基于组态软件MCGS开发 和设计配料监控系统，可进一步改进存在的不足，提高配料系统的易用性和可靠 性，更好地满足工业现场需要。关键词： 组态软件

2、PLC 自动监控目录摘要 21绪论 42自动配料控制系统 52.1系统构成 52.2系统控制要求 52.3系统控制画面设计 62.3.1确定需要设计的界面 62.3.2创建新工程 62.3.3建立用户窗口 62.3.4实时数据库 72.4主菜单界面的设计 82.5自动运行界面设计 102.6运行策略设计 102.6.1. 粒料动画显示策略 102.6.2. 搅拌动画的显示策略 102.6.2. 混合仓物料位变化策略 112.7手动控制画面设计 122.8配方操作与显示画面设计 122.9报警显示画面设计 133系统中PLC的使用143.1 PLC的选型143.2 PLC输入（I） /输出（0）

3、地址划分 143.3 PLC控制接线图153.4触摸屏数据对象与PLC寄存器划分163.5 PLC流程图183.6 PLC程序梯形图194 MCGS设备组态、连机调试22致谢 23参考文献 241 绪 论自动配料系统是一种在线测量动态计量的系统，有输送、计量、配料、定量 等等功能于一身，在冶金、建材、化工、饲料加工等行业中有着广泛应用。设计 开发自动配料和优化控制系统，对改善劳动的条件、提高产品的质量和生产的效 率具有很重要的意义。本文章针对当前配料生产企业工艺水平相对落后、自动化 水平过低、生产效率很低的不足，设计了一个可以自动配料优化控制的系统，系 统能全自动、远程手动以及本地手动三种模式

4、下运行。在硬件的设计上，采用 工控机与PLC相结合的总体控制结构，由工控制机来实现系统的管理和远程监 控，PLC将数字信号转换成电信号来完成设备级的动作控制及相关信号的处理， 通过以太网及RS-485总线实现与系统的联接与通信；改进了配料车的定位系统， 利用设计的定位盒实现位置编码方案，一定程度上提高了定位的精度。在软件 设计这方面我设计开发了画面实时监控和数据库管理（SCADA）等上位机应用软 件，确定能够保存产品配方、料仓数据、实时数据等重要信息，也能实现历史数 据的查询、报表的打印、实时数据和状态的显示、远程控制等等各方面功能。本 文设计了 PLC主控程序以及通信、配料精度控制和配料车行

5、走子的程序。本文 针对配料系统普遍存在的配料落差控制问题，采用了一种基于模糊自适应结合 PID的复合型预测控制算法，当采用了 PID控制器时，由于PID控制器的积分积 累作用，会引起系统较大的超调甚至震荡。算法将模糊自适应控制宽范围快速调 节和PID精确调节的特点有机结合起来，当系统的偏差大于某一设定值时，采用 结合了人的经验的模糊自适应规则控制，当系统偏差小于设定值时采用PID控 制，模糊控制器的两个输入分别为系统期望值和偏差，通过不同的期望值，预测 不同的空中落差，并通过仿真实验证明了该方法的有效性；针对批量生产时的工 作效率问题，通过对两台配料车工作时序的认真分析，建立了系统的数学模型，

6、 并利用遗传算法进行寻优，精心设计了遗传算子，求解出了最大工作效率所需的 两台配料车的最佳行走路径，解决了配料车行走路径的优化问题。该课题研究 开发成果，已投入不定形耐火材料实际生产，运行结果表明，系统运行稳定可靠、 控制精度和生产效率高。2 自动配料控制系统2.1 系统构成某企业需要对四种颗粒工业原材料通过使用四个定量自动称重计负担,原料 具有良好的流动性。四种原料在四个锥形原材料仓库,每个原料仓的底部安装了 一个气缸控制的进料阀，用以给对应的电子秤料斗上料。电子秤用称重传感器测 量原料的质量。每个电子秤的料斗底部安装了一个气缸控制的放料阀。低于电子 秤和外部仓库电动机驱动叶轮内部混合,搅拌

7、混合器的原材料。如图 1 自动配料 控制系统示意图所示。系统构成主要由：气缸驱动阀杆、阀门开关、电磁阀线圈、进料阀、电磁阀线圈电源、入料阀等构成。电子放料阀放咸品阀混合仓-2 thenDd=0End if2.6.2. 搅拌动画的显示策略（1）在工作台上“运行策略”选项中，新建循环策略，在“策略属性设置” 对话栏中把“策略名称”改为“搅拌动画”，周期设置“200” ms。（2）双击“搅拌动画”，新添策略行，再添“脚本程序”，双击盘削进入此脚本程序，输入下面程序if搅拌器=1 then 搅拌桨=1-搅拌器 End if2.6.2.混合仓物料位变化策略为了在设置的放料时间内去完成放成品物料，循环策略

8、会把每 0.1s 将混合 仓的物料位减去放物料初始料位除去放成品的时间设定值（单位为0.1s）前，这可 以保证放料时间达到设定值时刚好完成放料。其周期脚本设计如下：（1）在工作台上的“运行策略”选项中，建个循环策略，在“策略属性设置”对话栏中把“策略名称”改为“混合仓料位”，周期设置在“ 100” ms。（2）双击“混合仓料位”，新添个策略行，再添加“脚本程序”，双击 进入此脚本程序，输入下面程序：if放A物料阀=1 AND放成品阀=0 then 混合仓料位=混合仓料位+0.1End ifif放B物料阀=1 AND放成品阀=0 then 混合仓料位=混合仓料位+0.1End if if放C物料

9、阀=1 AND放成品阀=0 THEN 混合仓料位=混合仓料位+0.1End if if放D物料阀=1 AND放成品阀=0 THEN 混合仓料位=混合仓料位+0.1End if if放A物料阀=0 AND放B物料阀=0 AND放C物料阀=0 AND放D物料阀=0 AND 放成品阀=1 then混合仓料位=混合仓料位-放料初始料位/（放成品时间设置*10）if混合仓料位=0 then 混合仓料位=0End ifif混合仓料位=0 then混合仓料位=0End if2.7 手动控制画面设计手动控制画面的整体效果如图 5 所示。它和自动运行画面基本相同。图 5 手动控制画面2.8 配方操作与显示画面设

10、计配方操作与显示画面的整体效果如图 6 所示。此画面主要显示了配方具体运 行道的某一步骤。图 6 配方操作与显示画面2.9 报警显示画面设计报警显示界面主要实时显示各种原材料仓库的材料，且能发出警报。为了检 测是否缺物料，该项目采用设置进料限时时间的发法，即在设置的时间内原料仓 流入秤斗上的料如果达不到设置的量，就能够间接判该原料仓为缺料状态。报警 显示界面为屏幕的整体效果，如图 7。图 7 报警显示界面3系统中PLC的使用3.1 PLC的选型本次设计中选择了日本三菱公司的FX2N系列PLC可编程序控制器。表4-3 给出了三菱FX2N系列的分配图。根据输入和输出点数的分析情况，和节约成本 考虑

11、，此次设计选择FX2N-32MR系列PLC。表2 FX2N系列PLC型号型号输入点数输出点数扩展模块 可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8呂24-32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT1624-32FX2N-48MR-001FX2N-4SMSFX2N-48MT24244S-64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248-64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048-643.2 PLC输入（I） /输出（0）地址划分自动配料控制系统采用现场控制和

12、触摸屏控制,控制设备的网站,根据控制要求的分析，系统需要PLC输入点14日10点,选择模型三菱PLC FX3U - 32可以满 足要求,1 / O地址划分如表3示。表3 I/O地址划分输入(I)输出Co)设备称号/符号输入设备称号/符号输出(0)自动/手动开关/閔X0进為物料阀/K门Y0启动开关痊珈XI进E物料阀/K代Y1停止开关/亞1X2进C物料阀/K代Y2进A物料开关拓B2X3进D物料阀/KF4Y3进E物料开关代即X4放為物料阀/K莊Y4进C物斜开关庇B4X5放B物料阀/K就Y5进D物料开关尺丽X6放C物料阀/KV7Y6放A物斜开关比时X7放D物料阀/K儁Y7放E物料开关尺时XI0放成品阀

13、菖网Y10放C物斜开关席眈XII搅拌机呃动Y11放D物料开关/迪9XI2搅拌器按钮开关/SB10XI3放成品按钮开关/SBUXI43.3 PLC控制接线图根据上表可绘制PLC控制I/O接线图，如下图。图FX2N - 2电子称重传 感器与模拟输入模块，每个模块有两个输入通道，所以选择两个FX2N - 2模块。见 图8 (图中开关SB1SB2都为长开开关)。图8 PLC控制接线图3.4触摸屏数据对象与PLC寄存器划分触摸屏数据对象与PLC寄存器之间的划分见表4。表中A物料质量一D物料 质量（D1D4）等是由PLC程序运算得到的。见下表（表4）。表4触摸屏数据对象与PLC寄存器划分序号触摸屛数据对象

14、PLC存储器序号触摸屏数据对象PLC存储器01进恵物料阀Y013放E物料JI1002进E物料阀Y119放C物料Mil03进C物料阀Y220放D物料M1204进D物料阀Y321搅拌M1305放止物料阀Y422放成品N1406放巳物料阀Y523自动JO07放C物料阀Y624k物料质量DI0S放D物料阀Y725B物料质量D209放咸品阀Y1Q26C物料质量D310搅拌器Y1127D物料质量D411启动按钮Ml28A物料累加值D512停止按钮M229B物料累加值D613进物包料M330G物料累加值D714进物E料M431D物料累加值D815进物C料M5321昆合仓料位DIO16进物D料M633进料限限

15、制时间D2517放物嵐料M73.5 PLC流程图由状态转移图很容易设计出整个系统的PLC梯形图程序（如下图9）。T1S10 S20 S30 S40SO图9状态转移图3.6 PLC程序梯形图通过状态转移图设计整个配料过程的PLC梯形图程序。SOsoS2S2S2图10梯形图图10 梯形图 （续1）4 MCGS设备组态、连机调试打开“自动配料控制系统”项目,在工作台上打开“设备窗口”,双击进入,弹出设 备配置窗口,在添加“通用串口父设备”再在其下方双击“三菱-FX系列编程口” 打开它在里面设置如下表对应关系。表5MCGS与三菱连接通道索引连接变量通道名称索引连接变量通道名称0001进A料阀读写Y00

16、00018放B料读写M0100002进B料阀读写Y0010019放C料读写M0110003进C料阀读写Y0020020放D料读写M0120004进D料阀读写Y0030021搅拌读写M0130005放A料阀读写Y0040022放成品读写M0140006放B料阀读写Y0050023自动读写M0500007放C料阀读写Y0060024A料重置读写 DWUB00010008放D料阀读写Y0070025B料重置读写 DWUB00020009放成品阀读写Y0100026C料重置读写 DWUB00030010搅拌器读写Y0110027D料重置读写 DWUB00040011启动读写M0010028A料累加值读

17、写 DWUB00050012停止读写M0020029B料累加值读写 DWUB00060013进A料读写M0030030C料累加值读写 DWUB00070014进B料读写M0040031D料累加值读写 DWUB00080015进C料读写M0050032混合仓料位读写 DWUB00100016进D料读写M0060033进料时间读写 DWUB00250017放A料读写M0070034搅拌时间读写TNWUB00000035放成品时间读写 TNWUB0001致谢三年时间似乎感觉很长，但是我三年的大学时光却很快速的过去了。三年的 时间不能说自己有多大的成就，但是确实是在慢慢的进步着。而自己的进步离不 开老

18、师、同学的教导和陪伴，我很庆幸，庆幸自己遇到的是这么优秀的老师和这 么真诚的同学。所以需要感谢的人很多，却不知从何开始，在此谨向我的导师李 智明老师表示真挚的感谢。李老师是一位特别优秀的老师。经过长时间的接触才慢慢发现李老师的严谨 与细致，作为专业课老师他认真对待自己的每一节课，争取在最短的时间内让我 们学到更多的知识，无论我们有多么的糟糕，但是他从未放弃过我们，带着我们 一步一步往前走。而令我感到敬佩的不是李老师所获得的荣誉和奖项，也不是他 的高学历和地位，而是他对知识的不断积累和学习，俗话说活到老学到老，李老 师确实做到了这一点。虽说没有万能的人，但是好像就没有什么问题能够难得住 李老师，这便是值得人敬佩的地方。作为我本次毕业设计的指导老师，他更是尽自己所能帮助我们。因为是首次 做论文设计，所以什么都不懂，而李老师无论是从选题还是内容的设计都给了我 许多的帮助，无论我们问多么低级的问题他都没表现出任何的不耐烦，都是仔细 的帮我们讲解，直至我们真正明白。然后让我们逐渐的整理出步骤，慢慢的一篇 虽不算完美但是合格的论文出炉了。所以在此我要衷心的像李老师道声：谢谢!参考文献1 工控组态设计与应用2 电气控制与PLC及变频器技术应用