毕业设计论文复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计

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1、全套CAD图纸，联系153893706第1章 绪论1.1 前 言随着我国工业生产自动化程度的不断提高，配料皮带秤已广泛地应用在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的配料皮带秤的控制局部还比拟落后，直接影响了产品的质量。过去传统配料皮带秤多采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行速度控制，由于滑差电机调速方式在低速时特性差、效率低；使用现场外部工作环境又很恶劣，工业粉尘很多，这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产；另外由于采用模拟电路控制方式，控制不稳定，精度低，调试烦琐，使用极不方便。我们可结合现代先进控制技术，采用可

2、编程序控制器控制矢量型变频器拖动密封式鼠笼电机方案，以数字处理技术取代传统的模拟控制方式，以无级变速的矢量型变频器控制封闭式鼠笼电机，取代老式的滑差式调速方式。本章主要介绍了散状物料的配料混合自动化运输的开展状况,电子皮带秤运行过程的配料以及混合设计的方案。1.2 选题背景在复合肥的生产特别是对原料配比控制系统总存在一定的缺乏，有的本钱高，不易推广；有的精度与可靠性差，无法在环境恶劣、现场干扰大的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统，因而本钱高、靠干扰能力差。在工业生产中，很多情况下是通过现场操作人员按照配比，人工调节给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操作人员的经

3、验或人工跑盘的结果来决定，配比精度较差，操作人员劳动强度大，自动化水平极低。配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制局部的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力，近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善，但仍然存在运行维护量较大，精度校核工作繁重、程序多等问题，远未能到达如静态电子衡器所能到达的使用精度和使用效果。1.3 配料混合系统研究意义在化工以及冶金、建材、饲料、加工等行业，配料工段一般都是整条生产线非常重要的一环。

4、配料工段直接关系到生产效率以及产品质量。如今，配料工段的自动化越来越普遍，作为实现配料工段自动化手段的可编程控制配料系统必将会得到更为广泛的应用。在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及现场技术的要求愈来愈高，现代的称重计量仪器,不仅要给出重量或质量,也要作为过程检测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能,它们已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少的组成局部,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。配料工序是复合化肥生产过程中非常重要的环节，其配料精度直接影响着化肥产品的质量，落后的配料设备不仅效率低而且配料不准,手工操作又将人的

5、因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有着极为重要的意义。1.4 配料混合系统的开展前景皮带秤由最初的纯机械式滚轮式皮带秤开始，已经开展四代产品，第二代是传感器电子仪表皮带秤，第三代是传感器微机式皮带秤，第四代是微机智能化皮带秤。电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是无需人员的干预就可以完成称重操作。国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内那么从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量

6、设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大局部组成，在实际应用过程中，要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度。其检定过程非常重要，所以首先将从以下几个方面介绍电子皮带秤的开展现状：传感器、秤架、二次仪表、检定。1传感器电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测量皮带速度的测速传感器又称测量皮带行程的位移传感器，该系统涉及到了其中的测速传感器。测速传感器主要分模拟式和数字式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器，用模拟式测速传感器来检测速发电机

7、输出电压的方式已不再使用。非接触式测速传感器尽管从理论上讲是优越的，能消除“打滑，直接检测输送带的线速度，但在实际使用任然存在许多实际问题，有待解决，故未得到广泛的工程应用。实际广泛使用的是接触式测速传感器，其结构简单，安装维修方便，有些厂家的产品将测速元件直接装到尾轮或托辊上，以尾轮或托辊代替摩擦轮。接触式测速传感器正常条件下能比拟好地测得输送带运行速度，缺点是摩擦轮粘上泥灰，使直径变大或者“打滑，产生测速误差，不能准确地反映输送带线速度。2秤架秤架是电子皮带秤的负荷承受局部，即称重装置。为了减轻“皮带效应对称重结构的影响，研究、设计出各种各样的秤架，典型的秤架结构形式有单托辊式、多托辊双杠

8、杆式、多托辊悬浮式、平行板簧式、悬臂式、整体式等几种。其中杠杆系统的支点结构，早期采用刀口和一般轴承，这类支点结构因传递力的效果不佳根本上被淘汰。现在大多数采用弹簧片作弹性支撑，秤架上目前采用的支撑簧片有X型、十字型和单吊片型三种。此外少数厂用特殊橡胶轴承或无摩擦耳轴作秤架的支撑点。3二次仪表二次仪表分模拟式、数字式、电脑式和集散式。从上世纪八十年代起，微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外，功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能，而采用微机数字

9、式皮带秤后，多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随时调用，这些功能包括：自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补偿、温度补偿、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输入如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等、公制英制单位如 t/h、lb/s选择、输入参数及中间计算参数显示、总运行时间显示、各种调整调零、调满值次数显示、多个称重传感器平衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID 控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现的，所以二次仪表的本钱并不增加。螺旋输送机是化工企业中用途较广的一种连续混料输送设备，与其它输

10、送设备相比拟，它在输送过程中同时完成搅拌、混合等工序，即实现连续性混合。特别地，具有结构简单、紧凑，制造本钱低，维修方便。对封闭的料槽可减少对环境的污染。螺杆计量配重方式那么具有较多的技术优势。采用螺杆计量装置，其计量精度较高，在输送过程中不会出现堵塞物料的现象，是食品、精细化工行业运用比拟普遍的一种计量输送方式。1.5 本文的结构本文在现有的配料混合系统进行分析的根底上，根据配料混合系统的总体结构，从机械和电气控制两方面对系统各个局部的设计分章节展开了详细的介绍。第2章 配料混合机械执行系统设计2.1 设计方案在化工生产中，采用带式输送机连续输送，而皮带秤是一种能解决带式运输机散装物料连续自

11、动称量和自动配料的衡器。本系统设计的:三台带式输送机作为配料系统运载复合肥的设备,其根本参数为：每台输送机的额定输送能力为Q=30t/h，带宽B=650mm，复合肥的粒度25mm，松散密度，安息角，机长L=5m，配料过程中输送机的额定线速度为/s。完成配料后的复合肥通过混合系统对其进行混合，混合系统选择过程中关键是要能够进行混合的同时完成输送的连续性设备。其中，选型的时候，要注意其输送能力要与配料系统相匹配。，再将混合后的物料通过输送带运送到下一个生产线上。2.2 配料系统设计 结构选择电子皮带秤在输送状态下利用测速传感器将输送带运送复合肥式的速度转换成电信号。再通过S200-7中的模拟量扩展

12、模块进行A/D转换成数字信号，通过PLC对变频器来实现配料输送带的速度的调节。从而实现自动配料控制。其工作原理图见图2-1。输送机输送物料式，PLC连续测量输送带在某时刻的速度m/s，由于下料的阀门口始终保持不变，即输送带上每单位长度的物料质量qkg/m为恒值，二者相乘所得结果为物料的瞬时质量流量kg/s。因带速随时间变化，所以在T时间间隔的累积质量可用以下积分式表示：式中 时间间隔内的物料累计质量，kg；物料通过秤的时间，s； 输送带单位长度上的物料质量，kg/s； 物料的运行速度取输送带速，m/s。 图2-1 皮带秤工作原理输送机组成部件由下面几局部构成。1.输送带输送带是输送机中的曳引构

13、件。本系列带式输送机采用普通型输送带。抗拉体芯层有棉帆布、聚酯帆布和钢丝绳芯。1覆盖胶层厚度根据所输送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性确定。2输送带的平安系数应根据平安、可靠、寿命及制造质量、经济本钱、接头效率、起动系数、现场条件、使用经验等综合考虑确定。2.驱动装置带式输送机的动力局部，由安装在驱动架上的Y系列鼠笼型电机、凸缘联轴器、减速器等组成。1按带宽、带速、电机功率确定所需驱动单元。2减速器。优先采用圆柱齿轮减速器。一般采用渐开线齿轮传动。其优点是：效率高、结构紧凑、传动比稳定。根据齿轮的密封情况可分为开式、半开式及闭式。在运输机械方面多采用闭式齿轮传动齿轮箱。它与开式或半

14、开式相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。表示减速箱减速能力的技术参数为传动比，即 式中 大齿轮齿数； 小齿轮齿数。在本设计中采用先进的圆柱直齿轮传动，使传动效率有了很大的提高。3轴之间是根据轴的直径选用不同型号的凸缘式联轴器进行联接。3.传动滚筒传动滚筒是传递动力的主要部件。根据承载能力分轻型、中型和重型三种。滚筒直径为500、630、800、1000mm。同一种滚筒直径又有不同的轴径和中心跨距。传动滚筒外表有裸露光钢面，人字型和菱形花纹橡胶覆面。最小传动滚筒直径D按下式选取： mm式中 芯层厚度或钢绳直径，mm； 系数，棉织物，尼龙，聚酯，钢绳芯。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑脂润滑

15、。4.改向滚筒用于改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角。5.托辊托辊是用于支撑输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。1托辊分为槽行托辊、平行托辊、调心托辊、缓冲托辊、回程托辊、梳形托辊、螺旋托辊、过渡托辊等。2托辊间距应满足两个条件：辊子轴承的承载能力及输送带的下垂度，托辊间距应配合考虑该处的输送带张力，使输送带获得适宜的垂度。最大下垂度：式中 两组托辊间输送带的最大下垂度，m； 重力加速度，； 托辊间距，m； 物料质量，kg/m； 输送带质量，kg/m； 该处输送带张力，N。6.拉紧装置使输送带具有足够的张力，保证输送带和传动滚筒间产生摩擦力使输送带不打滑，

16、并限制输送带在各托辊间的垂度，使输送机正常运行。螺旋拉紧装置适用于长度较短小于100mm，对功率较小的输送机，可按机长的的1%1.5%选取拉紧行程。7.清扫器清扫器用于清扫输送带上粘附的物料，又有头部及空段清扫器两种。8.卸料装置及导料槽卸料装置用于输送机中部任意点卸料。导料槽可使从漏斗落下的物料在到达带速之前集中到输送带的中部。导料槽的底边宽为2/31/2带宽。9.机架机架是支撑滚筒及承受输送带张力的装置。其中机架四种结构中的01机架用于倾角的头部传动及头部卸料滚筒。选用时应标注角度。10.头部漏斗头部漏斗用于导料、控制料流方向的装置。也可起防尘作用。11.电气及平安保护装置平安保护装置输送

17、带跑偏监测、打滑监测、超速监测等根据需要进行选择是在输送机工作中出现故障能进行检测和报警的设备，可使输送机系统平安生产，正常运行，预防机械局部的损坏，保护操作人员的平安。此外，还便于集中控制和提高自动化水平。 结构设计1原始参数及物料特性复合肥的配料系统带长5-7米，宽B=650mm，带速/s，输送能力Q=30t/h，粒度25mm，松散密度，安息角，机长L=5m。2初定设计参数带宽B=650mm，带速v=/s，上托辊槽角，下托辊槽角，上下托滚辊径89mm，承载分支托辊间距。3由带宽、带速验算输送能力由式 (2-1)得 由得，取，得S=m。1确定k值输送机倾角=0。2由式1-1得 kg/s t/

18、h 能满足t/h的输送能力要求。（4） 驱动力及所需传动功率计算1圆周驱动力由式 2-2其中=0.02，查得上托辊mm，轴承4G204。且单个上辊转动局部质量kg 查得下托辊mm，轴承4G204。且单个下辊转动局部质量得kg 计算初选输送带NN100，Z=5层，查表输送带每层质量/m，上胶厚mm，下胶厚mm，每毫米厚胶料质量/m。=5+3+4.51.19 650=6.7958 kg/m计算输送带清扫器的摩擦阻力 2-3带入数据得 计算，计算公式为 2-4带入数据有 计算。 2-5 N计算，无前倾 那么 =0 N由表得导料槽阻力 2-6 N式中，l= ，m 。 N计算 2-7 N式中 清扫器接触

19、面积。一个头部清扫器和两个空段清扫器22=0.039m无卸料器， 代值进式中有 N2传动功率计算 其中 传动滚筒及联轴器效率0.98，电动机功率P=22KW，选转速的电机。5输送带张力计算1限制输送带下垂度的最小张力由 N按回程分支= N2输送带工作时不打滑需保持最小张力 2-8得 N按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力 2-9取 N得，那么 N由N，计算输送机各点张力不忽略附加阻力得点张力NN那么取，可得稳定工况下 N3输送带层数计算 取5层，与初选相同。6校核辊子载荷1静载计算承载分支 2-10，m，m/s，kg/m，kg/s N上辊L=250mm，轴承4G204，承载能力2950N，满足要

20、求。回程分支 N下辊；轴承4G204，承载能力813N，满足要求。2动载计算承载分支 2-11每天大于16h，；粒径小，取NN均满足要求。2.2.3 配料系统精度分析在对像复合肥这种散状物料的连续累计计量中，电子皮带秤具有动态计量速度快、占用空间小、安装方便等优势，但在实际使用时，由于皮带张力、环境、温度及湿度、托辊轴承摩擦力等诸多外界因素的影响，导致皮带秤的计量误差较大。 影响皮带秤计量准确度的主要因素有：根据皮带秤的结构原理及重量累计值的计算方法可知,皮带秤的计量准确度有单位长度皮带上的物料重量以及皮带的运行速度决定的。在实际称量过程中,物料的重量是通过皮带作用于复合传感器,而皮带又是依靠

21、托辊来支撑,托辊在运输带上每一组。皮带所承受的负荷是随着物料的端面形状,流量大小而改变,因而,皮带与托辊的贴合程度也随时在改变,这就使得皮带秤具有由其组成结构决定的、不可防止的计量误差。同时，皮带秤计量数据准确度还与皮带秤的技术指标及运行状态关系密切。皮带秤的综合计量性能主要表达在零点和量程这两个指标上。在实际生产过程中，皮带秤计量误差的表现形式是：(1) 零点误差；(2) 量程发生变化；(3) 测量速度的误差。(1) 机架和皮带上积料，皮带外表水分所造成的皮带秤零点的波动；(2) 放大电路零点和增益的变化；(3) 运输皮带张力的变化，张力的变化是随着运输带上物料的多少、气温、倾角等而变化。这

22、就使得作用在称重传感器的力发生变化，从而引起零点和量程发生变化；(4) 运输皮带弹性的变化也会影响到零点和量程的准确性；(5) 秤框及称重托辊的非准确直度引起的零点偏差。为了提高皮带秤的计量准确度，减小及克服计量误差。在实际工作中，我们首先要保证系统的安装技术指标及运行稳定性；同时对皮带秤进行正确的维护；另外要选择切实可行的校准方法对皮带秤进行定期校准。1提高系统的安装精度在安装皮带秤框时，我们首先要严格按照皮带秤的安装技术指标对其进行精确的安装。另外保证秤架范围内托辊倾角的一致性，减少皮带在运输物料过程中的形变。取得了良好的效果。2正确使用和维护多年的工作实践证明，皮带秤的实用经济价值与现场

23、维护、小准工作关系甚大。因而，在日常的使用中，需对皮带秤进行正确的使用和技术维护。3校准皮带秤是在动态下对物料进行连续累计称量，因而，严格按照校准周期及生产工艺的实际需要对其进行校准，是保证其称量准确度的必要条件。2.3 混和系统设计 混合设备选择针对复合肥要实现的是在运输过程中完成配料过程，针对此需求，选择螺旋输送机实现此工序。混合复合化肥生产过程中，混合工序是将按预先所需的已通过电子皮带秤进行一定比例输送的原料进行混合。为了给混合过程创造一个良好的物态条件，更有利于均匀。对混合过程中的要求都满足：1.各种成分能均匀分散；2.混合后的物料温度不能太高，以防物料结块；3.混合时间要短，要能满足

24、生产过程中连续出料的要求；4.混合过程要在密封状态下进行，应能防止粉尘的逸出；5.便于清洁，混合工序是在枯燥状态下进行的，在整个过程中应注意粉尘飞扬，要实现密封下操作。根据颗粒生产工艺的特点，螺旋输送机作为混料设备具有高效的混合效率，特别是在输送过程中能同时完成搅拌、混合等工序是该设备特有的优点。螺旋输送机是一种不带挠性牵引的输送设备，见图2-2，因结构简单、横截面尺寸小、密封性能好、便于中间装料和卸料，操作平安方便，制造本钱低而使用广泛。它利用螺旋形状的旋转面推移物料来完成输送工作。工作中，物料像不旋转的螺母沿轴杆平移，使物料不与螺旋叶片一起旋转的力是物料本身的重量和机壳与物料的摩擦及物料间

25、的摩擦。它主要用来输送各种粉尘状、颗粒状、小块状的物料，如化工原料、面粉、煤粉、烟尘、水泥、粮食等，在输送过程中还可对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等工艺。螺旋输送机是根据机械力学原理工作的，图2-2是其原理图，由螺旋机本体、进出料口及驱动装置三大局部组成。螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等组成。螺旋杆由电机驱动旋转，带动复合肥沿着机壳内壁向前运动，实现连续混合运输的要求。图2-2 螺旋输送机结构示意图 结构设计螺旋输送机是在化工、建材、粮食等部门中广泛应用的一种输送设备，主要用于输送粉状、颗粒状和小块状物料。螺旋输送与其他输送设备相比拟，具有结构简单、横截面尺寸小、密封

26、性能好、可以中间多点装料和卸料、操作平安方便以及制造本钱低等优点。它的缺点是机件磨损较严重、输送量较低、消耗功率大以及物料在运输过程易被破碎。螺旋输送机分为水平固定式螺旋输送机、垂直式螺旋输送机。对于复合肥的运输生产线中用水平固定式螺旋输送机进行物料运送。螺旋输送机由螺旋机本体、进出料及驱动装置三大局部组成。其中螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等组成。驱动装置由电动机、减速器、联轴器及底座所组成。1 原始选料1被输送物料的名称及特性1 物料松散密度(。2物料最大粒度mm及比率。3一般物料粒度mm(25mm)，温度C，含水率、粘度、磨琢性及腐蚀性等。2选型要求1需要的输送能

27、力t/h；2布置简图中输送长度Lm，倾角C，投影高度Hm。2GX型螺旋输送机的计算1螺旋直径及螺旋轴转速计算1螺旋直径计算 m 2-12式中 输送能力，t/h； 物料特性系数； 填充系数； 倾角系数。见表2-1所示。表2-1 倾角系数表 倾斜角05101520螺旋输送机倾斜布置时的输送量校正系数 按上式计算得由式2-12得mm；值应圆整为mm。2螺旋轴转速计算 2-13mm取 r/min螺距 mm用螺旋直径及转速圆整后的数值，还必须对填充系数进行验算： 2-14式中 螺旋节距，m。带入相关数值进2-14式得 ，满足 。2功率计算1螺旋输送机所需轴功率可由下式确定： (KW) 2-15式中 螺旋

28、输送机倾斜布置是在垂直平面上的投影高度；螺旋输送机水平投影长度，m；物料阻力系数。带入相关数值进式2-15得 mm 2电动机功率 (KW) 2-16式中 功率备用系数，对Y系列电动机取1.0；驱动装置总效率，一般取0.90.94。带相关数值进式2-16得 (KW)根据实际对螺旋输送机的使用测定结果，实际轴功率要比理论计算功率大35倍。那么 (KW)取电动机功率22KW。在选择螺旋输送机驱动装置时，应维持如下关系：式中 当螺旋输送机不采用联轴器与驱动装置相联，而采用传动带或链条等传动时，在螺旋轴轴端上所加的总作用力，N；许用悬臂载荷，N。GX型螺旋输送机，其许用的功率转速比及许用悬梁载荷列于表2

29、-2中。表2-2 GX型螺旋输送机许用功率转速比与许用悬臂载荷 螺旋直径1502002503004005006002100370058008000150002400035000其中，螺旋直径，mm；，；，N。对GX型螺旋输送机而言，许用功率转速比，r/min， 那么 (KW)，许用悬臂载荷 N，通过上面计算的相关数值，反过来再对所选定的螺旋输送机进行输送能力的验算。求输送能力Q，有 得 总结以上数据得=600mm，=480mm，=60r/min，=90t/h。选择尺寸代号为GX600的螺旋输送机符合要求。4.在对螺旋输送机设计过程中最重要的是对已经确定的螺杆进行刚度和强度的校核，当然就包括其中

30、涉及的轴承强度、寿命的计算。 螺杆强度校核下面先对螺杆进行校核。在作轴的结构设计时，通常采用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为 2-17式中：扭转切应力，单位为MPa； 轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗扭截面系数，单位为mm； 轴的转速，单位为r/min； 轴转速的功率，单位为KW； 计算截面处轴的直径，单位为mm； 许用扭转切应力，单位为MPa 空心轴的内径与外径之比，取=0.5，见表2-3。表2-3 轴常用几种材料的及值轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35Ci、Mn、38SiMnMo、3Cr13/MPa1525203525453555149126135112

31、12610311297对于空心轴符合45钢时=2545MPa的要求。通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。其计算步骤如下：1作出弯矩，如图2-3所示。图2-3 轴的载荷分析图其中有： NN接着再对轴的强度进行校核。轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面即弯矩和扭矩大而轴径可能缺乏的截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 2-18式中： 轴的计算应力，单位为MPa； 轴所受的弯矩，单位为Nmm； 轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗弯截面系数，单位为。 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的平安程度

32、。在轴的外形、尺寸及载荷的根底上，即可通过分析确定出一个或几个危险截面这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且要考虑应力集中和绝对尺寸等因素影响的程度，按式计算平安系数并应使其稍大于或至少等于设计平安系数S，即 2-19其中仅有法向应力时，应满足 2-20带数据进2-20得 仅有扭转切应力时，应满足 2-21 由数据进2-19得 那么S=1.31.5，满足其轴的平安程度。轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。静强度校核时的强度条件是 2-22其中 2-23 带数据进2-23得 2-24带数据进式2-24 带数据入式2-22得 式中 材料的抗弯和抗扭屈服极限，单位为MPa，其中；

33、轴的危险截面上所受的最大弯矩，单位为Nmm；轴的危险截面上所受的最大轴向力，单位为N；轴的危险截面的面积，单位为mm；分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数，单位为mm。满足其要求。1轴的弯曲刚度校核计算把阶梯轴看成是当量直径，然后按照材料力学中的公式计算。当量直径单位为mm为 2-25式中： 阶梯轴第i段的长度，单位为mm； 阶梯轴第i段的直径，单位为mm； L阶梯轴的计算长度，单位为mm； Z阶梯轴计算长度内的轴段数。代入式得2轴的扭转刚度校核计算圆轴扭转角单位为/m的计算公式为：阶梯轴 2-26式中 轴所受的扭矩，单位为Nmm；轴的材料的剪切弹性模量，单位为MPa，对于钢材，MPa；轴截面的

34、极惯性矩，单位为，对于圆轴，；阶梯轴受扭矩作用的长度，单位为mm；分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前；阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为1/m代入相关值进式2-26得 满足对轴的扭转刚度条件。2.3.4 轴承校核根据工作条件选用=140mm的推力球轴承，轴承受径向力N，转速=60r/min，运转条件正常，要求寿命=20000h。根据式 2-27式中 C根本额定动载荷计算值，N；当量动载荷，其中，N； 轴承转速，r/min；轴承寿命，h。计算：所选推力球轴承，那么P= N由=122.3 KN验算7328B型推力球轴承的寿命可知计算所得的寿命值要大于其额定寿命，即

35、=20002 h所以7328B型推力球轴承满足其要求。第3章 配料混合系统控制电路与选型3.1 控制电路设计该系统是针对室内生产设计的，相配套的还有微机自动控制系统。集控系统由隔爆可编程控制箱、本安现场操作箱、集控操作台、上位机、测速传感器构成。带式输送机设置了速度传感器，信号接入PLC由PLC进行运算处理，参加设备的联动和闭锁。包括电流过载保护、急停、报警、调速等。整个配料、混合系统由PLC进行自动控制。原料分别由三种型号相同的输送带运输，下料的阀门口一定，即出料截面相恒定，可以按照任意比例进行配料、混合。开始工作时，首先通过PLC来启动这个配料系统的三个电机，同时闭合变频器的电源开关，变频

36、器得电正向启转动，系统通过测速传感器测得三台皮带分别的速度，由PLC的模拟扩展模块进行A/D信号转换，由PLC进行处理，变频器就可以通过变频来实现降压，从而实现变频调速，从而实现系统的配料需求。同时，控制局部还对系统设有保护功能。当生产过程中，由于皮带打滑、电流过大、过载等意外的时候，PLC又起到了自动报警的功能，这个时候会自动复位。其配料原理图如3-1所示。图3-1 配料原理图由于是实现系统的自动化控制，所以除了通过PLC来实现复合肥的自动配料，还实现对混合、配好料的复合肥输送的自动化。速度信号传送给PLC的模拟量输入单元和计数PLC将现声采集的数据加以计算处理，求出瞬时流量和积累重量。将流

37、量与设定值比拟，由PLC的输出单元来控制变频器，改变给料机电机转速。3.2 PLC的选择可编程序控制器应用于控制系统中，其主要的特点：1.可靠性高。2.控制功能强。3.编程方便，易于应用。4.适用于恶劣的工业环境抗干扰能力强。5.具有各种接口，与外部设备联结非常方便。6.采用积木式结构或者模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。7.维修方便8.可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适用性强。在对PLC选型过程中，S7-200能满足高级自动化标准和各种需求，具有各种尽寸以适应所有的应用场合，有适用于运输机械和各种气候条件的巩固型，有适用于狭小空

38、间而且具有高处理性能的密集型，有运行速度块而且具有良好的扩展能力。它可以配置种类繁多的输入输出模块、编程器、软件、过程通信和显示部件， 诊断设备等。我选择的S7-200CPU224I/O接口是14个输入点，10个输出点，与系统的I/O接口相吻合。S7-200 系列PLC的主要特点:1.快速1指令处理周期短减少了循环时间。2高速计数器开辟了新的应用领域。3高速中断处理可以分别响应过程事件。2.灵活1模块式结构可用于各种性能的扩展。2脉冲输出可控制步进电机和直流电机。3丰富的指令集可以快速方便的解决最复杂的任务。3.多功能1点对点接口PPI可连接编程设备，操作员界面和串行设备接口。2用户有好的ST

39、EP 7 Micro/DOS编程软件和功能极强的编程器方便了编程。3用户程序三级口令保护。4TD 200和COROS OPs操作面板OPs为用户提供了方便人机界面。由于系统中有测速传感器，这就涉及怎样将模拟量转换成数字量，由于S7-200CPU224自带了模拟量扩展模块，我选用EM235模拟量扩展模块进行A/D信号处理，其中我还选用了EM223数字量扩展模块与变频器相连接。3.3 变频器的选用 异步电动机的调速原理三相交流电动机的同步转速n0为式中 电动机定子电源频率； 电动机的极对数。由上式可知，假设连续改变电源频率，那么可平滑地改变电动机的同步转速n0。而三相异步电动机定子每相感应电动势有

40、效值为 式中 定子每相绕组串联匝数； 基波绕组系数； 每极气隙磁通量。有上式可见，在一定时，假设电源频率发生变化，那么必然引起磁通变化。当变弱时，电动机铁心就没被充分利用；假设增大，那么会使铁心饱和，从而使励磁电流过大，这样会使电动机效率降低，严重时会使电动机绕组过热，甚至损坏电动机。因此，在电动机运行时，希望磁通保持恒定不变。为此，在改变的同时，必须改变，即必须保证 常数这样，采用恒定的电动势频率比的协调控制方式，就可以保证磁通值恒定不便。对绕组中的感应电动势却难以直接控制，在较高时，可以忽略定子绕组漏磁阻抗压降。因此，可以认定定子每相电压，那么得常数这便是恒压频比控制方式。由于电动机定子电

41、压只能小于等于额定电压，所以只能下调，这时为恒转矩调速；假设上调，而不能大于，所以转矩下降，这时为恒功率调速。在随着降低时，定子阻抗压降就不能再被忽略了，此时会更小些，使得磁通有所减小。这时，为了保证不变，可以人为地将提高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性如图3-2所示。 图3-2 恒压频比控制特性 a无补偿特性 b有补偿特性采取补偿措施后，异步电动机的机械特性不但保存了较硬的线性度，而且当频率降低时，同步转速n0随之下降，使在保证最大转矩根本不变的情况下，取得类似直流电动机调速的平移特性曲线。这样，不但扩大了调速范围，而且在调速时，转差率功率不变，所以效率很高

42、。具有定子电压补偿的恒压频比控制方式被广泛应用。变频器装置工作原理：对于恒压频比控制方式进行变频调速的装置来讲，其一是直接变频交交变频装置。这种装置的变频为一次换能形式，即只用一个变换环节就把恒压恒频电源换成VVVF电源，所以效率较高。但是，所用元件数量较多，输出频率变化范围小，功率因数较低，只适用于低转速大容量的调速系统。另一类为间接变频交直交变频装置。这种变频装置是将恒压恒频交流电源先经整流环节转换为中间直流环节，再由逆变电路转换为VVVF电源，如图3-3所示。图3-3 间接交直交变频装置这种装置的控制方式有以下两种：1.用可控整流器变压，用逆变器变频的交直交变频装置这种装置的输入环节是由

43、晶闸管构成的可控整流器。输出电压幅度由可控整流器决定，输出电压频率有逆变器决定。也就是说，变压和变频分别通过两个环节并由控制电路协调配合来完成。这种装置结构简单，元件较少，控制方便，频率调节范围较宽。但是，在电压和频率较低时，电网端功率因数也降低。假设由晶闸管构成逆变器，那么输出电压谐波较大。2.用不可控整流器整流，通过脉宽调制方式控制逆变器同时进行变压变频的交直交变频装置由于输入环节采用不可控整流电路，所以电网端功率因数较高，而且与逆变器输出电压大小无关。逆变器在变频的同时实现变压，主电路只有一个可控的功率环节，简化了电路结构。逆变器的输出与中间直流环节的电容电感参数无关，加快了系统的动态响

44、应。选择对逆变器的合理控制方式，可以抑制或消除低次谐波，使逆变器的输出电压为近似正弦波交变电压。这种控制方式称为正弦脉宽调制方式SPWM。 变频器的选择变频器的选用，包括变频器类型选用和容量选用两个方面。变频调速时需要根据不同的负载类型选择不同的频率变化曲线，才能发挥出变频器的最正确状态。由于输送带对动态性能要求不需要太高，同时对输送带这种恒转矩类负载即恒转矩负载的阻转矩是一个定值，与转速的上下无关。主要特点：在初始速度时就有阻力，即启动需要启动转矩可以采用普通功能性变频器，为了实现恒转矩调速，常采用加大电动机和变频器的容量的方法，以提上下速转矩。也可以采用具有转矩控制功能的高功能型变频器，来

45、实现恒转矩负载的调速运行，那么是比拟理想的。变频器容量的选用由很多因素决定，例如电动机容量、电动机额定电流、电动机加速时间等，其中，最主要的是电动机额定电流。对于连续运转的变频器控制一台电动机必须同时满足以下项计算公式：满足负载输出/KVA 3-1满足电动机容量/KVA 3-2满足电动机电流/A 3-3式中 变频器的容量/KVA负载要求的电动机轴输出功率/KW电动机额定电压/V电动机额定电流/A电动机效率通常约为0.85cos电动机功率因数通常约为k电流波形补偿系数k约为1.05计算： 带数据进式3-13-3得 KW KW A所以选用选用额定功率22KW，额定电流45A的BT40S22KWTA

46、型变频器。其主要特点：1独特的拟超导技术，低速高转矩输出。2高性能矢量转矩控制。3转差补偿，AVR自动稳压功能。4IPM、IGBT智能模块，超静音运行。5内置PID控制及实时换机、开关机控制功能。6大功率机型超小形体、超轻重量，切实降低用户本钱。变频器与PLC的连接采用继电器接点开路形式与PLC连接，获得变频器输入的电动机正转以及不同的运行速度等信号。3.4 测速传感器的选用从称重原理可知，电子皮带秤所测量物料的瞬时流量的大小取决于两个参数，即瞬时流量等于称重传感器测量的承载器上物料负荷值q(kg/m)和测速传感器测量的皮带速度值v(m/s)两个参数相乘所得到以下的公式 Wt)=qv由此可见，

47、测速传感器的测量精确度和稳定性与称重传感器的测量精确度和稳定性是同等重要的。目前称重传感器的精确度普遍提高到万分之几，而测速传感器的精确度大多在千分之几，所以提高测速传感器精确度是提高电子皮带秤系统精确度有效的途径之一。电子皮带秤上所用测速传感器目前主要有磁电式、磁阻脉冲式、光电脉冲式等不同类型的测速传感器。模拟式测速发电机式测速传感器早已不再使用，取而代之的是上述各种输出脉冲信号的数字式测速传感器。在我的设计系统中，选用了磁电式测速传感器。霍耳转速传感器结构原理:在被测物体上粘有多对小磁钢,并把霍尔元件固定在其附近不动,当小磁钢随轴转动而经过霍尔元件时,就可在霍尔元件上产生相应的脉冲信号。该

48、系统选用的速度传感器LM2917是美国NSC公司生产的集成转速/电压转换器。可将转速或频率、转数转换成电压，只需接少量的外围元件即可构成模拟式转速测量仪。其性能特点：(1) 内部包含比拟器、充电泵、放大器等信号。由于其中的LM2917与LM2907的区别是在内部与GND之间增加了一只7.6V稳压管，可提高电源的稳定性。所以我采用了型号为LM2917的传感器。(2) 比拟器的滞后电压为30mV，利用滞后性可抑制外界噪声干扰。(3) 其输出电压与被测频率成正比，线性度达0.3%。(4) 价格低廉，外围电路简单，使用灵活。(5) 电源电压实现值为+12V，最高不得超过+28V，最大工作电流为28mA

49、，工作温度范围是-40+85 。由于配料系统由三台输送机构成，每台输送机上至少需要一个传感器，根据系统精度的不同要求，可以按需添加传感器来保证精度。复合化肥配料、混合的电气控制局部主要有继电器控制和计算机控制两种控制方式。采用继电器控制系统的故障率高，大大降低了生产运行可靠性和平安性，所以根本上已经被淘汰。而单片机控制那么存在抗干扰能力差的缺点。PLC控制的配料系统具有工作可靠性高、存储容量大、编程方便、抗干扰能力强、故障少、维修保养方便等优点。第4章 配料混合系统控制设计4.1 配料混合系统的控制4总体控制设计自动配料系统由三台配料皮带秤及其传感器、微机系统和供电系统组成。系统采用托辊配料皮

50、带机，皮带速度信号经PLC的模拟量扩展模块进行A/D信号转换，通过PLC控制变频器以到达自动调整皮带机的电机转速与皮带速度，到达控制物料流量的目的。PLC采用通过计算，控制系统外部输入点数(INPUT)为9点，控制输出点数(OUTPUT)为12点。选用西门子系列的S7-200CPU224型，共INPUT有14点；OUTPUT有10点；该机型能满足系统控制要求，具有较好的性价比。西门子PLC中的S7-200系列可以满足多种多样的自动化控制需求。加上S7-200系列不仅稳定可靠而且还具有紧凑的设计、良好的扩展性、强大的指令，使得其可以近乎完美的满足小规模的控制系统要求。由于PLC引入，替代较复杂的

51、继电接触器控制。在保证工艺控制要求的情况下，大大的提高了生产效率，改善了设备的电气性能，提高了设备的自动化水平。该系统具有操作简单、可靠性高、工艺参数修改方便的特点，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素。在生产规模较大的场合，还可以将多台由PLC控制的设备与上位计算机联网，实现“集中管理、分散控制，在现代工业控制中，将具有广阔的应用前景，取得了良好的经济效益和社会效益。4.1.2 PLC控制系统满足控制要求生产系统控制采用PLC集散控制系统，实现对生产工况的微机控制和生产工艺的一体化管理，防止人工计量和个性化操作带来的复合肥生产波动和复合肥质量的波动，提高操作自动化水平和管理水平，从而

52、提高产品质量和生产系统的稳定性。使用S7-200型PLC对皮带秤监控复合肥的连续生产过程，可帮助充分利用原材料控制库存。在实际应用，验证了西门子控制皮带秤的优越性能。它们已成为枯燥、散状固体粒料连续在线控制调速配料的可靠保证。其维护量小、精度高等优点。在实际工作中显示了极微小的滞后性和优良的线性度，且设有过载保护功能。2.运行的平安性这是配料自控系统中首先要考虑的问题，在设计时采取很多措施对其进行保证。此外，上下限的位置保护，过载保护，报警信号处理等。继电器系统运行时的平安性，特别容易受到内部配线松脱，触点寿命及接触不良等因素影响，生产线规模大，继电器数目愈多，使用时间愈久，问题愈严重。而PL

53、C既无内部配线，不必考虑配线松脱，接触不良，线路漏电或短路，又无接触点，既不会接触不良，亦不会由于接触产生火花干扰电路，可靠性极高。其无故障运行时间达一万小时以上，其寿命为半永久性，因而可大大提高配料控制系统的平安性和可靠性，这是PLC控制配料系统的最大特点和优点。3.维护简单，检修方便这是生产复合化肥很重要的要求，从而保证系统出现故障时立即修复。继电器线路由于耗电大，电器柜要有良好的通风，因此灰尘较多，更容易引起触点接触不良，必须经常进行维护。而PLC耗电小，产生热量极少，电气柜可以密封设计，防止灰尘，不必经常进行维护。而在产生故障时，继电器线路需要熟练技工根据复杂线路图才能找出故障所在位置

54、，如果更换继电器那么费时费工，弄乱了线路还会造成隐患。而PLC控制系统具有自诊断功能，为积木式结构，其输入输出均有信号灯指示，维修人员甚至不必动用电表就可以发现故障。在实际运行中，PLC配料控制系统查找和修复故障的时间比同样功能的继电器系统要快几倍，几十倍。4.器件标准化，编程工程化这是PLC控制复合肥配料和其他微机控制配料的不同点，特别适合我国化肥厂生产线改型换代的需求。编程工程化，简单易学，PLC所采用的助记符配合梯形图的编程方法，极易为熟悉电器线路的技术操作人员所掌握，一般10小时内可以清楚了解。40小时左右即可熟练运用，从而防止化肥厂改良控制系统而要更换人员。PLC作为标准化工控微机的

55、这些特点，使化工企业可以在不增加投资，不更换人员的情况下进行生产自动控制，大大提高生产效率和精度。综上所述，PLC的一系列特点和优点，是非常适于复合化肥自动配料控制系统的使用。 交流变压变频1.可以利用鼠笼型感应电动机:此型的电动机形体小,可以像机械式变速机不要变速部的空间,驱动都可以形小而轻；倘再附装传动装置(gear),那么效果倍增。无电刷或整流子，因而几乎是免维护(maintenance-free)的。2.可以利用既设的电动机,在既设的电路中插入变频器就可以把一定速的输送机,可无级调速。3.提升生产性能:使用变频器驱动那1:10至1:20的广范围速度控制,是遥控改变周波数指令就能做出来。所以容易选到最适合工作需要的速度,尤其假设采用向量控制变频方式,那么可以到达1:100的速度控制范围,附有PG的更高达1:1000的速度控制范围之任选运转。4.能柔顺地起动与停机:以变频器操作,那么因为它是低周波数起动,所以震荡小,再经柔顺操控(softstarts