本科畢業(yè)論文-基于PLC的飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).docx

摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多城市的工廠、事業(yè)單位都能看到各種形式的基于PLC的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。與此同時(shí)，工業(yè)經(jīng)濟(jì)在大踏步的前進(jìn)后，越來越需要提升生產(chǎn)效率，而生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化程度起著決定性的作用。PLC自問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，早已取代繼電器控制系統(tǒng)在工控行業(yè)的絕對(duì)統(tǒng)治地位，在全世界發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用。飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)是精細(xì)化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序，其中的配料工序質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動(dòng)配料控制過程是一個(gè)多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴(yán)格的協(xié)調(diào)控制，對(duì)料位、流量及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。本文依據(jù)飼料生產(chǎn)系配料系統(tǒng)的工藝流程介紹了飼料生產(chǎn)配料系統(tǒng)控制過程，詳細(xì)講述了PLC的選型及PLC飼料生產(chǎn)系統(tǒng)變頻控制中的硬件設(shè)置、參數(shù)設(shè)定和軟件設(shè)計(jì)過程。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制部分采用了PLC來控制生產(chǎn)過程，通過PLC來采集生產(chǎn)信息，通過PLC開關(guān)量輸入采集生產(chǎn)線的狀態(tài)及報(bào)警信息，并通過PLC開關(guān)量輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)艙門開關(guān)的控制。在自動(dòng)配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由皮帶稱完成對(duì)皮帶輸送的物料計(jì)量。PLC主要承擔(dān)對(duì)輸送設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并完成對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)、顯示及報(bào)警。關(guān)鍵詞：飼料生產(chǎn)；PLC；工藝流程；第1章 緒論1.1論文研究的來源、目的和意義1.1.1 論文研究的來源作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，畜牧業(yè)養(yǎng)殖在我國(guó)具有十分重要的基礎(chǔ)地位，而飼料工業(yè)又是為畜牧養(yǎng)殖業(yè)提供原材料供給的基礎(chǔ)。我國(guó)的飼料工業(yè)從改革開放開始起步，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)完成了從家庭手工作坊式的生產(chǎn)到世界第二大飼料生產(chǎn)大國(guó)的飛躍，已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的當(dāng)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，飼料產(chǎn)業(yè)己成為一個(gè)方興未艾的朝陽產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，服務(wù)“三農(nóng)”具有越來越重要的作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)飼料的需求量迅猛增加，采用傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)工藝流程早已不滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。飼料生產(chǎn)企業(yè)如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中擴(kuò)大產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，這是擺在飼料生產(chǎn)企業(yè)面前的一個(gè)非常嚴(yán)峻的課題。本論文正是在這樣一個(gè)大的背景條件下產(chǎn)生的。1.1.2 論文研究的目的和意義飼料生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用，不但是生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，更是源頭工序，直接關(guān)系著下游生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。配料精度的高低和配料速度的大小制約著整個(gè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量和產(chǎn)量，而飼料生產(chǎn)的自動(dòng)控制對(duì)提高配料生產(chǎn)的質(zhì)量起著舉足輕重的作用，飼料自動(dòng)控制系統(tǒng)有助于實(shí)時(shí)掌握和了解配料生產(chǎn)工藝流程的運(yùn)行狀況和參數(shù)變化，優(yōu)化生產(chǎn)，保證質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高管理水平，使生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，取得最佳效益。PLC是一種新型的具有極高可能性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)的將微處計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)由：專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高；采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令，編程方便；不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)，使用方便；模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使操作人員在維修時(shí)只需要更換插入式模板或其他易損部件即可完成，既方便又減少了影響生產(chǎn)的時(shí)間；維護(hù)方便、硬件軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗震防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品。1.2 飼料加工發(fā)展現(xiàn)狀飼料工業(yè)時(shí)畜牧養(yǎng)殖業(yè)的基礎(chǔ)。我國(guó)飼料工業(yè)開始于70年代中后期，經(jīng)過短短二十多年的發(fā)展，從無到有，從小到大，走過了許多發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)十年才走完的歷程，飼料工業(yè)已成為我國(guó)工業(yè)體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)已躍居為世界第二大飼料生產(chǎn)國(guó)。但是，飼料廠的配套自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度配料控制系統(tǒng)還相對(duì)滯后，因此實(shí)現(xiàn)安全可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度配料系統(tǒng)就顯得十分的迫切和必要。飼料廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動(dòng)控制、機(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、工業(yè)計(jì)算機(jī)集中控制等幾個(gè)階段。第一階段，飼料加工機(jī)械比較簡(jiǎn)單，各機(jī)械之間基本上沒有邏輯聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)操作人員一般只負(fù)責(zé)一到兩個(gè)設(shè)備的操作與監(jiān)控，并手工的記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量的人為因素很大。第二階段，繼電器手動(dòng)控制在很大程度上降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器組成的電控系統(tǒng)非常復(fù)雜，可靠性極低，特別是在調(diào)試和改造時(shí)的難度很大。第三階段，隨著大規(guī)模集成芯片技術(shù)的成熟，單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)較之前兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度降低，可靠性大大提高，但其抗干擾能力比較差也局限了它的應(yīng)用。第四階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的飼料廠自控系統(tǒng)也開始出現(xiàn)。這種系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任。隨著21世紀(jì)飼料加工新技術(shù)的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，飼料工業(yè)的自動(dòng)化控制水平也在相應(yīng)提高。美國(guó)及歐洲的一些國(guó)家的飼料廠從火車、汽車進(jìn)料，到成品散裝出料，全部為計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，整廠單班操作人員只需要兩個(gè)人。飼料廠的管理和控制全部通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)各部門的職能選擇不同的系統(tǒng)模塊。通過對(duì)人員管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)核算系統(tǒng)、原料接收系統(tǒng)、成品發(fā)放系統(tǒng)和生產(chǎn)加工系統(tǒng)共5個(gè)子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理，全部掌控整個(gè)飼料廠營(yíng)運(yùn)。在總體上，我國(guó)在飼料加工控制系統(tǒng)上存在技術(shù)不夠先進(jìn)、企業(yè)平均規(guī)模小、綜合生產(chǎn)水平低等問題。因此，進(jìn)一步提高飼料加工廠的自動(dòng)化程度，仍然十分緊迫，設(shè)計(jì)出高性能自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精度自動(dòng)配料系統(tǒng)意義重大。1.3 課題研究?jī)?nèi)容論文內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選型和電氣設(shè)計(jì)及PLC軟件設(shè)計(jì)：1) 飼料加工自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；2) 飼料加工自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)；3) 粉碎機(jī)自動(dòng)喂料系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4) 模塊式程序設(shè)計(jì)的應(yīng)用；1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排論文在結(jié)構(gòu)上分為五個(gè)章節(jié)，具體安排如下：第1章：本章簡(jiǎn)單介紹了飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)的概念以及論文的研究背景、目的和意義。通過論述飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)相關(guān)概念及PLC在國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較分析。給出了主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。第2章：本章簡(jiǎn)單介紹了PLC以及局域網(wǎng)控制基礎(chǔ)知識(shí)，然后對(duì)飼料生產(chǎn)工藝流程控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，針對(duì)飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要求提出了系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，最后給出了系統(tǒng)的的要求，提出了硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)造方案，包括硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第3章：本章主要進(jìn)行了飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)各個(gè)部分的硬件芯片選型和硬件電路的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容由變頻器、感應(yīng)器、電動(dòng)機(jī)、PLC的選型及設(shè)計(jì)過程。第4章：本章主要完成闡述飼料生產(chǎn)自動(dòng)化配料系統(tǒng)部分的軟件解決方案及其實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。本章還從系統(tǒng)數(shù)字濾波技術(shù)于PID調(diào)節(jié)算法角度，研究了數(shù)字濾波器及PID控制算法的設(shè)計(jì)方法和過程。第5章：本章的內(nèi)容時(shí)文章的總結(jié)和展望，總結(jié)了論文所完成的主要工作內(nèi)容，為了更好的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化只能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)，展望了基于PLC技術(shù)的飼料自動(dòng)化控制管理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景。第2章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)概述飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是對(duì)飼料生產(chǎn)及加工過程中的各類碎玉米、配料、微量元素等粉?；蛞后w物料進(jìn)行稱重并按所選配的方式進(jìn)行混合攪拌，制成滿足一定要求，具有較高營(yíng)養(yǎng)的飼料成品的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的自動(dòng)化系統(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前我國(guó)大部分飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程主要包括如下幾個(gè)核心部分：給料部分、稱量部分、配料部分。給料部分：給料部分是從原料倉(cāng)（或儲(chǔ)罐）向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的序號(hào)控制原料倉(cāng)（用于儲(chǔ)存各種飼料生產(chǎn)所需原料，如棉柏、豆柏、魚粉等）全速下料。根據(jù)飼料生產(chǎn)所需原料的不同特性，需要分別選用不同的給料設(shè)備。稱量部分：在進(jìn)行飼料生產(chǎn)的同時(shí)，需要判斷飼料生產(chǎn)所需要的所有料是否下料結(jié)束，一般通過采集電子稱的重量，將重量模擬電壓信息送往電子稱，用來采集重量信號(hào)來判斷是否達(dá)到提前量。在飼料生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)效率與準(zhǔn)確度往往采用雙配料倉(cāng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有多少配料倉(cāng)則需要安裝相應(yīng)的電子稱?？刂葡到y(tǒng)：飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)由稱量?jī)x表、可編程控制器及其它控制元件組成。為了實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制，則需要配置遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、地磅電子稱等。2.1.1 給料方式選擇目前，在飼料生產(chǎn)及加工領(lǐng)域，其中飼料生產(chǎn)配料廣泛采用的給料系統(tǒng)一般有以下幾種：電磁震動(dòng)給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、電磁閥給料系統(tǒng)等。除了上述四種方式外，還有一些場(chǎng)合可以采用傳送帶、刮板、真空抽吸、振動(dòng)給料等給料方式。其中應(yīng)用較為廣泛的分別是電磁振動(dòng)給料機(jī)和螺旋給料機(jī)。電磁振動(dòng)給料機(jī)運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)學(xué)的共振原理使得飼料生產(chǎn)中所需要的混合料在低臨界共振狀態(tài)下工作在給料過程中，物料在料槽中被連續(xù)拋起，并按拋物線軌跡向前跳躍運(yùn)動(dòng)，這種給料方式因?yàn)椴恍枰D(zhuǎn)動(dòng)部件，同時(shí)對(duì)料槽的磨損比較小，具有耗電少、體積小、重量輕、運(yùn)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。但遺憾的是該種給料方式對(duì)安裝要求比較高，并且現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy，調(diào)整不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲且運(yùn)行不好。螺旋給料機(jī)方式與電磁振動(dòng)給料機(jī)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)給料均勻的特點(diǎn)，并且不容易受外界影響。飼料所需混料由旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片在螺旋管體內(nèi)連續(xù)推進(jìn)送料，在重力作用下進(jìn)入攪拌器，使得系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)較小，能夠保持?jǐn)嚢鑲}(cāng)運(yùn)行平穩(wěn)，并且對(duì)稱量的干擾相對(duì)較小，能夠很好的避免飼料攪拌過程中飼料原材料分層或者攪拌不均的缺陷。但螺旋給料機(jī)上安裝有電動(dòng)機(jī)和減速器，重量大，效率較低。對(duì)于液體物料，一般采用閥門控制給料量。2.1.2稱重方式選擇在飼料生產(chǎn)的配料過程中，包括原料的儲(chǔ)存、輸送、稱重配料、除塵、物料混合等多種設(shè)備，涉及粉粒狀固體散料、液體等多種物料。根據(jù)飼料生產(chǎn)工藝要求，常用稱量方式有進(jìn)料式稱量和卸料式稱量2種，具有單斗單料、單斗多料、多斗多料等多種工作模式。其中進(jìn)料式稱量又可分為零位法和增量法等稱重方式，零位法指的是料倉(cāng)開始從空位給料，直到料倉(cāng)滿足給定要求，即停止加料，然后打開料倉(cāng)放料直到空位，再重新稱重。增量法指的是稱量料斗接收、稱量好飼料后，在未放空料倉(cāng)的情況下就開始加料，系統(tǒng)自動(dòng)將電子秤內(nèi)部計(jì)數(shù)值清零。很明顯，采用零位法的稱量方式其精度相對(duì)增量法更為精確。采用進(jìn)料式方法進(jìn)行物料稱量時(shí)，需要注意給料落差的計(jì)算，即當(dāng)給料設(shè)備停止給料后，部分物料尚未進(jìn)入攪拌倉(cāng)的余料?？紤]到落差余量對(duì)最終配料成份的影響，在實(shí)際配料稱量計(jì)算時(shí)其給料設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值。在實(shí)際的給料控制模式中，一般采用雙速給料的方法，首先根據(jù)給料設(shè)定值，快速放料，當(dāng)放料量接近設(shè)定值的90%左右，則減少閘門放料量，采取慢速給料，這種控制方式能夠在保證放料速度的同時(shí)增加稱量精度。卸料式稱量方式則與給料式過程相反，即先在料斗內(nèi)預(yù)先裝入多于配方要求的物料，然后開啟放料進(jìn)行稱量，通過稱量落下的物料重量便能夠獲取飼料生產(chǎn)所需配料的重量。采用減量法稱量可以直接將傳感器安裝在料倉(cāng)上，通過傳感器檢測(cè)料倉(cāng)中物料總重量減少的參數(shù)值計(jì)算飼料生產(chǎn)的實(shí)際配料量，但該方法稱量精度較低，因而在實(shí)際的配料控制過程中較少采用。同理，為了實(shí)現(xiàn)和增量法同樣的效率和控制精度，減量法也采取雙速卸料，在快速卸料量達(dá)到給定值的90%左右開始變?yōu)槁傩读稀?.1.3飼料生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)本文研究的飼料生產(chǎn)配料方式采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu):該稱量結(jié)構(gòu)類似固定式料斗秤結(jié)構(gòu)，不過該結(jié)構(gòu)為了節(jié)省電子稱量裝置，采用固定幾個(gè)料倉(cāng)對(duì)應(yīng)1臺(tái)電子料斗秤，各組份原料通過皮帶傳送裝置混合在同一臺(tái)料斗秤內(nèi)累加稱量后再由集料帶或集料小車收集進(jìn)入攪拌倉(cāng)進(jìn)行后續(xù)工序，該結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)多種配料的精確控制。飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的配料控制模塊由稱量?jī)x表、上位工控機(jī)、可編程控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡(jiǎn)單的稱重配料系統(tǒng)中，也可以采用工業(yè)計(jì)算機(jī)(IPC)加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進(jìn)行配料的控制。目前國(guó)內(nèi)大部分飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)造及過程如圖2-1所示在實(shí)際的飼料生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)的飼料成品料同樣需要存儲(chǔ)在相應(yīng)的倉(cāng)位中，其存儲(chǔ)倉(cāng)一般有單倉(cāng)、雙倉(cāng)或三倉(cāng)等配置形式，另外再配一個(gè)廢料倉(cāng)。本文設(shè)計(jì)的飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作過程及原理描述如下:飼料給料采用進(jìn)料式零位法，通過電子皮帶秤對(duì)圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量，并且采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)給料量采用比例調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制原理進(jìn)行給料量的計(jì)算，通過安裝在電子秤的稱重傳感器由電腦計(jì)算儀接收稱重信號(hào)和速度信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成累計(jì)值和瞬時(shí)流量并將其轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過串口線傳輸至飼料現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換將其變換成4-20mA范圍內(nèi)的給料模擬電流信號(hào)傳送給AI調(diào)節(jié)器與事先設(shè)置的飼料給料量進(jìn)行比較運(yùn)算后，根據(jù)偏差，運(yùn)用閉環(huán)PID控制算法以及數(shù)字濾波后計(jì)算需要調(diào)節(jié)的給料量，調(diào)節(jié)量同樣需要轉(zhuǎn)換成4-20mA范圍內(nèi)的模擬信號(hào)輸送給變頻器驅(qū)動(dòng)飼料給料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)給料量出現(xiàn)增大時(shí)，需要降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，反之，則提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，加快放料量，從而保證飼料生產(chǎn)配料量按照合理比例進(jìn)行配制。在進(jìn)行給料量計(jì)算時(shí)，按照如下算法過程進(jìn)行。系統(tǒng)首先根據(jù)設(shè)定好的序號(hào)控制原料倉(cāng)全速下料，假如電子秤門己關(guān)閉，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換采集電子秤的重量，并判斷是否到達(dá)提前量，如果沒到達(dá)提前量，繼續(xù)全速下料。如果到達(dá)了提前量，開始利用均值濾波及PID算法控制電機(jī)的通斷時(shí)間，開始點(diǎn)動(dòng)下料。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定值來檢測(cè)是否到達(dá)規(guī)定的誤差量，如果沒有到達(dá)規(guī)定的誤差量，繼續(xù)點(diǎn)動(dòng)下料。如果到達(dá)設(shè)定的誤差量，系統(tǒng)就會(huì)換倉(cāng)。在進(jìn)行生產(chǎn)的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)判斷所有的原料是否下料結(jié)束，如果所有原料下料沒有結(jié)束，控制原料倉(cāng)繼續(xù)下料。如果所有原料下料結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)攪拌機(jī)門是否關(guān)閉，如果沒有關(guān)閉，系統(tǒng)便會(huì)報(bào)警。2.2 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器(Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱PLC)，是以微處理器作為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。具體的說，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示，主要為工業(yè)環(huán)境所應(yīng)用。采用可以編程的存儲(chǔ)器，用于它內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它的可靠性高、耐高溫、耐沖擊和耐振動(dòng)等特點(diǎn)，己成為解決自動(dòng)控制問題的最有效工具。圖22 PLC控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.2.1 PLC的特點(diǎn)PLC具有高可靠性、容易掌握、體積小、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，新一代的PLC還具有PID調(diào)節(jié)功能，其應(yīng)用己經(jīng)從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，己成功地應(yīng)用于航天、冶金、輕工等行業(yè)?？刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜化和高難度化，使得PLC朝著集成化的方向發(fā)展，現(xiàn)在主要是PLC和PC集成、PLC和DCS集成、PLC和PID集成等等，這些都強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)化與通訊能力。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展比較快，用戶對(duì)開放性要求非常強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。比如說羅克韋爾A-B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西門子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等等。此外，很多PLC廠家擁有與之相應(yīng)的組態(tài)軟件及開發(fā)平臺(tái)，軟硬件的有效結(jié)合，一定程度上大大提高了系統(tǒng)的性能。PLC具有如下幾個(gè)典型特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)不論是硬件還是軟件，PLC都采取了很多措施，所以PLC控制系統(tǒng)非?？煽?。例如，在硬件方面:PLC的輸入輸出電路和內(nèi)部的CPU都是電隔離，而且CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，所以可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，這可使系統(tǒng)出故障的機(jī)率幾乎為零，做到萬無一失。在軟件方面:PLC系統(tǒng)都設(shè)置了“看門狗”(Watchingdog)監(jiān)控程序，PLC每次上電后，還都要運(yùn)行自檢程序及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，開發(fā)了很多防止及檢測(cè)故障的指令，出現(xiàn)故障時(shí)有相應(yīng)的出錯(cuò)信號(hào)提示。(2)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便PLC的梯形圖程序一般采用順序控制法，梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖十分接近，避免了生產(chǎn)一線的技術(shù)工人學(xué)習(xí)匯編語言，使得可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)方法更為簡(jiǎn)單，容易被初學(xué)者掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)來說，采用基于梯形圖的設(shè)計(jì)方法減少了繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間，其中繼電器控制系統(tǒng)中采用的接線邏輯被PLC存儲(chǔ)邏輯代替，較少了工程師進(jìn)行外部控制設(shè)備的接線工作，也使得后期的設(shè)備維護(hù)更為簡(jiǎn)單，減少了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。這也使得PLC控制器系統(tǒng)在許多對(duì)程序設(shè)置靈活性要求較高的小產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。(3)體積小，功耗低從全面及長(zhǎng)遠(yuǎn)看，PLC的使用還是經(jīng)濟(jì)的。一是因?yàn)樗捏w積小、所占空間小，輔助配套的設(shè)施投入少;二是使用時(shí)省電，運(yùn)行費(fèi)用也少;三是工作可靠，如停工損失也少;四是維修簡(jiǎn)單，維修費(fèi)用少;五是可再次使用并且能帶來附加價(jià)值等，從中可得到更大的回報(bào)。2.2.2 PLC工作原理PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。步驟如下:按照用戶控制要求編制好程序，并存于存儲(chǔ)器中，當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，CPU執(zhí)行命令，按指令序號(hào)(或地址號(hào))順序地作周期性循環(huán)掃描工作。如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，那么他就從設(shè)置的第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶設(shè)定的程序，直到程序結(jié)束為止。然后重新返回第一條指令，開始下一輪的工作。在每一次的掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采集和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，周而復(fù)始地進(jìn)行下去。圖23 PLC周期執(zhí)行程序流程圖PLC的掃描工作過程如圖2-3所示，主要可分為:采集輸入信號(hào)、程序執(zhí)行和輸出刷新三階段，并進(jìn)行周期性的循環(huán)工作。PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行一次采集，并存入寄存器中，此時(shí)寄存器會(huì)因采集到信號(hào)被刷新。然后PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。如果程序用梯形圖來表示的話，那么總是從上到下，從左到右順序執(zhí)行。所有程序執(zhí)行完畢后，PLC會(huì)將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài))轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后通過一定方式輸出，并驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。對(duì)于PLC控制系統(tǒng)輸出方式選擇而言，則需要根據(jù)選用的PLC產(chǎn)品以及控制系統(tǒng)規(guī)模進(jìn)行考慮。一般的原則是:對(duì)于大部分中小型控制系統(tǒng)來說，其控制的輸入輸出工I/O點(diǎn)數(shù)較少，PLC處理性能較低，所編寫的控制程序較簡(jiǎn)單，因而多采用一次性輸入輸出的方式，該方式在降低響應(yīng)速度的同時(shí)能夠提高系統(tǒng)的抗干擾性，因而適合工作環(huán)境干擾加大的場(chǎng)合。對(duì)于一些工I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制系統(tǒng)功能程序及過程比較復(fù)雜的系統(tǒng)，則一般采用定期采集、定期輸出的方式，能夠滿足較好的實(shí)時(shí)性控制要求。也有的系統(tǒng)采用中斷輸入/輸出或者基于智能工I/O接口等方式。2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)飼料生產(chǎn)過程控制的上述流程，本文設(shè)計(jì)的過程控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計(jì)算以及飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)組成一個(gè)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖24 飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其中遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)用來控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級(jí)管理及公司級(jí)管理層提供接口，包括對(duì)各種原料、配方、生產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲(chǔ)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC機(jī)和PLC組成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中上位機(jī)是PC工控機(jī)，為操作人員提供良好的人機(jī)界面，它的功能主要包括通信鏈路的建立，數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、處理與打包發(fā)送，參數(shù)和狀態(tài)的查詢，參數(shù)的修改，報(bào)表與圖表的輸出，數(shù)據(jù)庫(kù)的更新與維護(hù)等。下位機(jī)以小型PLC為核心，通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制計(jì)算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，利用PLC輸出的電流信號(hào)大小控制變頻器輸出的頻率的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，起到控制電動(dòng)給料裝置給料速度的目的，并完成對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)、顯示及報(bào)警等輔助功能?？紤]到本飼料生產(chǎn)系統(tǒng)飼料配比工藝過程固定，控制量主要以開關(guān)量控制為主(電動(dòng)機(jī)的啟、停由開關(guān)量控制)、帶少量數(shù)字量控制(變頻器的控制端輸入)，對(duì)系統(tǒng)控制速度要求較低，控制功能主要能夠?qū)崿F(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等即可。通過對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況、被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的中型可編程控制器就能夠很好的勝任自動(dòng)化生產(chǎn)配料系統(tǒng)開發(fā)要求。此外，在本工程設(shè)計(jì)中，為了避免電源對(duì)系統(tǒng)造成的干擾，計(jì)算機(jī)、所有PLC、工控儀表、變送器的電源均采用一體化供電方式，輸入輸出信號(hào)全部用繼電器隔離，防止強(qiáng)電損壞設(shè)備以及信號(hào)相互干擾。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在飼料生產(chǎn)工業(yè)中，由于飼料配料以及過程控制的復(fù)雜性、現(xiàn)場(chǎng)多種設(shè)備相互之間存在干擾以及系統(tǒng)可靠性要求高等特點(diǎn)，所以在實(shí)際應(yīng)用中常采用高可靠性的中央控制器如PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)如PROFIBUS。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC機(jī)和PLC 組成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中上位機(jī)是PC工控機(jī)，為操作人員提供良好的人機(jī)界面。下位機(jī)以小型PLC為核心，通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制計(jì)算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。在本系統(tǒng)中就是采用西門子S7-200可編程序控制器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線由PC機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)用來控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級(jí)管理及公司級(jí)管理層提供接口，包括對(duì)各種原料、配方、生產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲(chǔ)。由于配料控制系統(tǒng)需要快速同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，本文使用PROFIBUSDP通信協(xié)議，使DP主站能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控。根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型，通信速率為9600bps。整個(gè)飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。本章主要闡述系統(tǒng)功能模塊硬件部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。3.1 計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)飼料生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制，實(shí)際上包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容。一類是以自動(dòng)化儀表為執(zhí)行結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程中一些變化的物理量進(jìn)行自動(dòng)控制，使單機(jī)設(shè)備某一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)處于最佳工作狀態(tài)，屬于儀表自動(dòng)化的范疇。例如在配料混合生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過配料秤智能控制儀，按照預(yù)定的配方要求，控制物料的加料過程及配比，用壓制機(jī)智控制儀，控制和監(jiān)測(cè)壓制過程中的溫度、壓力、流量等。另一類是以電動(dòng)機(jī)、電磁閥等為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，屬于電氣傳動(dòng)自動(dòng)化的范疇。在這一范疇內(nèi)，結(jié)合飼料生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，本章所要解決的問題是如何按照生產(chǎn)工藝的要求，合理有效地按照一定的規(guī)律，控制飼料生產(chǎn)過程中上百臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行，己使整個(gè)生產(chǎn)過程達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)過程中，往往采用皮帶秤計(jì)量飼料的給量，其工作原理如圖3-1所示。圖31 皮帶秤結(jié)構(gòu)工作示意圖其中飼料生產(chǎn)所需要的各種配料按照給定配方通過給料設(shè)備送至配料點(diǎn)的子皮帶秤進(jìn)行過磅，電子秤相當(dāng)于重力及速度檢測(cè)傳感器，能夠?qū)⑴淞戏Q重以及皮帶傳速進(jìn)行數(shù)字顯示，同時(shí)利用數(shù)模轉(zhuǎn)換將配料進(jìn)給的瞬時(shí)流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)以420mA模擬電流形式送往PID調(diào)節(jié)器，整個(gè)系統(tǒng)按照閉環(huán)方式進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行負(fù)反饋控制，輸出控制結(jié)果給變頻器去驅(qū)動(dòng)電機(jī)來控制傳送皮帶給料的速度，確保飼料進(jìn)料量按照預(yù)定要求進(jìn)行配置?？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要求飼料生產(chǎn)過程中必須精確掌握配料進(jìn)給量與傳輸皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系。皮帶電子秤是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要由秤體、稱重傳感器和放料門組成。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該鋼制彈性體具有較強(qiáng)的抗過載能力和較長(zhǎng)的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下高準(zhǔn)確度配料的技術(shù)要求。本文考慮到飼料生產(chǎn)系統(tǒng)的工作過程，選用電子秤，其工作原理如圖3-2所示。圖3-2 電子稱工作示意圖電子秤的主要組成組件:重量傳感器、放大器電路、濾波器電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、中央處理器、電源供應(yīng)電路、按鍵、外殼、機(jī)構(gòu)、秤盤。電子秤的功能特點(diǎn):電子秤采用一個(gè)三積分A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)重量、溫度、電池電壓三個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，對(duì)傳感器的溫度零漂，溫度滿量程漂移，分二十個(gè)區(qū)間，線性化全自動(dòng)軟件補(bǔ)償，硬件成本增加極少，使電子計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);電子秤多機(jī)總線聯(lián)網(wǎng)(無須接口板)，一臺(tái)PC機(jī)可遙控幾十臺(tái)電子秤鍵盤操作和各種數(shù)據(jù)采集;電子秤能夠?qū)崿F(xiàn)CPU單總線雙向數(shù)據(jù)通訊;電子秤能檢測(cè)兩個(gè)加載點(diǎn)，達(dá)到十個(gè)加載點(diǎn)補(bǔ)償?shù)男Ч?，全自?dòng)解方程計(jì)算曲線參數(shù)，輕輕松松達(dá)到高精度線性補(bǔ)償?shù)哪康?電子秤抗干擾、高精度稱重濾波技術(shù)，將普通的一臺(tái)電子秤讀數(shù)穩(wěn)定度提高五倍以上;采用模塊化部件設(shè)計(jì)，加快電子秤的開發(fā)速度和產(chǎn)品的系列化，A/D模塊三種，低阻抗、高阻抗、帶CPU模塊，數(shù)字化CPU模塊多種，現(xiàn)推出一種高性能CPU模塊:53 (29mm，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘、RS232、RS485、DA、4M FLASH、多路I/0、單總線通訊、在線可編程模塊)。攪拌倉(cāng)所需飼料配料經(jīng)電子秤中的重量傳感器將配料重量轉(zhuǎn)換成電壓或電流的模擬訊號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字方式顯示。電子秤重力傳感器輸出信號(hào)穩(wěn)定性取決于電子秤自身質(zhì)量以及外部供電電源以及安裝位置。本文稱重電子秤內(nèi)部集成UH61-100u型重力傳感器，分別采用獨(dú)立電源供電來保證轉(zhuǎn)換精度，部分電子秤采用二次穩(wěn)壓來提高每個(gè)重力傳感器供橋電源的穩(wěn)定性。三只重力傳感器分別安裝在稱斗和稱架之間，在傳感器承受的重力與傳感器中心軸線存有。角的情況下則需要計(jì)算稱重誤差，計(jì)算公式為W=W (1-cosa)。假設(shè)電子秤秤斗凈重為100kg，料斗給料凈重25kg，則電子秤負(fù)載配料實(shí)際重量則為125kg，在傳感器安裝誤差為。=4。時(shí)，則計(jì)算誤差接近0. 43Kg。因而，電子秤中重力傳感器的安裝位置對(duì)稱重精度具有一定的影響，需要確保三只重力傳感器均能垂直受力。此外，在進(jìn)行電子秤內(nèi)部橋路時(shí)，需要保證傳感器輸出靈敏度相同，并且調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù)(2ppm/C)下。本系統(tǒng)中采用的電子秤儀表性能穩(wěn)定，其最大載荷可達(dá)250KG/M，完全滿足本系統(tǒng)飼料配料的稱量要求，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低、可靠性高，能夠以自動(dòng)秤量方式將散狀物料按照預(yù)定的配比進(jìn)行秤量并能夠控制物料的秤量、卸料。當(dāng)飼料送料和稱重到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，指針移到相應(yīng)的接近開關(guān)處，使電子秤動(dòng)作再執(zhí)行下一步飼料的送料和稱重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。同時(shí)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能，可以設(shè)定預(yù)置功能及落差補(bǔ)償功能，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高速動(dòng)態(tài)采樣。它的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號(hào)送入PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。在本系統(tǒng)中，飼料配料給料量控制采用順饋一單回路負(fù)反饋復(fù)合控制策略進(jìn)行，其控制算法基于數(shù)字濾波及PID控制，其控制電路設(shè)計(jì)如圖3-3所示。采集后的重力傳感器信號(hào)將數(shù)字化后的稱重信號(hào)以及測(cè)速信號(hào)分別轉(zhuǎn)化為兩個(gè)420mA模擬輸出信號(hào)，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入，用來進(jìn)行擾動(dòng)的補(bǔ)償控制，一個(gè)作為PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入，兩者信號(hào)的輸出進(jìn)行相加與給定的控制信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，輸出420mA模擬偏差調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)變頻器頻率來調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖3-3 單回路前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖3.2 PLC子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC安裝在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域控制器CPU中，能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域設(shè)置的傳感器以及生產(chǎn)過程、設(shè)備工作狀態(tài)等監(jiān)控參數(shù)通過總線進(jìn)行傳輸并由PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過串口總線傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制PC機(jī)，能夠及時(shí)將過程控制的結(jié)果以及各項(xiàng)參數(shù)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)部署在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)上的生產(chǎn)控制命令進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，控制各生產(chǎn)車間設(shè)備(給料機(jī)、攪拌倉(cāng)、成品打包等)按照生產(chǎn)程序正常工作。其中PLC現(xiàn)場(chǎng)控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，主要包括供電系統(tǒng)、PLC、總線通信與觸摸屏等。在本項(xiàng)目中采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC,供電系統(tǒng)由隔離變壓器、PS207組成，CPU模塊選用CPU226-2DP，總線采用PROFIBUS總線接口完成與西門子的PLC的網(wǎng)絡(luò)化連接，最后通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度管理的協(xié)調(diào)。3.2.1 PLC系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)在熟悉工藝流程特點(diǎn)和明了控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是詳細(xì)羅列該系統(tǒng)的全部功能和要求，其中包括系統(tǒng)方框圖組成的描述，PLC及其I/O與被控過程其他控制器或計(jì)算機(jī)關(guān)系的闡述等。圖3-4 飼料廠生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)框圖飼料廠生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)框圖各部分功能如圖3-4所示:1）PLC作為控制主機(jī)安裝在PLC柜內(nèi)，通過其I/O模塊，接收來自MCC柜內(nèi)的交流接觸器、保護(hù)元器件(自動(dòng)空氣開關(guān)、繼電器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器)等動(dòng)作輸入信號(hào)以及操作臺(tái)上控制按鈕主令信號(hào)，根據(jù)程序運(yùn)行的結(jié)果發(fā)出輸出信號(hào)，控制MCC柜內(nèi)的交流接觸器動(dòng)作，從而達(dá)到控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的。2）MCC柜即電動(dòng)機(jī)控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動(dòng)空氣開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對(duì)被控設(shè)備實(shí)行驅(qū)動(dòng)控制以及短路、過載保護(hù)等功能。3）現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)各樓層，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的手/自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)手啟動(dòng)、停操作，在自動(dòng)控制方式下，亦能通過現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備的緊急停車，通過PLC控制程序運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備工段的自動(dòng)聯(lián)鎖停車。4）用雕刻或絲網(wǎng)印刷等方法將工藝流程刻畫在有機(jī)塑料或技術(shù)材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來模擬顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。燈亮表示該設(shè)備在運(yùn)行，燈熄滅表示該設(shè)備停車等。采用這種方式模擬現(xiàn)場(chǎng)顯示生產(chǎn)過程，直觀、一目了然，但反映的信息單調(diào)，電氣接線較多，一旦制造成功，工藝上有任何改動(dòng)，在模擬屏上不能更改。所以在一些飼料廠的設(shè)計(jì)中，取消了這部分硬件設(shè)備，而用PLC與上位機(jī)通訊組態(tài)方式，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工藝流程。操作臺(tái)安裝系統(tǒng)中的一些操作按鈕、指示燈、報(bào)警器、電流電壓表、控制電源穩(wěn)壓器等。如一次回路的合閘分閘按鈕、各樓層信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕、指示燈、各工段的主令啟動(dòng)、停車按鈕等。e.典型控制原理圖:以一個(gè)直接啟動(dòng)的電機(jī)控制回路，說明強(qiáng)電控制系統(tǒng)與PLC之間的關(guān)系。如圖3-5所示。圖3-5 典型控制原理QF自動(dòng)空氣開關(guān)，做短路、斷路和過載保護(hù)開關(guān)PF熱電保護(hù)KM交流接觸器SB現(xiàn)場(chǎng)手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換及急停開關(guān)SA現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕合上主回路空氣開關(guān)QF其常開觸點(diǎn)QF閉合，當(dāng)SB置手動(dòng)位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SA，交流接觸器KM線圈得電，其輔助常開觸點(diǎn)閉合自鎖，主觸點(diǎn)KM閉合接通電動(dòng)機(jī)M電源，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，其主觸點(diǎn)及常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)電源切斷停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但SB置于自動(dòng)位置時(shí)，由PLC根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號(hào)，使KM線圈得電，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)PLC根據(jù)程序命令監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的狀態(tài)，KM常開觸點(diǎn)閉合，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“1”，則電機(jī)M正常運(yùn)行;運(yùn)行中當(dāng)發(fā)生短路或過載故障時(shí)QF常開觸點(diǎn)也斷開，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“0”，KM常開觸點(diǎn)斷開，其對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為“0”，通過編制程序，PLC發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并切斷有關(guān)的輸出信號(hào)做相應(yīng)的聯(lián)鎖停車控制。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SB置于中間位置，KM線圈失電，電機(jī)停止運(yùn)行，相應(yīng)的SB輸入狀態(tài)位由“1”變?yōu)椤?”，KM輸入狀態(tài)由“1”變?yōu)椤?”，PLC同樣發(fā)出報(bào)警及聯(lián)鎖控制信號(hào)。3.2.2 PLC選型PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號(hào)不同,對(duì)應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同,適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此,合理選用PLC,對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。通過對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況、被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的SIMATIC S7-200 系列 PLC。杰出的實(shí)時(shí)響應(yīng)在任何時(shí)候均可對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性。SIMATIC S7-200 Micro 自成一體：特別緊湊但是具有驚人的能力特別是有關(guān)它的實(shí)時(shí)性能它速度快，功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡(jiǎn)便的硬件和軟件。但是還有更多特點(diǎn)：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)目前不是很大，但是未來不可限量的定制解決方案。這一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一個(gè)緊湊的性能范圍內(nèi)為自動(dòng)化控制提供一個(gè)非常有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對(duì)以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。SIMATIC S7-200可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。1) 基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表3-1：表31 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)CPU22164CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)CPU226XM24162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)2) 擴(kuò)展單元S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表4-12所示：表4-12 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類型型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無EM232無2EM235313) 可編程序控制器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。4) 程序存儲(chǔ)卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。5) 寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。6) 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參斷3.2.3 PLC系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)在確定機(jī)型容量時(shí)，I/O點(diǎn)數(shù)變成了一個(gè)重要因素。將所有I/O點(diǎn)按其形式(開關(guān)量或模擬量)、功用(輸入或輸出)、信號(hào)電平(直流或交流、電流電壓等級(jí))和設(shè)置地點(diǎn)(遠(yuǎn)程或就地)等來分類，并按照預(yù)選的PLC機(jī)型編制I/O分配端子圖，包括架號(hào)、機(jī)架內(nèi)的I/O通道號(hào)，每個(gè)I/O點(diǎn)的操作數(shù)分配號(hào)(即I/O地址號(hào))和寄存器的選用安排等，列出PLC硬件配置清單。PLC要實(shí)現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的啟停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累計(jì)。小型PLC中，整體式的體積小而且價(jià)格比模塊式的便宜，但在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常碰到一些沒估計(jì)的指標(biāo)，所以在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式PLC排除故障所需時(shí)間短，估算輸入輸出接口比較多，考慮到成本我們采用離線編程的方式，以降低軟硬件的開銷。根據(jù)PLC I/O節(jié)點(diǎn)使用原則，即預(yù)留出25%左右的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用。本系統(tǒng)中I/O點(diǎn)數(shù)量和類型如表3-1所示。表3-1生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)I/O點(diǎn)數(shù)量和類型表I/O類型數(shù)字量輸入開關(guān)量輸出開關(guān)量輸入信號(hào)類型流量信號(hào)4按鈕4電磁閥4速度信號(hào)4料位傳感器8指示燈8變頻器故障4接觸器9變頻器啟動(dòng)4調(diào)速信號(hào)3自動(dòng)手動(dòng)切換開關(guān)2報(bào)警電鈴2跑偏檢測(cè)電位器43.2.4 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)關(guān)系著本飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，加之系統(tǒng)包括飼料配比、攪拌加工、成品傳輸、打包分裝，現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表包括電子秤、壓力、溫度、風(fēng)量、物料位等多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，需要能對(duì)重要參數(shù)區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)分析，保證生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的最佳范圍和各參數(shù)間的最佳組合，就不得不提高PLC控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)抗干擾性，本文主要從系統(tǒng)輸入、輸出電路設(shè)計(jì)以及抗干擾設(shè)計(jì)幾點(diǎn)進(jìn)行闡述34-351) PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì):在信號(hào)源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線就很容易通過磁禍合在電路中形成干擾。例如PLC供電電源適用的電源范圍較寬，常為AC85-240V，因而可通過安裝1:1隔離變壓器、電源濾波器等裝置解決輸入端干擾禍合問題，同時(shí)將導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備以及動(dòng)力網(wǎng)，將變壓器的次級(jí)線圈屏蔽層接PLC輸入電路、信號(hào)線避免與動(dòng)力線平行敷設(shè)來減小高低頻脈沖干擾。同時(shí)，對(duì)PLC輸入電路電源做好防短路及過載等問題。2) PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，晶體管輸出可用于變頻器、各種指示燈或數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止，它響應(yīng)時(shí)間短，適用于高頻動(dòng)作;首選繼電器輸出的條件是PLC控制系統(tǒng)輸出頻率應(yīng)在6次/min以下，采用這種方法，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力較強(qiáng)。如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載的，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成強(qiáng)烈的電流沖擊，所以直流感性負(fù)載一般和二極管相連，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)接入吸收電路，這樣PLC就可以得到有效的保護(hù)。當(dāng)PLC的掃描頻率在10次/min以下時(shí)，可采用繼電器輸出，也可采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或固態(tài)繼電器(SSR)，然后再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，PLC內(nèi)部一般互鎖，但最好在PLC外部進(jìn)行硬件上的互鎖，這樣就大大加強(qiáng)了PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。3) PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。影響PLC飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，因而在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要針對(duì)不同的干擾源進(jìn)行分類，如根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原因可分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;根據(jù)噪聲的波形及性質(zhì)可分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。在本系統(tǒng)中，可通過將PLC系統(tǒng)裝置在金屬柜之內(nèi)，同時(shí)將外殼接地來進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽來防止空間輻射干擾;在實(shí)際的布線過程中，將強(qiáng)電和弱電分開走線并保持足夠的間距，模擬信號(hào)傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。3.3 輸入輸出模塊選擇3.3.1 S7-200PLC的數(shù)字量模塊數(shù)字量輸入模塊包括直流輸入模塊和交流輸入模塊，主要用來控制用戶設(shè)備的數(shù)字量輸入信號(hào)的通/斷(0N/0FF)，如按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、光電開關(guān)、接近開關(guān)、繼電器和接觸器的觸點(diǎn)等。數(shù)字量輸入模塊的每一個(gè)輸入點(diǎn)與用戶設(shè)備連接構(gòu)成輸入電路，并通過輸入電路把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收的數(shù)字信號(hào)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)多樣性的需求。數(shù)字量輸入的編程元件為“I”。1）直流輸入模塊。S7-200PLC直流輸入模塊如EM221 8點(diǎn)24VDC, 8個(gè)數(shù)字量輸入分為兩組，1M和2M分別為兩組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端。直流電源可以用CPU模塊輸出的24VDC作為輸入回路的電源，也可以用外部用戶提供的24VDC作為輸入回路的電源，正、 反電壓極性都可以。直流輸入模塊圖如下圖36所示。圖36 直流輸入模塊圖直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖37所示。圖中雙向發(fā)光二極管LED用作狀態(tài)指示;電阻R2和C構(gòu)成濾波電路，濾掉輸入電路的觸點(diǎn)抖動(dòng)或髙頻干擾脈沖;光耦合器T隔離了外部輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，并把外部信號(hào)整流成內(nèi)部電路接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)外部按鈕SB接通時(shí)，直流電源經(jīng)電阻R1和阻容濾波后加在雙向發(fā)光二極管LED 上，經(jīng)過光耦合，光敏晶體管接收光信號(hào)并送入內(nèi)部電路，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“1 雙向發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮;當(dāng)外部按鈕SB斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“O”，LED 熄滅圖37 直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線圖2)交流輸入模塊。S7-200PLC交流輸入模塊如EM221 8 點(diǎn)220VAC，有8個(gè)分隔式數(shù)字量 輸入端，供電電源為220VAC,如圖38交流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖3-9所示。圖中R1為取樣電阻，用來限制輸 入信號(hào)過高;R2和C為髙頻去耦電路，防止高頻信號(hào)干擾。當(dāng)外部按鈕SB接通時(shí)，交流電源 經(jīng)電容C、電阻R2和雙向發(fā)光二極管LED,使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)過光耦合，光敏晶體管接收光信號(hào)并送入內(nèi)部電路，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為雙向發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮：當(dāng)外部 按鈕SB斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“0”，LED熄滅圖38 交流輸入模塊圖圖39交流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線圖3.4.2 PLC模擬量模塊模擬信號(hào)是指在一定范圍內(nèi)連續(xù)的信號(hào)（如電壓、電流等），這個(gè)“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200系列模擬量時(shí)，需要注意信號(hào)量程范圍、撥碼開關(guān)設(shè)置、模塊規(guī)范接線、指示燈狀態(tài)信息等。S7-200模擬量模塊分為AI模擬量輸入模塊、AO模擬量輸出模塊、AI/AO模擬量輸入輸出模塊三種類型。1) AI模擬量輸入模塊如果傳感器輸入的模擬時(shí)電壓或電流信號(hào)（如10V或0-20mA），可以選用普通的模擬量輸入模塊，通過撥碼開關(guān)設(shè)置來選擇輸入信號(hào)量程。注意規(guī)范接線，盡量按照模塊上的通道順序使用，且未接信號(hào)的通道應(yīng)短接。如果傳感器時(shí)熱電阻或熱電偶，直接輸出信號(hào)接模擬量輸入，但需要選擇特殊的測(cè)溫模塊，測(cè)溫模塊分為熱電阻模塊EM231RTD和熱電偶模塊EM231TC。注意不同的信號(hào)應(yīng)該連至相對(duì)應(yīng)的模塊。2) AO模擬量輸出模塊S7-200的擴(kuò)展模塊里，分別有2路、4路的模擬量輸出模塊EM232，根據(jù)接線方式選擇輸出信號(hào)類型，如電壓：10V，流：-20mA（4-20mA。3) AI/O模擬量輸入輸送模塊A. CPU本體集成的2路AI、1路AO本體集成的2路AI電壓是10V，1路AO是：電壓信號(hào)：0-10V或電流信號(hào)：0-20mA；輸出信號(hào)類型可以通過硬件接線來選擇。B. EM235模擬量輸入輸出模塊EM235模塊由4路AI和1路AO，通過撥碼開關(guān)設(shè)置來選擇4路AI通道的輸入信號(hào)量程，1路AO是：電壓信號(hào)：0-10V或電流信號(hào)：0-20mA；輸出信號(hào)類型可以通過硬件接線來選擇。3.4.3 通信接口設(shè)置S7200PLC整合了一個(gè)或兩個(gè)RS485通信接口，即可作為PG（編程）接口，也可作為OP（操作終端）接口，如鏈接一些HMI（人機(jī)接口）設(shè)備。支持自由通信協(xié)議及PPI（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主站模式）通信協(xié)議。3.4.4 電源S7200本機(jī)單元有一個(gè)內(nèi)部電源，它為本機(jī)單元，擴(kuò)展沒款以及24v/DC電源輸出。每一個(gè)S7200CPU向外提供5VDC和24VDC電源。需要注意一下兩點(diǎn)：1) CPU模塊都有一個(gè)24V DC電源的定額，可以增加一個(gè)外部24V DC電源來供給擴(kuò)展。2) 當(dāng)有擴(kuò)展模塊鏈接時(shí)CPU模塊也為提供5V電源。如果擴(kuò)展模塊的5V電源需求超出了CPU模塊的電源定額，必須卸下擴(kuò)展模塊，直到需求在電源預(yù)定值之內(nèi)才行。第4章 PLC軟件部分設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在傳統(tǒng)儀表PLC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用局域網(wǎng)通信技術(shù)將飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制與公司遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)相結(jié)合，融和了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議通信、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多種方法。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)軟件以及遠(yuǎn)程端管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。本章主要闡述PLC現(xiàn)場(chǎng)部分的軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)字PID控制算法。4.1 飼料生產(chǎn)控制程序流程可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了用戶程序的編制方法，在目前各類PLC 控制程序設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)諸如順序控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、判斷分支結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)等，針對(duì)不同的控制功能及其過程，不同程序結(jié)構(gòu)同時(shí)決定了系統(tǒng)內(nèi)部電路組成及編程思路的差異性。循環(huán)控制的程序結(jié)構(gòu)，采用模塊式結(jié)構(gòu)，整個(gè)程序是由若干個(gè)程序塊串聯(lián)組成，每個(gè)程序塊又由若干條指令，完成某種控制功能。運(yùn)行時(shí) CPU 從程序起點(diǎn)開始，依次執(zhí)行各個(gè)程序塊中的每一條指令，直到程序終點(diǎn)，從而構(gòu)成一個(gè)掃描周期，并周而復(fù)始地重復(fù)上述掃描循環(huán)。 對(duì)于飼料生產(chǎn)過程的控制，采用循環(huán)控制結(jié)構(gòu)及編程方法，就完全可以達(dá)到控制功能的要求，一般包括以下幾個(gè)程序塊： a)系統(tǒng)工作狀態(tài)識(shí)別及初始化程序塊；b)設(shè)備非聯(lián)鎖集中控制操作程序庫(kù)；c)流程聯(lián)鎖控制主令啟停操作程序塊；d)設(shè)備輸入狀態(tài)檢測(cè)程序塊；e)風(fēng)網(wǎng)設(shè)備控制程序塊；f)主流程設(shè)備控制程序塊；g)設(shè)備故障報(bào)警程序及顯示程序塊；h)與上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)的采集與匯總程序塊。由現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)程序初始化，根據(jù)遠(yuǎn)程控制端計(jì)算機(jī)發(fā)送的系統(tǒng)配置參數(shù)啟動(dòng)可編程控制