2672 復(fù)合化肥混合比例裝置及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2672 復(fù)合化肥混合比例裝置及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),復(fù)合,化肥,混合,比例,裝置,plc,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 1第 1 章 緒論1.1 前 言隨著我國工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，配料皮帶秤已廣泛地應(yīng)用在冶金、建材、電力、化工、食品等行業(yè)中。我國現(xiàn)在廣泛使用的配料皮帶秤的控制部分還比較落后，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。過去傳統(tǒng)配料皮帶秤多采用模擬電路控制滑差調(diào)速電機(jī)的方法進(jìn)行速度控制，由于滑差電機(jī)調(diào)速方式在低速時特性差、效率低；使用現(xiàn)場外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉塵很容易進(jìn)入滑差電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護(hù)麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)；另外由于采用模擬電路控制方式，控制不穩(wěn)定，精度低，調(diào)試煩瑣，使用極不方便。我們可結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，采用可編程序控制器控制矢量型變頻器拖動密封式鼠籠電機(jī)方案，以數(shù)字處理技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，以無級變速的矢量型變頻器控制封閉式鼠籠電機(jī)，取代老式的滑差式調(diào)速方式。本章主要介紹了散狀物料的配料混合自動化運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r,電子皮帶秤運(yùn)行過程的配料以及混合設(shè)計(jì)的方案。1.2 選題背景在復(fù)合肥的生產(chǎn)特別是對原料配比控制系統(tǒng)總存在一定的不足，有的成本高，不易推廣；有的精度與可靠性差，無法在環(huán)境惡劣、現(xiàn)場干擾大的場合滿足高精度的配料要求。并且大多數(shù)使用的是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因而成本高、靠干擾能力差。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多情況下是通過現(xiàn)場操作人員按照配比，人工調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料量。其缺點(diǎn)是給料量的大小完全靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)或"人工跑盤" 的結(jié)果來決定，配比精度較差，操作人員勞動強(qiáng)度大，自動化水平極低。配料系統(tǒng)普遍存在的問題是：配料精度低，機(jī)電控制部分的可靠性差，缺少數(shù)據(jù)庫管理生產(chǎn)以及對生產(chǎn)過程的實(shí)時動態(tài)監(jiān)視。配料精度低的主要原因是電子秤系統(tǒng)的動態(tài)性范圍小，而可靠性差主要是中間繼電器和微機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性低所致。通過電子皮帶秤生產(chǎn)廠家和用戶的共同努力，近年來電子皮帶秤的精度和使用情況有了一定的改善，但仍然存在運(yùn)行維2護(hù)量較大，精度校核工作繁重、程序多等問題，遠(yuǎn)未能達(dá)到如靜態(tài)電子衡器所能達(dá)到的使用精度和使用效果。1.3 配料混合系統(tǒng)研究意義在化工以及冶金、建材、飼料、加工等行業(yè)，配料工段一般都是整條生產(chǎn)線非常重要的一環(huán)。配料工段直接關(guān)系到生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。如今，配料工段的自動化越來越普遍，作為實(shí)現(xiàn)配料工段自動化手段的可編程控制配料系統(tǒng)必將會得到更為廣泛的應(yīng)用。在生產(chǎn)過程或工藝流程中,對各種配料稱重、定量稱重及現(xiàn)場技術(shù)的要求愈來愈高，現(xiàn)代的稱重計(jì)量儀器,不僅要給出重量或質(zhì)量,也要作為過程檢測系統(tǒng)中的一個單元而具有測量、計(jì)算、控制、檢驗(yàn)及通訊等功能,它們已成為工藝技術(shù)、儲運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收發(fā)貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售行業(yè)中必不可少的組成部分,推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。配料工序是復(fù)合化肥生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其配料精度直接影響著化肥產(chǎn)品的質(zhì)量，落后的配料設(shè)備不僅效率低而且配料不準(zhǔn),手工操作又將人的因素引入配料環(huán)節(jié)，使工藝配方難以在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及進(jìn)一步提高，因此實(shí)現(xiàn)高精度自動配料對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)有著極為重要的意義。1.4 配料混合系統(tǒng)的發(fā)展前景1.配料系統(tǒng)皮帶秤由最初的純機(jī)械式（滾輪式）皮帶秤開始，已經(jīng)發(fā)展四代產(chǎn)品，第二代是傳感器電子儀表皮帶秤，第三代是傳感器微機(jī)式皮帶秤，第四代是微機(jī)智能化皮帶秤。電子皮帶秤是在皮帶輸送機(jī)輸送物料過程中同時進(jìn)行物料連續(xù)自動稱重的一種計(jì)量設(shè)備，其特點(diǎn)是無需人員的干預(yù)就可以完成稱重操作。國外從上世紀(jì)五十年代開始使用電子皮帶秤，國內(nèi)則從六十年代末期開始試生產(chǎn)電子皮帶秤。時至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計(jì)、沖量式流量計(jì)、失重式秤等多種固體物料連續(xù)計(jì)量設(shè)備也有一定規(guī)模的應(yīng)用，但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡，也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計(jì)量設(shè)備的地位。電子皮帶秤主要由傳感器、秤架、二次儀表三大部分組成，在實(shí)際應(yīng)用過程中，要想使電子皮帶秤在一個較長的時間周期內(nèi)保證一定的精確度。3其檢定過程非常重要，所以首先將從以下幾個方面介紹電子皮帶秤的發(fā)展現(xiàn)狀：傳感器、秤架、二次儀表、檢定。（1）傳感器電子皮帶秤的傳感器包括測量秤架上物料瞬時重量的稱重傳感器及測量皮帶速度的測速傳感器（又稱測量皮帶行程的位移傳感器） ，該系統(tǒng)涉及到了其中的測速傳感器。測速傳感器主要分模擬式和數(shù)字式兩種。當(dāng)前國內(nèi)外普遍使用數(shù)字式測速傳感器，用模擬式測速傳感器來檢測速發(fā)電機(jī)輸出電壓的方式已不再使用。非接觸式測速傳感器盡管從理論上講是優(yōu)越的，能消除“打滑” ，直接檢測輸送帶的線速度，但在實(shí)際使用任然存在許多實(shí)際問題，有待解決，故未得到廣泛的工程應(yīng)用。實(shí)際廣泛使用的是接觸式測速傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，有些廠家的產(chǎn)品將測速元件直接裝到尾輪或托輥上，以尾輪或托輥代替摩擦輪。接觸式測速傳感器正常條件下能比較好地測得輸送帶運(yùn)行速度，缺點(diǎn)是摩擦輪粘上泥灰，使直徑變大或者“打滑” ，產(chǎn)生測速誤差，不能準(zhǔn)確地反映輸送帶線速度。（2）秤架秤架是電子皮帶秤的負(fù)荷承受部分，即稱重裝置。為了減輕“皮帶效應(yīng)”對稱重結(jié)構(gòu)的影響，研究、設(shè)計(jì)出各種各樣的秤架，典型的秤架結(jié)構(gòu)形式有單托輥式、多托輥雙杠桿式、多托輥懸浮式、平行板簧式、懸臂式、整體式等幾種。其中杠桿系統(tǒng)的支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，早期采用刀口和一般軸承，這類支點(diǎn)結(jié)構(gòu)因傳遞力的效果不佳基本上被淘汰?，F(xiàn)在大多數(shù)采用彈簧片作彈性支撐，秤架上目前采用的支撐簧片有 X 型、十字型和單吊片型三種。此外少數(shù)廠用特殊橡膠軸承或無摩擦耳軸作秤架的支撐點(diǎn)。（3）二次儀表二次儀表分模擬式、數(shù)字式、電腦式和集散式。從上世紀(jì)八十年代起，微機(jī)數(shù)字式皮帶秤就開始取代常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表了。其特點(diǎn)除了計(jì)算精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表外，功能豐富也是其主要特點(diǎn)。以往常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表只有重量信號與皮帶速度信號的乘法運(yùn)算、累計(jì)值運(yùn)算及簡單的調(diào)零、調(diào)滿值功能，而采用微機(jī)數(shù)字式皮帶秤后，多達(dá)數(shù)十種功能可以儲存在二次儀表內(nèi)供用戶隨時調(diào)用，這些功能包括：自動調(diào)零、自動調(diào)滿值、秤架特性非線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波、模擬檢定精確度自動計(jì)算及結(jié)果判定、有關(guān)參數(shù)輸4入（如量程、托輥間距、皮帶傾角、模擬標(biāo)定值、累計(jì)值的分辨率等等） 、公制英制單位（如 t/h、lb/s）選擇、輸入?yún)?shù)及中間計(jì)算參數(shù)顯示、總運(yùn)行時間顯示、各種調(diào)整（調(diào)零、調(diào)滿值）次數(shù)顯示、多個稱重傳感器平衡調(diào)整、稱重傳感器及測速傳感器數(shù)值調(diào)整、多組內(nèi)部及外部累計(jì)器、PID 控制、定值控制、各種參數(shù)報警等等。這些功能的增加都是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，所以二次儀表的成本并不增加。2.混合系統(tǒng)螺旋輸送機(jī)是化工企業(yè)中用途較廣的一種連續(xù)混料輸送設(shè)備，與其它輸送設(shè)備相比較，它在輸送過程中同時完成攪拌、混合等工序，即實(shí)現(xiàn)連續(xù)性混合。特別地，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造成本低，維修方便。對封閉的料槽可減少對環(huán)境的污染。螺桿計(jì)量配重方式則具有較多的技術(shù)優(yōu)勢。采用螺桿計(jì)量裝置，其計(jì)量精度較高，在輸送過程中不會出現(xiàn)堵塞物料的現(xiàn)象，是食品、精細(xì)化工行業(yè)運(yùn)用比較普遍的一種計(jì)量輸送方式。1.5 本文的結(jié)構(gòu)本文在現(xiàn)有的配料混合系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)配料混合系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，從機(jī)械和電氣控制兩方面對系統(tǒng)各個部分的設(shè)計(jì)分章節(jié)展開了詳細(xì)的介紹。5第 2 章 配料混合機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案在化工生產(chǎn)中，采用帶式輸送機(jī)連續(xù)輸送，而皮帶秤是一種能解決帶式運(yùn)輸機(jī)散裝物料連續(xù)自動稱量和自動配料的衡器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的:三臺帶式輸送機(jī)作為配料系統(tǒng)運(yùn)載復(fù)合肥的設(shè)備,其基本參數(shù)為：每臺輸送機(jī)的額定輸送能力為 Q=30t/h，帶寬 B=650mm，復(fù)合肥的粒度 2～5mm，松散密度 ，安息角 ，機(jī)長 L=5m，配?390kg/m?18???料過程中輸送機(jī)的額定線速度為 0.8m/s。完成配料后的復(fù)合肥通過混合系統(tǒng)對其進(jìn)行混合，混合系統(tǒng)選擇過程中關(guān)鍵是要能夠進(jìn)行混合的同時完成輸送的連續(xù)性設(shè)備。其中，選型的時候，要注意其輸送能力要與配料系統(tǒng)相匹配。 ，再將混合后的物料通過輸送帶運(yùn)送到下一個生產(chǎn)線上。2.2 配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)選擇電子皮帶秤在輸送狀態(tài)下利用測速傳感器將輸送帶運(yùn)送復(fù)合肥式的速度轉(zhuǎn)換成電信號。再通過 S200-7 中的模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過 PLC 對變頻器來實(shí)現(xiàn)配料輸送帶的速度的調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)自動配料控制。其工作原理圖見圖 2-1。輸送機(jī)輸送物料式，PLC 連續(xù)測量輸送帶在某時刻的速度 （m/s） ，由v于下料的閥門口始終保持不變，即輸送帶上每單位長度的物料質(zhì)量q（kg/m）為恒值，二者相乘所得結(jié)果為物料的瞬時質(zhì)量流量（kg/s） 。因帶速隨時間變化，所以在 T 時間間隔的累積質(zhì)量可用以下積分式表示： 0()?Qqvtd式中 — 時間間隔內(nèi)的物料累計(jì)質(zhì)量，kg；QT—物料通過秤的時間，s；—輸送帶單位長度q上的物料質(zhì)量，kg/s；6—物料的運(yùn)行速度（取輸送帶速） ，m/s。()vt稱 重 段圖 2-1 皮帶秤工作原理輸送機(jī)組成部件由下面幾部分構(gòu)成。1.輸送帶輸送帶是輸送機(jī)中的曳引構(gòu)件。本系列帶式輸送機(jī)采用普通型輸送帶?？估w（芯層）有棉帆布、聚酯帆布和鋼絲繩芯。（1）覆蓋膠層厚度根據(jù)所輸送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性確定。（2）輸送帶的安全系數(shù)應(yīng)根據(jù)安全、可靠、壽命及制造質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)成本、接頭效率、起動系數(shù)、現(xiàn)場條件、使用經(jīng)驗(yàn)等綜合考慮確定。2.驅(qū)動裝置帶式輸送機(jī)的動力部分，由安裝在驅(qū)動架上的 Y 系列鼠籠型電機(jī)、凸緣聯(lián)軸器、減速器等組成。（1）按帶寬、帶速、電機(jī)功率確定所需驅(qū)動單元。（2）減速器。優(yōu)先采用圓柱齒輪減速器。一般采用漸開線齒輪傳動。其優(yōu)點(diǎn)是：效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、 、傳動比穩(wěn)定。根據(jù)齒輪的密封情況可分為開式、半開式及閉式。在運(yùn)輸機(jī)械方面多采用閉式齒輪傳動（齒輪箱） 。它與開式或半開式相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。表示減速箱減速能力的技術(shù)參數(shù)為傳動比 ，即i712zi?式中 ——大齒輪齒數(shù)；2z——小齒輪齒數(shù)。1在本設(shè)計(jì)中采用先進(jìn)的圓柱直齒輪傳動，使傳動效率有了很大的提高。（3）軸之間是根據(jù)軸的直徑選用不同型號的凸緣式聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接。3.傳動滾筒傳動滾筒是傳遞動力的主要部件。根據(jù)承載能力分輕型、中型和重型三種。滾筒直徑為 500、630、800、1000mm。同一種滾筒直徑又有不同的軸徑和中心跨距。傳動滾筒表面有裸露光鋼面，人字型和菱形花紋橡膠覆面。最小傳動滾筒直徑 D 按下式選?。海╩m）Dcd?式中 —芯層厚度或鋼繩直徑，mm；d—系數(shù)，棉織物 ，尼龍 ，聚酯 ，鋼繩芯c8090108c?。滾筒軸承座全部采用油杯式潤滑脂潤滑。145c?4.改向滾筒用于改變輸送帶的運(yùn)行方向或增加輸送帶與傳動滾筒間的圍包角。5.托輥托輥是用于支撐輸送帶及輸送帶上所承載的物料，保證輸送帶穩(wěn)定運(yùn)行的裝置。（1）托輥分為槽行托輥、平行托輥、調(diào)心托輥、緩沖托輥、回程托輥、梳形托輥、螺旋托輥、過渡托輥等。（2）托輥間距應(yīng)滿足兩個條件：輥?zhàn)虞S承的承載能力及輸送帶的下垂度，托輥間距應(yīng)配合考慮該處的輸送帶張力，使輸送帶獲得合適的垂度。最大下垂度：8)max0(8GBgqahF??式中 —兩組托輥間輸送帶的最大下垂度，m；axh—重力加速度， ；gg?29.81/s—托輥間距，m；a—物料質(zhì)量，kg/m；Gq—輸送帶質(zhì)量，kg/m；B—該處輸送帶張力，N。0F6.拉緊裝置使輸送帶具有足夠的張力，保證輸送帶和傳動滾筒間產(chǎn)生摩擦力使輸送帶不打滑，并限制輸送帶在各托輥間的垂度，使輸送機(jī)正常運(yùn)行。螺旋拉緊裝置適用于長度較短（小于 100mm） ，對功率較小的輸送機(jī)，可按機(jī)長的的 1%～1.5%選取拉緊行程。7.清掃器清掃器用于清掃輸送帶上粘附的物料，又有頭部及空段清掃器兩種。8.卸料裝置及導(dǎo)料槽卸料裝置用于輸送機(jī)中部任意點(diǎn)卸料。導(dǎo)料槽可使從漏斗落下的物料在達(dá)到帶速之前集中到輸送帶的中部。導(dǎo)料槽的底邊寬為 2/3～1/2 帶寬。9.機(jī)架機(jī)架是支撐滾筒及承受輸送帶張力的裝置。其中機(jī)架四種結(jié)構(gòu)中的 01機(jī)架用于 傾角的頭部傳動及頭部卸料滾筒。選用時應(yīng)標(biāo)注角度。0~18?10.頭部漏斗頭部漏斗用于導(dǎo)料、控制料流方向的裝置。也可起防塵作用。11.電氣及安全保護(hù)裝置9安全保護(hù)裝置（輸送帶跑偏監(jiān)測、打滑監(jiān)測、超速監(jiān)測等根據(jù)需要進(jìn)行選擇）是在輸送機(jī)工作中出現(xiàn)故障能進(jìn)行檢測和報警的設(shè)備，可使輸送機(jī)系統(tǒng)安全生產(chǎn)，正常運(yùn)行，預(yù)防機(jī)械部分的損壞，保護(hù)操作人員的安全。此外，還便于集中控制和提高自動化水平。2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)選型計(jì)算（1）原始參數(shù)及物料特性復(fù)合肥的配料系統(tǒng)帶長 5-7 米，寬 B=650mm，帶速 0.8m/s，輸送能力Q=30t/h，粒度 2～5mm，松散密度 ，安息角 ，機(jī)長?390kg/m?18???L=5m。（2）初定設(shè)計(jì)參數(shù)帶寬 B=650mm，帶速 v=0.8m/s，上托輥槽角 ，下托輥槽角 ，35??0?上下托滾輥徑 89mm，承載分支托輥間距 1.2m。（3）由帶寬、帶速驗(yàn)算輸送能力由式 (2-1)?mISvk?(g/s)得 3.6Qth由 得18???，取 ，得 S=0.0362m2。(0.5~7)913.5???10???1）確定 k 值輸送機(jī)傾角 δ=0°。 211cos()()1????SKS??2）由式（1-1）得（kg/s） 0.362.806.?mIvk?（t/h）1?Qvk10（ ）0.362.810.96???vSkI 3m/h能滿足 t/h 的輸送能力要求。Q（4） 驅(qū)動力及所需傳動功率計(jì)算1）圓周驅(qū)動力由式（2-stsNGBRUOu FFqqfLgF ???? 21]cos)2([ ?2）其中 =0.02，f查得上托輥 mm，軸承 4G204。89,50?且單個上輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量kg1.2'?qRO'3.58?na(kg/m)查得下托輥 mm，軸承 4G204。89,70L?且單個下輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量得（kg ）'5.9?Ruq'4.83una(kg/m)計(jì)算 B初選輸送帶 NN—100，Z=5 層，查表輸送帶每層質(zhì)量 1.02kg/m2，上膠厚 mm，下膠厚 mm，每毫米厚膠料質(zhì)量 1.19kg/m2。13.0??21.5??=[5×1.02+（3+4.5）×1.19]× 650×0.001Bq=6.7958 （kg/m）計(jì)算輸送帶清掃器的摩擦阻力（2-3）3?rFAp?11帶入數(shù)據(jù)得 rF40.3961.??(N)計(jì)算 ，計(jì)算公式為Gq（2-4）3.6?vGIQq?帶入數(shù)據(jù)有 .vI15.2.08?(kg/m)計(jì)算 。 （2-5）1sF1sglF???（N）52.69.1253stGqH計(jì)算 ，無前傾 1s則 =0F? 1?NF9(40.)?dBD2950.65.)6??（N）231.?由表得導(dǎo)料槽阻力（2-21vglIlFb??6）（N）20.690.8156.2.4????式中 ， l=1.5m ， m 。20.6??1b1293.8160.29.???vQI?3(m/s)（N）15..?sglF?計(jì)算 2s（2-7）2sraF??（N）430.9610.??rFAp?式中 —清掃器接觸面積。一個頭部清掃器和兩個空段清掃器=0.65 0.01 2+0.65 2 0.01 2=0.039（m2）無卸料器， 0a?214?srF(N)代值進(jìn) 式中有u0.59.8[3.(26.795.)]????（N）6214514??2）傳動功率計(jì)算0.AUPFv(KW)17289.?M?其中 0..401??傳動滾筒及聯(lián)軸器效率 0.98，電動機(jī)功率 P=22KW，選轉(zhuǎn)速 10?n的電機(jī)。r/min,Y20L16?（5）輸送帶張力計(jì)算1）限制輸送帶下垂度的最小張力13由（N）0minmax()1.2(6795.)8174.8/0??????BGqgFh按回程分支（ =2.4m）u（N）minax2.4679.812.68(/)0?Bqgh2）輸送帶工作時不打滑需保持最小張力（2-8）2min,ax1??uFe??得（N）2in675.30948.??按公式求起動時傳動滾筒上最大圓周力（2-9）,maxuAFK取 1.5?AK（N）,max1756.9275.3??u得 ，則3.40e??（N）2min675.310948.???F由 N，計(jì)算輸送機(jī)各點(diǎn)張力不忽略附加阻力2min10948.?得點(diǎn) 張力662lg()10948.750.98140.25(3)26???????BrROBstNFqHfqF（N）.＞ （N）14則取 ，可得穩(wěn)定工況下2min10948.FN?（N）ax2.1742.8360???uF3）輸送帶層數(shù)計(jì)算1max8360..95?nZB?()層取 5 層，與初選相同。（6）校核輥?zhàn)虞d荷1）靜載計(jì)算承載分支 （2-10）0()??mBIPeaqgv， m， m/s， kg/m， kg/s0.8?e1.2a.86.7926.0?mI（N）6.(.79).13.???p上輥 L=250mm，軸承 4G204，承載能力 2950N，滿足要求。89,?回程分支 （N）12.4679.8160.??uBPeaqg下輥 ；軸承 4G204，承載能力 813N，滿足要求。89?2）動載計(jì)算承載分支 （2-11）'0?daPfs每天大于 16h， ；粒徑小，取1.2sf 1.0,.aff?取 。N'037.8.489.325??N' 16.0.1.usaPf?均滿足要求。152.2.3 配料系統(tǒng)精度分析在對像復(fù)合肥這種散狀物料的連續(xù)累計(jì)計(jì)量中，電子皮帶秤具有動態(tài)計(jì)量速度快、占用空間小、安裝方便等優(yōu)勢，但在實(shí)際使用時，由于皮帶張力、環(huán)境、溫度及濕度、托輥軸承摩擦力等諸多外界因素的影響，導(dǎo)致皮帶秤的計(jì)量誤差較大。 影響皮帶秤計(jì)量準(zhǔn)確度的主要因素有：1.皮帶秤計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因根據(jù)皮帶秤的結(jié)構(gòu)原理及重量累計(jì)值的計(jì)算方法可知,皮帶秤的計(jì)量準(zhǔn)確度有單位長度皮帶上的物料重量以及皮帶的運(yùn)行速度決定的。在實(shí)際稱量過程中,物料的重量是通過皮帶作用于復(fù)合傳感器,而皮帶又是依靠托輥來支撐,托輥在運(yùn)輸帶上每 1.2m 一組。皮帶所承受的負(fù)荷是隨著物料的端面形狀,流量大小而改變,因而,皮帶與托輥的貼合程度也隨時在改變,這就使得皮帶秤具有由其組成結(jié)構(gòu)決定的、不可避免的計(jì)量誤差。同時，皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度還與皮帶秤的技術(shù)指標(biāo)及運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系密切。2.皮帶秤計(jì)量誤差的表現(xiàn)皮帶秤的綜合計(jì)量性能主要體現(xiàn)在零點(diǎn)和量程這兩個指標(biāo)上。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，皮帶秤計(jì)量誤差的表現(xiàn)形式是：(1) 零點(diǎn)誤差；(2) 量程發(fā)生變化；(3) 測量速度的誤差。3.影響皮帶秤準(zhǔn)確度的主要因素(1) 機(jī)架和皮帶上積料，皮帶表面水分所造成的皮帶秤零點(diǎn)的波動；(2) 放大電路零點(diǎn)和增益的變化；(3) 運(yùn)輸皮帶張力的變化，張力的變化是隨著運(yùn)輸帶上物料的多少、氣溫、傾角等而變化。這就使得作用在稱重傳感器的力發(fā)生變化，從而引起零點(diǎn)和量程發(fā)生變化；(4) 運(yùn)輸皮帶彈性的變化也會影響到零點(diǎn)和量程的準(zhǔn)確性；(5) 秤框及稱重托輥的非準(zhǔn)確直度引起的零點(diǎn)偏差。4.提高電子皮帶秤計(jì)量準(zhǔn)確度的途徑為了提高皮帶秤的計(jì)量準(zhǔn)確度，減小及克服計(jì)量誤差。在實(shí)際工作中，我們首先要保證系統(tǒng)的安裝技術(shù)指標(biāo)及運(yùn)行穩(wěn)定性；同時對皮帶秤進(jìn)行正確的維護(hù)；另外要選擇切實(shí)可行的校準(zhǔn)方法對皮帶秤進(jìn)行定期校準(zhǔn)。16（1）提高系統(tǒng)的安裝精度在安裝皮帶秤框時，我們首先要嚴(yán)格按照皮帶秤的安裝技術(shù)指標(biāo)對其進(jìn)行精確的安裝。另外保證秤架范圍內(nèi)托輥傾角的一致性，減少皮帶在運(yùn)輸物料過程中的形變。取得了良好的效果。（2）正確使用和維護(hù)多年的工作實(shí)踐證明，皮帶秤的實(shí)用經(jīng)濟(jì)價值與現(xiàn)場維護(hù)、小準(zhǔn)工作關(guān)系甚大。因而，在日常的使用中，需對皮帶秤進(jìn)行正確的使用和技術(shù)維護(hù)。（3）校準(zhǔn)皮帶秤是在動態(tài)下對物料進(jìn)行連續(xù)累計(jì)稱量，因而，嚴(yán)格按照校準(zhǔn)周期及生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)，是保證其稱量準(zhǔn)確度的必要條件。2.3 混和系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.1 混合設(shè)備選擇針對復(fù)合肥要實(shí)現(xiàn)的是在運(yùn)輸過程中完成配料過程，針對此需求，選擇螺旋輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)此工序?；旌蠌?fù)合化肥生產(chǎn)過程中，混合工序是將按預(yù)先所需的已通過電子皮帶秤進(jìn)行一定比例輸送的原料進(jìn)行混合。為了給混合過程創(chuàng)造一個良好的物態(tài)條件，更有利于均勻。對混合過程中的要求都滿足：1.各種成分能均勻分散；2.混合后的物料溫度不能太高，以防物料結(jié)塊；3.混合時間要短，要能滿足生產(chǎn)過程中連續(xù)出料的要求；4.混合過程要在密封狀態(tài)下進(jìn)行，應(yīng)能防止粉塵的逸出；5.便于清潔，混合工序是在干燥狀態(tài)下進(jìn)行的，在整個過程中應(yīng)注意粉塵飛揚(yáng)，要實(shí)現(xiàn)密封下操作。根據(jù)顆粒生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，螺旋輸送機(jī)作為混料設(shè)備具有高效的混合效率，特別是在輸送過程中能同時完成攪拌、混合等工序是該設(shè)備特有的優(yōu)點(diǎn)。螺旋輸送機(jī)是一種不帶撓性牽引的輸送設(shè)備，見圖 2-2，因結(jié)構(gòu)簡單、橫截面尺寸小、密封性能好、便于中間裝料和卸料，操作安全方便，制造成本低而使用廣泛。它利用螺旋形狀的旋轉(zhuǎn)面推移物料來完成輸送工作。17工作中，物料像不旋轉(zhuǎn)的螺母沿軸桿平移，使物料不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料本身的重量和機(jī)殼與物料的摩擦及物料間的摩擦。它主要用來輸送各種粉塵狀、顆粒狀、小塊狀的物料，如化工原料、面粉、煤粉、煙塵、水泥、糧食等，在輸送過程中還可對物料進(jìn)行攪拌、混合、加熱和冷卻等工藝。螺旋輸送機(jī)是根據(jù)機(jī)械力學(xué)原理工作的，圖 2-2 是其原理圖，由螺旋機(jī)本體、進(jìn)出料口及驅(qū)動裝置三大部分組成。螺旋機(jī)本體由頭部軸承、尾部軸承、螺旋、機(jī)殼、蓋板及底座等組成。螺旋桿由電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動復(fù)合肥沿著機(jī)殼內(nèi)壁向前運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)連續(xù)混合運(yùn)輸?shù)囊?。圖 2-2 螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.應(yīng)用范圍及特點(diǎn)螺旋輸送機(jī)是在化工、建材、糧食等部門中廣泛應(yīng)用的一種輸送設(shè)備，主要用于輸送粉狀、顆粒狀和小塊狀物料。螺旋輸送與其他輸送設(shè)備相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、橫截面尺寸小、密封性能好、可以中間多點(diǎn)裝料和卸料、操作安全方便以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是機(jī)件磨損較嚴(yán)重、輸送量較低、消耗功率大以及物料在運(yùn)輸過程易被破碎。2.分類及結(jié)構(gòu)特征螺旋輸送機(jī)分為水平固定式螺旋輸送機(jī)、垂直式螺旋輸送機(jī)。對于復(fù)合肥的運(yùn)輸生產(chǎn)線中用水平固定式螺旋輸送機(jī)進(jìn)行物料運(yùn)送。螺旋輸送機(jī)由螺旋機(jī)本體、進(jìn)出料及驅(qū)動裝置三大部分組成。其中螺旋機(jī)本體由頭部軸承、尾部軸承、螺旋、機(jī)殼、蓋板及底座等組成。驅(qū)動裝置由電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器及底座所組成。3.設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 原始選料[1]被輸送物料的名稱及特性181> 物料松散密度 β( )=0.9 。3t/m3t/2>物料最大粒度（mm）及比率。3>一般物料粒度（mm）(2～5mm)，溫度（°C） ，含水率、粘度、磨琢性及腐蝕性等。[2]選型要求1>需要的輸送能力（t/h） ；2>布置簡圖中輸送長度 L（m） ，傾角 （°C） ，投影高度 H（m） 。?（2）GX 型螺旋輸送機(jī)的計(jì)算[1]螺旋直徑及螺旋軸轉(zhuǎn)速計(jì)算1>螺旋直徑計(jì)算（m） （2-12）2.5QDKC???式中 —輸送能力，t/h；Q—物料特性系數(shù)；—填充系數(shù)；?—傾角系數(shù)。見表 2-1 所示。C表 2-1 傾角系數(shù)表傾斜角 ?≤0° ≤5° ≤10° ≤15° ≤20°螺旋輸送機(jī)傾斜布置時的輸送量校正系數(shù)C1.0 0.9 0.8 0.7 0.65按上式計(jì)算得由式（2-12 ）得mm；D2.59004538.1???19值應(yīng)圓整為 mm。D60?2>螺旋軸轉(zhuǎn)速計(jì)算（2-13）jAnD??（mm）5064..取 （r/min）螺距 .8t?mm40用螺旋直徑 及轉(zhuǎn)速 圓整后的數(shù)值，還必須對填充系數(shù) 進(jìn)行驗(yàn)算：Dn?（2-247QDntc???14）式中 —螺旋節(jié)距，m。t帶入相關(guān)數(shù)值進(jìn)（2-14）式得 29047.6.48.????，03滿足 。0.25~.[2]功率計(jì)算1>螺旋輸送機(jī)所需軸功率 可由下式確定：0p(KW) （2-15）0()367QPLH???式中 —螺旋輸送機(jī)傾斜布置是在垂直平面上的投影高度；H—螺旋輸送機(jī)水平投影長度，m；L—物料阻力系數(shù)。0?帶入相關(guān)數(shù)值進(jìn)式（2-15）得 09(431.0)67P???20（mm）3.18?2>電動機(jī)功率(KW) （2-16）01pPK?式中 —功率備用系數(shù)，對 Y 系列電動機(jī)取 1.0；1K—驅(qū)動裝置總效率，一般取 0.9～0.94。?帶相關(guān)數(shù)值進(jìn)式（2-16）得 (KW)P3.2176085??根據(jù)實(shí)際對螺旋輸送機(jī)的使用測定結(jié)果，實(shí)際軸功率要比理論計(jì)算功率大 3～5 倍。則 (KW)(~)3.19實(shí)取電動機(jī)功率 22KW。在選擇螺旋輸送機(jī)驅(qū)動裝置時，應(yīng)維持如下關(guān)系： 0[]Pn?F式中 —當(dāng)螺旋輸送機(jī)不采用聯(lián)軸器與驅(qū)動裝置相聯(lián)，而采用傳動F帶或鏈條等傳動時，在螺旋軸軸端上所加的總作用力，N；—許用懸臂載荷，N。[]GX 型螺旋輸送機(jī)，其許用的功率轉(zhuǎn)速比 及許用懸梁載荷 列于[]Nn[]F表 2-2 中。表 2-2 GX 型螺旋輸送機(jī)許用功率轉(zhuǎn)速比 與許用懸臂載荷[][]螺旋直徑 D150 200 250 300 400 500 600[]Nn0.013 0.03 0.06 0.10 0.25 0.48 0.8521[]F2100 3700 5800 8000 15000 24000 35000其中，螺旋直徑 ，mm； ， ； ，N。D[]NnKWr/mi[]F對 GX 型螺旋輸送機(jī)而言，許用功率轉(zhuǎn)速比 ， r/min， 0.85n?6則 (KW)，[]60.851??許用懸臂載荷 （N） ，3F02.903.856pn?通過上面計(jì)算的相關(guān)數(shù)值，反過來再對所選定的螺旋輸送機(jī)進(jìn)行輸送能力的驗(yàn)算。求輸送能力 Q，有 393.8t/h127m/0x?得 34.6/7.9h0?總結(jié)以上數(shù)據(jù)得=600mm， =480mm， =60r/min， =90t/h。選擇尺寸代號為 GX600DtnQ的螺旋輸送機(jī)符合要求。4.在對螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)過程中最重要的是對已經(jīng)確定的螺桿進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的校核，當(dāng)然就包括其中涉及的軸承強(qiáng)度、壽命的計(jì)算。2.3.3 螺桿強(qiáng)度校核下面先對螺桿進(jìn)行校核。1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，通常采用這種方法初步估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 34950[].2(1)T TPnWd??????（2-17）22式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa；T?—軸所受的扭矩，單位為 N﹒mm；—軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 mm3；TW—軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；n—軸轉(zhuǎn)速的功率，單位為 KW；P—計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm；d—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa[]T?—空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，取 =0.5，見表 2-3。??表 2-3 軸常用幾種材料的 及 值[]T?0A軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35Ci、Mn、38SiMnMo、3Cr13/MPa[]T?15～25 20～35 25～45 35～550A149～126 135～112 126～103 112～97對于空心軸 3420.85956.0.1()TW?????符合 45 鋼時 =25～45MPa 的要求。[]2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。其計(jì)算步驟如下：231）作出彎矩，如圖 2-3 所示。圖 2-3 軸的載荷分析圖其中有： Ggv??23 937.8109.1044d????（N）4562412FG??N0.578()sbxal?.)sFl?((0)bxMal?1/2))4lFG?456.3120?35.9Nm??接著再對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力（2-18）221()()4[]caMTW???????式中： —軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 MPa；ca—軸所受的彎矩，單位為 N﹒mm；—軸所受的扭矩，單位為 N﹒mm；T—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 。3m22635.9(7.4)10/cad????2518.[]????3.按疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行校核這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過分析確定出一個或幾個危險截面（這時不僅要考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的大小，而且要考慮應(yīng)力集中和絕對尺寸等因素影響的程度） ，按式計(jì)算安全系數(shù) 并應(yīng)使其稍大于或至caS少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) S，即（2-19）2caS??????其中僅有法向應(yīng)力時，應(yīng)滿足（2-20）1amSK????帶數(shù)據(jù)進(jìn)（2-20）得2351.480.MZ???35.91.2?1.04?僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時，應(yīng)滿足（2-21）1amSK?????352976.401.???2616.97?由數(shù)據(jù)進(jìn)（2-19）得 22.04.caS??9.8?則 =9.82 S=1.3～1.5，滿足其軸的安全程度。caS?4.按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時載荷來校核的。靜強(qiáng)度校核時的強(qiáng)度條件是（2-22）2sscasS??????其中 （2-23）maxax()ssMFWA?帶數(shù)據(jù)進(jìn)（2-23）得 3224905.156.3090()46????????2.（2-24）maxssTSW??帶數(shù)據(jù)進(jìn)式（2-24） 340.529761(.)s????0.589?.27帶數(shù)據(jù)入式（2-22）得 2.567.1scaS???..~4sS?式中 —材料的抗彎和抗扭屈服極限，單位為 MPa，其中,s??；(0.5~.62)ss??—軸的危險截面上所受的最大彎矩，單位為 N﹒mm；max,MT—軸的危險截面上所受的最大軸向力，單位為 N；aF—軸的危險截面的面積，單位為 mm2；A—分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，單位為 mm3。,TW滿足其要求。5.軸的剛度校核計(jì)算（1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算把階梯軸看成是當(dāng)量直徑，然后按照材料力學(xué)中的公式計(jì)算。當(dāng)量直徑 （單位為 mm）為vd（2-25）41vziLdl??式中： —階梯軸第 i 段的長度，單位為 mm；il—階梯軸第 i 段的直徑，單位為 mm；idL—階梯軸的計(jì)算長度，單位為 mm；Z—階梯軸計(jì)算長度內(nèi)的軸段數(shù)。28代入式得 44312058vd??.9m（2）軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算圓軸扭轉(zhuǎn)角 [單位為（°）/m]的計(jì)算公式為：?階梯軸 （2-26）15.73zipTlLGI???式中 —軸所受的扭矩，單位為 N﹒mm；T—軸的材料的剪切彈性模量，單位為 MPa，對于鋼材，GMPa；48.10??—軸截面的極慣性矩，單位為 ，對于圓軸， ；pI 4m432pdI??—階梯軸受扭矩作用的長度，單位為 mm；L—分別代表階梯軸第 i 段上所受的扭矩、長度和極慣性,ipiTlI矩，單位同前；—階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。z軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為＞1（°）/m[]??代入相關(guān)值進(jìn)式（2-26）得 447350296.1()()80????.8/m?[]??/??滿足對軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件。292.3.4 軸承校核根據(jù)工作條件選用 =140mm 的推力球軸承，軸承受徑向力dN，轉(zhuǎn)速 =60r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)條件正常，要求壽命278rF?n=20000h。10hL根據(jù)式 （2-27）()hmdranTfCPC??或式中 C—基本額定動載荷計(jì)算值，N；—當(dāng)量動載荷，其中 ，N；PraXFY?—軸承轉(zhuǎn)速，r/min；n—軸承壽命，h。L計(jì)算：所選推力球軸承 ，max0.56e?1728rFe?則 P= （N）1.5(04.506)93????由 =122.3 （KN）62938hnLC?621驗(yàn)算 7328B 型推力球軸承的壽命可知計(jì)算所得的壽命值要大于其額定壽命，即 =20002 （h）610()hnP?630()297?所以 7328B 型推力球軸承滿足其要求。30第 3 章 配料混合系統(tǒng)控制電路與選型3.1 控制電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)是針對室內(nèi)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的，相配套的還有微機(jī)自動控制系統(tǒng)。集控系統(tǒng)由隔爆可編程控制箱、本安現(xiàn)場操作箱、集控操作臺、上位機(jī)、測速傳感器構(gòu)成。帶式輸送機(jī)設(shè)置了速度傳感器，信號接入 PLC 由 PLC 進(jìn)行運(yùn)算處理，參加設(shè)備的聯(lián)動和閉鎖。包括電流過載保護(hù)、急停、報警、調(diào)速等。整個配料、混合系統(tǒng)由 PLC 進(jìn)行自動控制。原料分別由三種型號相同的輸送帶運(yùn)輸，下料的閥門口一定，即出料截面相恒定，可以按照任意比例進(jìn)行配料、混合。開始工作時，首先通過 PLC 來啟動這個配料系統(tǒng)的三個電機(jī)，同時閉合變頻器的電源開關(guān)，變頻器得電正向啟轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)通過測速傳感器測得三臺皮帶分別的速度，由 PLC 的模擬擴(kuò)展模塊進(jìn)行 A/D 信號轉(zhuǎn)換，由 PLC進(jìn)行處理，變頻器就可以通過變頻來實(shí)現(xiàn)降壓，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的配料需求。同時，控制部分還對系統(tǒng)設(shè)有保護(hù)功能。當(dāng)生產(chǎn)過程中，由于皮帶打滑、電流過大、過載等意外的時候，PLC 又起到了自動報警的功能，這個時候會自動復(fù)位。其配料原理圖如 3-1 所示。31穩(wěn) 壓 器 濾 波 路電光閃 時延大放率功 點(diǎn)觸度輻帶 式 輸 送 機(jī)等 分 隔 圓 盤 裝 料 及 調(diào) 節(jié) 閥 門 濾 波 欠 重 停 車偏 差 加 大 高 阻 輸 出重 量校 正振 蕩 器 差 動 變 壓 器 加 法 比 例視 密 度 指 示重 量 偏差 指 示 欠 重 報 警 手 動自 動 門 升門 降12可 逆 電 機(jī)圖 3-1 配料原理圖由于是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制，所以除了通過 PLC 來實(shí)現(xiàn)復(fù)合肥的自動配料，還實(shí)現(xiàn)對混合、配好料的復(fù)合肥輸送的自動化。速度信號傳送給 PLC 的模擬量輸入單元和計(jì)數(shù) PLC 將現(xiàn)聲采集的數(shù)據(jù)加以計(jì)算處理，求出瞬時流量和積累重量。將流量與設(shè)定值比較，由 PLC的輸出單元來控制變頻器，改變給料機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速。3.2 PLC 的選擇可編程序控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，其主要的特點(diǎn)：1.可靠性高。2.控制功能強(qiáng)。3.編程方便，易于應(yīng)用。4.適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)。5.具有各種接口，與外部設(shè)備聯(lián)結(jié)非常方便。6.采用積木式結(jié)構(gòu)或者模塊式結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。7.維修方便8.可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時對程序在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適用性強(qiáng)。在對 PLC 選型過程中，S7-200 能滿足高級自動化標(biāo)準(zhǔn)和各種需求，具有各種盡寸以適應(yīng)所有的應(yīng)用場合，有適用于運(yùn)輸機(jī)械和各種氣候條件的堅(jiān)固型，有適用于狹小空間而且具有高處理性能的密集型，有運(yùn)行速度塊32而且具有良好的擴(kuò)展能力。它可以配置種類繁多的輸入輸出模塊、編程器、軟件、過程通信和顯示部件，電話診斷設(shè)備等。我選擇的 S7-200CPU224I/O 接口是 14 個輸入點(diǎn)，10 個輸出點(diǎn)，與系統(tǒng)的 I/O 接口相吻合。S7-200 系列 PLC 的主要特點(diǎn):1.快速（1）指令處理周期短減少了循環(huán)時間。（2）高速計(jì)數(shù)器開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。（3）高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件。2.靈活（1）模塊式結(jié)構(gòu)可用于各種性能的擴(kuò)展。（2）脈沖輸出可控制步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。（3）豐富的指令集可以快速方便的解決最復(fù)雜的任務(wù)。3.多功能（1）點(diǎn)對點(diǎn)接口（PPI）可連接編程設(shè)備，操作員界面和串行設(shè)備接口。（2）用戶有好的 STEP 7 Micro/DOS 編程軟件和功能極強(qiáng)的編程器方便了編程。（3）用戶程序三級口令保護(hù)。（4）TD 200 和 COROS OPs 操作面板（OPs）為用戶提供了方便人機(jī)界面。由于系統(tǒng)中有測速傳感器，這就涉及怎樣將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由于 S7-200CPU224 自帶了模擬量擴(kuò)展模塊，我選用 EM235 模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行 A/D 信號處理，其中我還選用了 EM223 數(shù)字量擴(kuò)展模塊與變頻器相連接。3.3 變頻器的選用3.3.1 異步電動機(jī)的調(diào)速原理三相交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0為 pf16?33式中 ——電動機(jī)定子電源頻率；1f——電動機(jī)的極對數(shù)。p由上式可知，若連續(xù)改變電源頻率 ， 則可平滑地改變電動機(jī)的同步1f轉(zhuǎn)速 n0。而三相異步電動機(jī)定子每相感應(yīng)電動勢有效值 為gEmgKNfE??14.式中 ——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；1N——基波繞組系數(shù)；K——每極氣隙磁通量。m?有上式可見，在 一定時，若電源頻率 發(fā)生變化，則必然引起磁通gE1f變化。當(dāng) 變?nèi)鯐r，電動機(jī)鐵心就沒被充分利用；若 增大，則會mm m?使鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，這樣會使電動機(jī)效率降低，嚴(yán)重時會使電動機(jī)繞組過熱，甚至損壞電動機(jī)。因此，在電動機(jī)運(yùn)行時，希望磁通保持恒定不變。為此，在改變 的同時，必須改變 ，即必須保證 m?1f gE常數(shù)?1fEg這樣，采用恒定的電動勢頻率比的協(xié)調(diào)控制方式，就可以保證磁通值恒定不便。對繞組中的感應(yīng)電動勢 卻難以直接控制，在 較高時，m?g gE可以忽略定子繞組漏磁阻抗壓降。因此，可以認(rèn)定定子每相電壓 ，U?1則得34常數(shù)?1?U這便是恒壓頻比控制方式。由于電動機(jī)定子電壓 只能小于等于額定1U電壓 ，所以 只能下調(diào)，這時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若 上調(diào)，而 不能nomU1f 1f1大于 ，所以轉(zhuǎn)矩下降，這時為恒功率調(diào)速。在隨著 降低時，定子no 1?阻抗壓降就不能再被忽略了，此時 會更小些，使得磁通 有所減小。gEm?這時，為了保證 不變，可以人為地將 提高一些，以便近似地補(bǔ)償定m?1U子阻抗壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖 3-2 所示。ba0頻率電壓圖 3-2 恒壓頻比控制特性a——無補(bǔ)償特性 b——有補(bǔ)償特性采取補(bǔ)償措施后，異步電動機(jī)的機(jī)械特性不但保留了較硬的線性度，而且當(dāng)頻率降低時，同步轉(zhuǎn)速 n0隨之下降，使在保證最大轉(zhuǎn)矩基本不變的情況下，取得類似直流電動機(jī)調(diào)速的平移特性曲線。這樣，不但擴(kuò)大了調(diào)35速范圍，而且在調(diào)速時，轉(zhuǎn)差率功率不變，所以效率很高。具有定子電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式被廣泛應(yīng)用。變頻器裝置工作原理：對于恒壓頻比控制方式進(jìn)行變頻調(diào)速的裝置來講，其一是直接變頻（交—交變頻）裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只用一個變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源換成 VVVF 電源，所以效率較高。但是，所用元件數(shù)量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數(shù)較低，只適用于低轉(zhuǎn)速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。另一類為間接變頻（交—直—交變頻）裝置。這種變頻裝置是將恒壓恒頻交流電源先經(jīng)整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為中間直流環(huán)節(jié)，再由逆變電路轉(zhuǎn)換為VVVF 電源，如圖 3-3 所示。逆變 器整流 器5 0 H ZA C恒壓恒 頻中間直流環(huán)節(jié)A C變壓變 頻圖 3-3 間接（交—直—交）變頻裝置這種裝置的控制方式有以下兩種：1.用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交—直—交變頻裝置這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構(gòu)成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率有逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調(diào)配合來完成。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，元件較少，控制方便，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)也降低。若由晶閘管構(gòu)成逆變器，則輸出電壓諧波較大。2.用不可控整流器整流，通過脈寬調(diào)制方式控制逆變器同時進(jìn)行變壓變頻的交—直—交變頻裝置由于輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流電路，所以電網(wǎng)端功率因數(shù)較高，而且與逆變器輸出電壓大小無關(guān)。逆變器在變頻的同時實(shí)現(xiàn)變壓，主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了電路結(jié)構(gòu)。逆變器的輸出與中間直流環(huán)節(jié)的36電容電感參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。選擇對逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器的輸出電壓為近似正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調(diào)制方式（SPWM） 。3.3.2 變頻器的選擇變頻器的選用，包括變頻器類型選用和容量選用兩個方面。1.變頻器類型的選用變頻調(diào)速時需要根據(jù)不同的負(fù)載類型選擇不同的頻率變化曲線，才能發(fā)揮出變頻器的最佳狀態(tài)。由于輸送帶對動態(tài)性能要求不需要太高，同時對輸送帶這種恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載（即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩是一個定值，與轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)。主要特點(diǎn)：在初始速度時就有阻力，即啟動需要啟動轉(zhuǎn)矩）可以采用普通功能性變頻器，為了實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動機(jī)和變頻器的容量的方法，以提高低速轉(zhuǎn)矩。也可以采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器，來實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行，則是比較理想的。2.變頻器容量的選用變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動機(jī)容量、電動機(jī)額定電流、電動機(jī)加速時間等，其中，最主要的是電動機(jī)額定電流。對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器控制一臺電動機(jī)必須同時滿足下列項(xiàng)計(jì)算公式：滿足負(fù)載輸出/KVA （3-1）??cos/?MCkP滿足電動機(jī)容量/KVA ECMIkUP310??（3-2）滿足電動機(jī)電流/A （3-3）ECMkI?式中 —變頻器的容量/KVACMP—負(fù)載要求的電動機(jī)軸輸出功率/KW—電動機(jī)額定電壓/VEU37—電動機(jī)額定電流/AEIη—電動機(jī)效率（通常約為 0.85）cosΦ—電動機(jī)功率因數(shù)（通常約為（0.75）k—電流波形補(bǔ)償系數(shù)（k 約為 1.05～1.1）計(jì)算： 帶數(shù)據(jù)進(jìn)式（3-1）～（3-3）得（KW）1.057.28.3CMP???（KW）3.07.26.1?（A）1.057.9.CMI?所以選用選用額定功率 22KW，額定電流 45A 的 BT40S22KWTA 型變頻器。其主要特點(diǎn)：（1）獨(dú)特的擬超導(dǎo)技術(shù)，低速高轉(zhuǎn)矩輸出。（2）高性能矢量轉(zhuǎn)矩控制。（3）轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，AVR 自動穩(wěn)壓功能。（4）IPM、IGBT 智能模塊，超靜音運(yùn)行。（5）內(nèi)置 PID 控制及實(shí)時換機(jī)、開關(guān)機(jī)控制功能。（6）大功率機(jī)型超小形體、超輕重量，切實(shí)降低用戶成本。變頻器與 PLC 的連接采用繼電器接點(diǎn)開路形式與 PLC 連接，獲得變頻器輸入的電動機(jī)正轉(zhuǎn)以及不同的運(yùn)行速度等信號。3.4 測速傳感器的選用從稱重原理可知，電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的大小取決于兩個參數(shù)，即瞬時流量等于稱重傳感器測量的承載器上物料負(fù)荷值 q(kg/m)和測速傳感器測量的皮帶速度值 v(m/s)兩個參數(shù)相乘所得到以下的公式 W（ t)=qv由此可見，測速傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性與稱重傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾，而測速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。38電子皮帶秤上所用測速傳感器目前主要有磁電式、磁阻脈沖式、光電脈沖式等不同類型的測速傳感器。模擬式測速發(fā)電機(jī)式測速傳感器早已不再使用，取而代之的是上述各種輸出脈沖信號的數(shù)字式測速傳感器。在我的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，選用了磁電式測速傳感器。霍耳轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)原理:在被測物體上粘有多對小磁鋼,并把霍爾元件固定在其附近不動,當(dāng)小磁鋼隨軸轉(zhuǎn)動而經(jīng)過霍爾元件時,就可在霍爾元件上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號。該系統(tǒng)選用的速度傳感器 LM2917 是美國 NSC 公司生產(chǎn)的集成轉(zhuǎn)速/電壓轉(zhuǎn)換器?？蓪⑥D(zhuǎn)速（或頻率、轉(zhuǎn)數(shù)）轉(zhuǎn)換成電壓，只需接少量的外圍元件即可構(gòu)成模擬式轉(zhuǎn)速測量儀。其性能特點(diǎn)：(1) 內(nèi)部包含比較器、充電泵、放大器等信號。由于其中的 LM2917與 LM2907 的區(qū)別是在內(nèi)部 與 GND 之間增加了一只 7.6V 穩(wěn)壓管，可提cU高電源的穩(wěn)定性。所以我采用了型號為 LM2917 的傳感器。(2) 比較器的滯后電壓為 30mV，利用滯后性可抑制外界噪聲干擾。(3) 其輸出電壓與被測頻率成正比，線性度達(dá) 0.3%。?(4) 價格低廉，外圍電路簡單，使用靈活。(5) 電源電壓實(shí)現(xiàn)值為+12V，最高不得超過+28V，最大工作電流為28mA，工作溫度范圍是-40～+85 。C?由于配料系統(tǒng)由三臺輸送機(jī)構(gòu)成，每臺輸送機(jī)上至少需要一個傳感器，根據(jù)系統(tǒng)精度的不同要求，可以按需添加傳感器來保證精度。復(fù)合化肥配料、混合的電氣控制部分主要有繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制兩種控制方式。采用繼電器控制系統(tǒng)的故障率高，大大降低了生產(chǎn)運(yùn)行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而單片機(jī)控制則存在抗干擾能力差的缺點(diǎn)。PLC 控制的配料系統(tǒng)具有工作可靠性高、存儲容量大、編程方便、抗干擾能力強(qiáng)、故障少、維修保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。39第 4 章 配料混合系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)4.1 配料混合系統(tǒng)的控制4.1.1 總體控制設(shè)計(jì)自動配料系統(tǒng)由三臺配料皮帶秤及其傳感器、微機(jī)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)采用托輥配料皮帶機(jī)，皮帶速度信號經(jīng) PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行 A/D 信號轉(zhuǎn)換，通過 PLC 控制變頻器以達(dá)到自動調(diào)整皮帶機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速與皮帶速度，達(dá)到控制物料流量的目的。PLC 采用通過計(jì)算，控制系統(tǒng)外部輸入點(diǎn)數(shù)(INPUT)為 9 點(diǎn)，控制輸出點(diǎn)數(shù)(OUTPUT)為 12 點(diǎn)。選用西門子系列的 S7-200CPU224 型，共 INPUT 有 14 點(diǎn)；OUTPUT 有 10 點(diǎn)；該機(jī)型能滿足系統(tǒng)控制要求，具有較好的性價比。西門子 PLC 中的 S7-200 系列可以滿足多種多樣的自動化控制需求。加上 S7-200 系列不僅穩(wěn)定可靠而且還具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令，使得其可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制系統(tǒng)要求。由于 PLC 引入，替代較復(fù)雜的繼電—接觸器控制。在保證工藝控制要求的情況下，大大的提高了生產(chǎn)效率，改善了設(shè)備的電氣性能，提高了設(shè)備的自動化水平。該系統(tǒng)具有操作簡單、可靠性高、工藝參數(shù)修改方便的特點(diǎn)，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素。在生產(chǎn)規(guī)模較大的場合，還可以將多臺由 PLC 控制的設(shè)備與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制” ，在現(xiàn)代工業(yè)控制中，將具有廣闊的應(yīng)用前景，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。404.1.2 PLC 控制系統(tǒng)1.PLC 滿足控制要求生產(chǎn)系統(tǒng)控制采用 PLC 集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)工況的微機(jī)控制和生產(chǎn)工藝的一體化管理，避免人工計(jì)量和個性化操作帶來的復(fù)合肥生產(chǎn)波動和復(fù)合肥質(zhì)量的波動，提高操作自動化水平和管理水平，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用 S7-200 型 PLC 對皮帶秤監(jiān)控復(fù)合肥的連續(xù)生產(chǎn)過程，可幫助充分利用原材料控制庫存。在實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了西門子控制皮帶秤的優(yōu)越性能。它們已成為干燥、散狀固體粒料連續(xù)在線控制調(diào)速配料的可靠保證。其維護(hù)量小、精度高等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工作中顯示了極微小的滯后性和優(yōu)良的線性度，且設(shè)有過載保護(hù)功能。2.運(yùn)行的安全性這是配料自控系統(tǒng)中首先要考慮的問題，在設(shè)計(jì)時采取很多措施對其進(jìn)行保證。此外，上下限的位置保護(hù)，過載保護(hù)，報警信號處理等。繼電器系統(tǒng)運(yùn)行時的安全性，特別容易受到內(nèi)部配線松脫，觸點(diǎn)壽命及接觸不良等因素影響，生產(chǎn)線規(guī)模大，繼電器數(shù)目愈多，使用時間愈久，問題愈嚴(yán)重。而 PLC 既無內(nèi)部配線，不必考慮配線松脫，接觸不良，線路漏電或短路，