基于FX2N的自动加料

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/5/24,#,基于,FX2N,的自动加料系统设计,第一章,引言,第,二,章 可编程控制器基础,第,三,章 方案论证,第,四,章 系统的软件设计,第,五,章 软件设计,第,六,章 仿真,开始,第一章 引言,1.1,自动加料系统的分析,1.2,自动加料系统图,1.3,自动,加料系统的控制要求,1.4,自动加料系统的设计,任务,1.1,自动加料系统的分析,基于三菱,FX2N,加料系统控制设计,对自动加料控制系统研究和分析，并对自动加料系统进行硬件设计和软件编程设计及仿真，调试程序。,四个电机均采用三相交流异步机，其中传送带电机,M4,、,M3,功率为,4000W,，额定电压为,380V,额定电流为,10A,，,M1,、,M2,功率为,2000W,，额定电压为,380V,额定电流为,5A,，通过控制电动机的运转控制上传送带、下传送带及料斗，实现加料系统的的自动加料。,1.2,自动,加料系统,图,1.3,自动,加料系统的控制要求,(1),按下启动按钮后，接通上输送带电动机（进料电动机）,M3,，上输送带运转，开始进料。,(2),当斗秤中的原料达到设定重量，料位开关,S3,动作，,M3,停止，停止进料，同时接通下输送带电动机（出料电动机）,M4,和开闸电动机,M1,，使下输送带运转，料斗闸门打开，将料输出至下传送带。,(3),当闸门完全打开，碰撞闸门上限位开关,S1,，切断,M1,，,M1,停止运行。,(4),当斗秤中原料下完，料位开关,S4,动作，接通关闸电动机,M2,，关闭闸门。,(5),当闸门完全关闭，碰撞闸门下限位开关,S2,，切断,M2,，,M2,停止运行，接通,M3,，料仓重新开始下料。,(6),按下停止按钮时，应等料斗中的原料下完，再延时,10S,，待传送带上的原料输送完毕，自动切断电源，停止系统。,(7),若出现故障，可直接切断电源，停止一切动作。,1.4,自动加料系统的设计,任务,（,1,）了解自加配料系统的系统组成和工作原理。,（,2,）设计系统控制方案。,（,3,）对硬件如,PLC,、变频器等进行选型。,（,4,）采用,PLC,编程软件“,GX-Developer,”对控制系统进行梯形图编程，并用仿真软“,GX-Simulator,”进行仿真。,第二章 可编程控制器基础,2.1,PLC,简介,2.2 PLC,分类,2.3 PLC,应用,2.4 PLC,发展,2.1,PLC,简介,1,、,什么是,PLC,可编程控制器（,Programmable Logic Controller,）简称,PC,或,PLC,。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。,2,、,PLC,的特点,（,1,）丰富的,I/O,接口模块,（,2,）可靠性能高、抗干扰能力强,（,3,）采用模块化结构,（,4,）安装简单，维修方便,（,5,）编程简单易学,2.2 PLC,分类,1,.,按结构形式分类,根据,PLC,的结构形式，可将,PLC,分为整体式和模块式两类。,2.,按功能分类,根据,PLC,所具有的功能不同，可将,PLC,分为低档、中档、高档三类。,3.,按,I/O,点数分类,根据,PLC,的,I/O,点数的多少，可将,PLC,分为小型、中型和大型三类,2.3,PLC,应用,最初，,PLC,主要用于开关量的逻辑控制。随着,PLC,技术进步，它的应用领域不断扩大。,PLC,的应用大致归纳为以下几个方面。,（,1,）开关逻辑量控制,（,2,）模拟量过程控制,（,3,）机械件位置控制,（,5,）通信联网、多级控制,（,4,）现场数据采集处理,2.4,PLC,发展,虽然,PLC,问世时间不长，但随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，,PLC,也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段,：,（,1,）早期的,PLC,（,60,年代末,70,年代中期）,（,2,）中期的,PLC,（,70,年代中期,80,年代中，后期）,（,3,）近期的,PLC,（,80,年代中、后期至今）,第,三,章,方案论证,3.1,系统设计思路,3.2,设计方案论证,3.3,总体方案设计,3.1,系统设计思路,1,、系统设计思路,本设计,FX2N,系列,PLC,为核心，配以,FX2N-3A,特殊功能模块以及变频器、电磁加料机、电子皮带秤等外围器件，各部分共同组成一个自动加料系统。通过电磁加料机给传送带装料，用电子皮带秤检测传送带的下料量，将检测到的信息经特殊功能模块,FX2N-3A,的两个模拟量输入通道输入，经模,/,数转换后送给,PLC,，,PLC,运算处理后将运算结果经过,FX2N-3A,数,/,模转换后从模拟量输出通道输出给变频器，由变频器去控制物料传送带电动机的转速，由此调整辅料的下料量，实现下料量基本恒定。,2,、,本设计具体可实现如下功能：,（,1,）变频器对电动机变频调速,（,2,）电子皮带秤可对各种原料精确的计量,（,3,）通过,PLC,实现故障检测。通过对自动加料控制系统研究和分析，并对自动加料系统进行硬件设计和软件编程设计及仿真，调试程序。,3.2,设计方案论证,方案一,：,本系统是研究粉末固体的自动加料，此方案通过,PLC,、电动机与压力传感器的的配合控制料仓舱门的开关，实现系统的自动加料。但利用压力传感器与,PLC,结合，来测量物料的量，在测量过程中存在较大的测量误差。,方案二,：,利用电子皮带秤来测量粉末物料的量。电子皮带秤，由秤架、测速传感器、高精度测重传感器和电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对粉末固体物料进行连续动态计量。皮带秤秤量主皮带上料的量，采用,PLC,控制方式以及变频调速系统，实现物料传送功能。,方案对比与选择,方案一控制简单，在理想情况下能准确的控制，如果原料太湿或者颗粒大小不一样以及给料机倾斜的角度不同这都影响原料的输送的重量。现实当中利用这种方案加料的量不容易准确控制。方案二利用了高智能化的设备能准确的控制物料的量。同时，系统的结构又较简单，因而在工业生产过程自动化中应用较广，所以选择系统设计方案二。,方案二中进料控制原理图,方案二,出料控制原理图,3.3,总体方案设计,PLC,构成的控制系统有输入部分、输出输出部分、控制部分三部分组成，如图,所示。,第四章 系统硬件设计,4.1 FX2N,系列,PLC,的硬件组成,4.2 PLC,通信,4.3 PLC,选型,4.4 PLC,的,I/O,分配及外部接线,4.5,自动加料机的选择,4.6,变频器及接线图,4.7,电子皮带秤,4.8,电动机,4.9 FX2N-3A,特殊功能模块,4.1 FX2N,系列,PLC,的硬件组成,FX2N,系列,PLC,的硬件组成与其他类型,PLC,的基本相同，有三部分组成，主要包括中央处理器、存储系统和输入、输出接口。,PLC,的组成框图,，如下：,外部的开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号,作为,PLC,的输入变量，它们经,PLC,的输入端子进入,PLC,的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据。经,PLC,内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果。输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。,PLC,的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。,4.2 PLC,通信,只要两个系统之间存在着信息的交换，那么这种交换就叫通信,。,一个通信系统，从硬件来看，是由发送设备、接收设备、控制设备和通信介质等组成，从软件来看，还必须有通信协议和通信软件的配合。,按照数据的传输方式进行分类，可以将通信方式分为两种：,并行通信和串行通信。,传输介质是网络中连接收发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载体。传输介质大致可分为有线介质和无线介质。通常用的有线介质有双绞线、同轴光缆和光纤等。无线介质是指在空间传播的电磁波，红外线，微波等。在,PLC,网络应用中，普遍使用的是有线介质。,4.3 PLC,选型,PLC,主要承担对输送设备、秤量过程进行实时控制，并完成对系统故障检测、显示及报警，同时向变频器输出信号调节皮带机转速的作用。,在选用,PLC,时应考虑以下几个方面：规模要适当；功能要相当，结构要合理；输入，输出功能及负载能力的选择要正确；环境条件要适中。,三菱,FXPLC,是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当,FX,系列中最高档次的超小程序装置，除输入出,16,25,点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的,PLC,。,根据上述分析，三菱公司生产的,FX2N-32MR,能满足要求，故本设计选择此型号,PLC,。,4.4 PLC,的,I/O,分配及外部接线,1,、自动加料系统,I/O,分配,表如下：,2,、自动加料系统,外部接线图,4.5,自动加料机的选择,电磁振动给料机用于把物料从贮料仓或其它贮料设备中均匀或定量的供给到受料设备中,是实行流水作业自动化的必备设备,。,选择电磁给料机的技术参数是项目型号,GZ2,，给料能力,10t/h,物体最大允许粒数,60mm,功率,150W,，电压,220V,，电流不大于,2.3A,，双振幅,1.75mm,，间隙,1.9,2.2mm,，总重,155kg,。,电磁,加,料机如图,所示。,带式输送机,的选择,带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送皮带、皮带辊筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。,采用,TD75,型带式输送机，胶带宽度为,500mm,，托辊形式为平行，带速,0.8m/s,，输送量为,41t/h,，带式输送机,如,图所示。,4.6,变频器及接线图,变频器（,Variable-frequency Drive,，,VFD,）是应用变频技术与微电子技术，通过改变,电机,工作电源,频率,方式来控制交流电动机的电力控制设备。,变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。,1,、,变频器的工作原理,2,、,三菱变频器,FR-A740,的外部接线图,4.7,电子皮带秤,电子皮带秤，由秤架、测速传感器、高精度测重传感器和电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量。,电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号,。,速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并分别显示出来。,1,、,电子皮带秤的称重原理,称重时，承重装置将皮带上物料的重力传递到称重传感器上，称重传感器即输出正比于物料重力的电压（,mV,）信号，经放大器放大后送模,/,数转换器变成数字量,A,，送到运算器；物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数,B,，也送到运算器；运算器对,A,、,B,进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。,原理图如下：,2,、,称重传感器的工作原理,图中,R,1,R,4,为电桥测量电阻应变片；,R,D,初始不平衡补偿电阻；,R,T,零点温度补偿电阻；,R,E,输出灵敏度温度补偿电阻。,称重传感器的激励电压为,10V,，称重传感器的灵敏度为,1,1.5mV,，则称重传感器的额定载荷下的输出电压为,10,15mV,。,当被测物的重量通过传感器直接作用在粘有电阻应变片的弹性梁时，使其弯曲变形，梁相对变形大小正比于外加载荷。同时，粘贴在梁上、下平面上的电阻应变片同步产生电阻应变，且与梁变形,(,或梁应力,),成正比。粘贴在梁平面的,R,1,、,R,2,电阻应变片阻值增加，,R,3,、,R,4,电阻应变片阻值减小，故电桥失去平衡，对角端有不平衡电压输出，其不平衡电压正比于被测物重量。,4.8,电动机,电动机（,Motors,）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。,电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电动机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。,本课题所选用电动机的型号为,Y160M2-2,，额定功率,15KW,，额定电压,380V,，额定电流,29.4A,，额定,转,2930r/min,。电动机的主电路的外部接线如图所示。,1,、,电动机的分类,（,1,）异步电机,Y,系列（低压，高压，变频，电磁制动）；,JSJ,系列（低压，高压，变频，电磁制动）。,（,2,）同步电机,TD,系列；,TDMK,系列。,如：,Y2,160M1,8,Y,：机型，表示异步电动机；,2,：设计序号，“,2,”表示第一次基础上改进设计的产品；,160,：中心高，是轴中心到机座平面高度；,M1,：机座长度规格，,M,是中型，其中脚注“,2,”是,M,型铁心的第二种规格，而“,2,”型比“,1,”型铁心长。,8,：极数，“,8,”是指,8,极电动机。,2,、,电动机的过载保护,微型电动机的线圈通常是由很细的铜丝绕成，耐电流的能力较差。当电机负载较大或电机卡住时，流过线圈的电流会快速增加，同时电机温度急剧升高，铜丝绕阻极易被烧毁。,如果能够在电动机线圈中串接高分子,PTC,热敏电阻，则会在电机过载时提供及时的保护功能，避免电机被烧毁。热敏电阻通常被至于线圈的附近，这样热敏电阻更易于感受温度，使保护更加迅速有效。,4.9 FX2N-3A,特殊功能模块,本系统还用到,PLC,一个特殊的功能模块,FX0N-3A,，,FX0N-3A,是三菱,PLC,模拟量输入输出模块。其输入通道数字分辨率为,8,位，,A/D,的转换时间为,100us,在模拟和数字信号之间采用光电隔离，适用于,FX1N,、,FX2N,、,FX2NC,子系列，占用,8,个,I/O,点,。,该模块完全符合本系统中有两个模拟量输入和一个模拟量输出的要求。系统中此模块的模拟量输入采用,DC 0,5V,电压输入，模拟量输出采用,DC 0,5V,电压输出。,第五章 软件设计,5.1,三菱,PLC,的编程语言和编程软件,5.2,流程图,5.3,自动加料系统梯形图、指令表及程序分析,5.1,三菱,PLC,的编程语言和编程软件,编程所用的软件为,GX-Developer,，这个软件主要支持,FX,系列,PLC,编程，支持梯形图编程、指令表编程和顺序功能图编程。是三菱第二代,PLC,编程软件，支持窗口操作系统,5.2,流程图,启动进料电动机。如果四台中任一台不能正常启动则,电动机都不工作。检测电磁加料机中是否有料，如果没料延迟两秒继续检测电磁给料机中是否有料，如果还是没料则电动机停止。如果有料，电子皮带秤开始称重，将称重结果送到,PLC,中并与原设定值进行比对，调节进料电动机的转速值等于原设定值。,5.2,自,动加料系统梯形图及程序分析,按下启动按钮,SB1(X0),后，,Y1,接通（进料），进料达到之后，,S3,（,X4,）动作，则,Y1,断开（停止进料），同时,Y0(,出料,),、,Y2(,开闸,),接通。开闸最大时门上限开关,S1(X2),动作，,Y2,断开。下完料之后，,S4(X5),动作，,Y3(,关闸,),接通，当闸门关闭时，,S2(X3),动作，,Y3,断开，同时接通,Y1,又开始进料。如果不按下停止按钮,SB2(X1),，则可以循环。如果按下停止按钮,SB2,（,X1,），则,M0,、,M2,辅助继电器接通，,Y1,断开。同时,Y0(,出料,),、,Y2(,开闸,),接通。开闸最大时门上限开关,S1(X2),动作，,Y2,断开。下完料之后，,S4(X5),动作，,Y3(,关闸,),接通，,M1,辅助继电器接通，定时器,T0,接通计时，当闸门关闭时，,S2(X3),动作，,Y3,断开，同时,10S,计时到的，,Y0,也运料完毕，系统全部断开。,第六章 仿真测试,程序的仿真在,GX-Simulator,仿真环境中进行。,GX-Simulator,为,GX-Developer,编程软件的配套仿真软件，功能强大，使用方便。,按下启动按钮(X0)后，接通上输送带电动机（进料电动机）M3（Y1），上传送带运转。若料仓有料，则系统开始进料。,当斗秤中的原料达到设定重量，料位开关S3（X4）动作M3（Y1）停止，停止进料，同时接通下输送带电动机（出料电动机）M4（Y0）和开闸电动机M1（Y2），使下输送带运转，料斗闸门打开，将料输出至下传送带,。,当闸门完全打开，碰撞闸门上限位开关S1（X2），切断M1(Y2)，M1停止运行,。,当斗秤中原料下完，料位开关S4(X5)动作，接通关闸电动机M2(Y3)，关闭闸门,。,当闸门完全关闭，碰撞闸门下限位开关S2(X3)，切断M2(Y3)，M2停止运行，接通M3(Y1)，料仓重新开始下料。,按下停止按钮(X1)时，应等料斗中的原料下完，再延时10S，待传送带上的原料输送完毕，自动切断电源，停止系统。,若出现故障，可直接切断电源(X6)，停止一切动作,。,返回,