截止目前累计成功为5,000,000 用户成功查重检测

CNCNKI学术不端文献查重检测系统 多语种 图文 高校 期刊 职称 查重 抄袭检测系统

基于WinCC的自动配料系统设计

时间:2016-09-07 09:51:00 编辑:知网 阅读:

摘   要

 

      随着工业控制领域技术的不断发展、工厂企业运行规模的不断扩大, 监控系统经历了长足的发展,传统的配料控制方式正逐渐被自动化的控制方式所取代。自动配料系统的采用既节省了人力,减少了原材料的浪费,又提高了生产的效率。配料生产系统是一种把多种原料按照一定比例混合在一起通过后期各种加工过程最后生产出某种原料的生产系统。配料生产过程在饲料生产、建筑以及食品等行业中都是必不可少的必要环节。本文中基于组态软件WinCC作为系统构架基础,底层采用西门子PLC进行数据采集和功能执行来完成配料过程的自动化控制。本论文内容主要包括系统总体方案的设计、WinCC组态软件以及西门子PLC的介绍、配料生产过程的简介、系统的硬件选择(交流电机、称重模块、电动阀、A/D模块)以及软件设计等,并且对配料系统的环境温度和皮带打滑跑偏情况进行了故障处理。

知网论文查重

知网论文查重

第一章 绪论

1.1课题背景

在PLC控制技术被广泛应用以前,工控领域中主要采用继电器控制方式,例如延时继电器、温控继电器等。继电器在使用过程中最大的缺点就是安装过程不够简便,一旦需要有所改动,改动过程非常复杂。此外继电器一般为机械结构,触头在闭合接触时有一定的可能性会产生电火花,这种现象对于恶劣的工业生产环境来说这是及其不安全的。

从1969第一款PLC研制成功开始,继电器装置就开始逐渐被PLC取代,PLC从此开始蓬勃的发展过程。一般来说PLC主要应用于工业自动控制环境中,其采用可逻辑编程存储器件可以执行数学逻辑运算与逻辑操作指令,通过工业现场总线和输入、输出设备来控制整个工业生产过程。随着微处理器技术的快速发展,技术研发人员开始将新生的微处理器加入到PLC里面,这使得PLC开始具备数据分析、数据运算以及数据处理等功能,从而使得PLC的运算速度在一定程度上获得了提高。此外通过PLC能够方便的实现逻辑控制或开关量控制,所以PLC非常适合工业生产环境。

自动配料系统是一种能够在工业(例如水泥配料生产线)或农业(例如复合肥配料生产线)生产活动中获得广泛应用的自动化配料生产系统,通常是通过上位机(有自动配料算法软件的电脑)对自动配料生产的系统进行监控和控制。随着科学技术的飞速发展,工业自动化控制领域的实现方案日新月异,人们对生产设备的自动化程度的要求开始变得更高,先前使用的人手工生产配料系统开始不能满足现在生产自动化程度的需求,所以需要一种全新的自动配料系统来解决这一系列的生产问题,满足人们的生产需要。

自动配料系统最大的优点是操作简单,可以以手动、半自动、全自动三种方式进行工作。当自动配料系统处在手动控制模式时,操作人员需要按照生产的指定情况,计算出各种物料在生产中所占的比例,之后再根据设定的配料比例,分别计算出各种物料的理论下料量,并对配料系统中的现场生产设备分别进行控制,来按照理想的配料方式进行配料生产。在配料生产中配料生产的要求有一定变化,需要调整各物料的下料量时,就必须再次计算每种物料的理论值,之后才能继续配料生产过程。本自动配料系统的现场层采用西门子S7-300系列PLC为核心。

1.2配料系统的发展历史

随着微电子技术和计算机技术的不断发展,配料系统的发展经历了四个阶段。分别是人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、计算机工业集中控制[1]

在第一阶段,由于在此阶段配料系统的自动化程度最低,多以基本上所有的配料生产的过程都需要热力来完成。在人工手动控制时期,配料生产的设备基本上都是相互独立的,各设备之间没有任何的信息交互,并且生产设备的体积庞大,操作不方便,所有的配料数据都需要人工进行计算以及测量,配一个配料的称重称旁边就需要有一个工作人员进行称重操作,不仅生产效率低下,并且人力消耗巨大。

在第二阶段,随着科学技术的飞速发展,电子管、晶体管技术也得到了广泛的应用。在这一阶段,工业配料生产系统的体积开始慢慢变下,并且集成程度开始变高,同时配料的生产效率也在一定程度上有了极大地改善。但是电子管和晶体管技术在配料系统的广发采用也带来了两个消极的影响:一方面是,这一阶段的配料生产操作会产生严重的电噪声,所以只能通过设计结构更为复杂的电路来减小电噪声,从而达到优化配料系统工作环境的目的;另一个方面是采用晶体管或者电子管的电子元器件极其容易出现老化的现象,这主要是因为一般的配料生产的现场环境都比较恶劣,但是许多在现场工作的设备却不能配备与此恶劣环境想匹配的保护设施,这种现象使得这一阶段配料系统无法避免抗干扰能力比较低、可靠性也不高的缺点。

在第三阶段,在随着大规模集成电路的快速发展单片机配料系统应运而生,这种配料系统解决了一些在以前的配料系统中遗留下而没有得到解决的问题,产生了一种全新的配料控制方式。单片机控制配料系统具有电路结构简单、搭建及维护成本低、可靠性高、控制效率高等一系列优点,并且同时满足了人们对更高自动化程度的排料系统的需求。随着时间的推移,这种配料系统坚持到了现在还没有完全被淘汰,依然被广泛的应用在各种中小型企业的配料生产线中,在配料生产活动中起着重要的作用。随着工业自动化控制技术的飞速发展,自动化程度更高的配料生产系统将会更广泛的应用在生产活动中。

在第四阶段,随着计算机的处理能力日益强大,计算机工业集中控制的方案开始在工控领域中被提出来。在计算机也集成控制系统中,上位机(装有控制软件的计算机)通过组态软件可以对现场的生产设备的生产状态进行监控,并且可以控制下机位(现场的生产设备)的生产工作情况。计算机工业集成控制方案不仅具有生产效率、功能强大等优点,而且其可靠性和抗干扰能力也与以前的配料系统有了天壤之别。

1.3研究的主要意义

配料系统是一种把多种原材料按照预设的比例混合在一起,然后通过粉碎,搅拌,加湿等过程最后生产出一种产物的生产系统。配料过程在饲料,建筑,食品等行业中都是必不可少的关键环节。目前我国大部分的配料系统处于集中控制和模拟屏控制阶段,在一些厂家中甚至还存在手工操作的系统。本文主要面向于国内中小型企业的配料系统,传统配料进程主要依靠人手工的操作人员的经验进行操作,目前的配料系统主要有一下几点不足:

(1)生产效率较低,产品品质较差

当前国内的配料系统的自动化程度比较低,造成生产效率的低下,甚至还可能出现混合不均匀、配料错误导致停机的危险,并且生产中难以避免的人为不可控因素过多,不能保证产品的质量。

(2)网络化较差

当前国内配料系统的另一个鲜明的特点是生产系统大规模采用集中控制的方式,在生产区域的中央控制室内完成主要的监控和操作。这样控制方式的优点是操作实时方便,并且生产数据与软件易于管理和维护。随着如今信息技术网络化进程的不断发展,远程和分布式监控在业控制领域将会受到越来越大的欢迎。

(3)信息交互性比较差

虽然当前配料系统的集中控制的方式有许多优点,但其与底层 PLC 的数据交互能力比较弱,大部分都是只能一次载入数据,不能实时多次重复载入数据,数据交互性比较差。

综合以上几点当前国内配料生产系统的不足,为了实现配料生产控制过程的自动化、网络化和信息化,本文提出了基于组态软件 WinCC的为系统架构的远程配料生产监控系统。

为了对落后的机械配料系统进行改造,使配料过程实现自动化,本文提出了将数据采集、实时监控等多项功能集中于一体的改进方案,这对提高配料生产效率和产品质量以及完善企业的管理制度来说都有重要的意义。改造之后的配料系统在控制精度方面将有不小的提高,并且新系统成本低,性价比高,比较适合在国内中小企业中推广使用。

首先,改进后的配料系统实现管理控制一体化。报表库能够自动收录料仓状态、配料过程参数,同时配料生产系统可以控制配方管理、车间原料情况,以及实现对现场设备运行状态的实时监控等。

其次,该系统实现了对配料过程的实时参数监控。该自动配料系统可以自动进行配料操作,即可以按照配料生产的需要设定生产的具体参数,然后通过控制设备控制下料电机转速,皮带秤,以及皮带传送电机的工作状态,并且可以在上机位的组态软件中实时监控配料生产设备的运行状态 ,使得完整的配料过程都在才做人员的掌控之下 。此外,针对配料生产中出现的不同情况,工作人员合适实时对生产参数进行调整,使配料系统可以生产出最优质的产品,取得最高效的生产效益。监控计算机也可以通过PLC和仓门的电路连接, 直接在监控计算机上操作来控制其他外加生产设备的运转。

另外,当企业因实际需求的增加需要扩大配料生产规模时,可以简单地通过多台现场设备的并网通信来实现控制目标数的增加,这比传统的配料系统需要进行大规模的软硬件的修改要简单的多,降低了企业所要支付的人力物力成本。

返回