基于PLC的曲料输送系统设计及动力学仿真.pdf

第 1 期 总第 1 6 4期 2 0 1 1年 2月 机 械工 程与自 动化 MECHANI C AL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N No． 1 Fe b． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 1 0 0 1 5 0 2 基于 P I C 的曲料输送系统设计及 动力学仿真 韩建华 ，赵春红。 ，晋 民杰 1 ．太原科技大学 机 电_T - 程学院， 山西 太 原0 3 0 0 2 4 ；2 ． 山西职业技术学院 ，山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 针对汾酒集 团曲料输送 系统 自动化程度低 、堵料 等问题 ，在不 改变原有 主体结构 的基础 上，采用 P L C 和 变频调速 技术，通过传感器 实现 闭环 的 自动化控制 。利用 A DA MS对螺旋 输送 机进 行仿真分析，得到 了输 送机转速 与推力 间的关系曲线。 仿真结果表 明新方案可有效 防止 曲料拥堵和输 送不均匀等情况的 出现。 螺旋输 送机 的使用性 能及可 靠性 均达 到设计 要求，实际运行 良好 ，经济效益显著。 关键 词 P L C；曲料输送 系统 ；螺旋输送机 ；AD AMS；仿真 中图分 类号 TH2 2 TP 2 7 3 文献标识码 A O 引 言 汾酒集 团原有 的 曲料输送 系 统采用 皮 带和螺 旋输 送 机 ， 现场 控制 主要 由人 工操 作 ， 存在 着 以下 的不足 由于原 系统 自动化 程度 低 ，给料 量控制 不 准确 ，导致 压 曲机生产 过 程 中曲料 不断溢 出 ，且极 易造 成 曲料输 送堵 塞 ，从 而 使生 产效 率低下 ，浪 费严 重 。为此 ，本 文设 计 了一种 基于 P I C的 曲料输送 控 制 系统 。 1新方 案的提 出 在尽量 不 改变原 系统 主要结 构 的基 础上 提 出了新 的曲料输送 系统 ，如图 1所示 。它 同时 为两 台压 曲机 供料 ，在 料 仓 中 安 装 有 料 位 传感 器 ，在 输 送 过 程 中 P I C通 过 料 位 传感 器 的信 号 反 馈 控 制 变 频 器 来 调 节 变频 电机 的转速 ，实 现 曲料供 给 的 自动控 制 。 2 控 制要 求 1 有手 动 和 自动两种 工作 方式 可供 选择 ，两种 工 作方 式设 为互锁 。 2 自动状 态下 ，P I C能根 据料 位传 感器 反馈 的 检 测信 号 自动 控制 两 台变频 电机 的启 动 、停 止 以及转 速 。当曲料在料仓内的料位达到料位传感器设定的低 料 位 时 ，变频 电机 高速 运行 ，当料位 到达设 定 的高料 位点 时，变频电机低速运行直至停止运行。 3 在 手动状 态下 ， 工作人 员 可根据 实 际情况 启 、 停 电机或 调节 变频 电机转 速 ，从而 达到 人为控 制 的 目 的。在手 动状 态下 ，料位 传感 器 的高料 位设定 值依 然 起作 用 ，当手 动加料 到最 高料 位值 时 ，变频 电机停 止 运行 。 4 两 台变频 电机 并行 使 用 ，互 不 影响 。当一 台 有 故障 时 ，另外一 台可正 常运行 ，不 耽误 生产 。 曲料 输送 系统 的控 制流 程见 图 2 。 1 给料器 ；2 一水粉混合机 ；3 ．6 一水平绞龙 ； 4 ～倾斜绞龙 ；5 一变频电机 ；7 物料传感器 图 l 新 曲料输送系统 3曲料供 给控 制 系统的 设计 3 ． 1控制 系统硬 件 选择 1 采用 料位导纳式传感 器，可调式 延时输出 0 S ～9 0 S ，I P 6 5 外 壳 防护 等级 ，高低 位失 效保 护功 能 可切换 ，适用于液体、浆体 、固体、颗粒等的检测 。 2 作为 控制 系统 核心 部件 ， 选 择 西 门子 S 7 2 0 0 系列 c P U2 2 4型 P I C， 同时选择 E M2 3 1 、 E M2 3 2模拟 量 扩展模 块 。 *山西省科技攻关项 目 2 O l O l O l 9 收稿 日期 2 o l o - 0 9 2 6 作者简介 韩建华 1 9 7 8 一 ， 男 ， 山西盂县人 ， 讲师 ． 硕士 ． 主要研究方向 ； 计算机辅l l 0 i -t- 与制造 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1年 第 1期 3 ． 2 控 制 系统 软件设 计 采用 面 向过程 的模块 化程序 设计 。 该 P I C的编程 环境为S T E P 7 一Mi c r o ／ WI N， 具有友好的交互界面和 程序 接 口。 3 ． 2 ． 1 输 入输 出地址分 配 端 口的分 配要 与 程序 中使 用 的寄存 器 一一 对应 ， 否则 将产 生逻辑混 乱 ，无 法正 常运行 。 根据控制系统的要求分配 P I c的 I ／ O地址， P I c 的输 入 、输 出地址 分配分 别见 表 1 、表 2 。 高料位 ／ 程』 芋结束 、J ● 一 图 2 曲料输送系统控制流程图 表 1 P I C输 入 地 址 分 配表 模块 输入端子 地址 信号 CP U2 2 4 2 0 I O ． 0 启动 ／ 停止 C P U2 2 4 2 l I O ． 1 手动／ 自动 CP U2 2 4 2 2 1 0 ． 2 D1 运行／ 停止 CP U2 2 4 2 3 1 O ． 3 D2 运行／ 停止 CP U2 2 4 2 4 ． 2 5 1 0 ． 4 启动反馈 CP U2 2 4 2 6 ． 2 7 1 0 ． 5 故障反馈 C P U2 2 4 2 8 1 0 ． 6 2 4 V 漏 电 闭锁 E M2 3 1 9 1 ， 9 2 Al W0 料位计 表 2 P L C输 出地址分配表 模块 输出端子 地址 信号 【 C P U2 2 4 4 0 QO ． 0 D1 运 行 CP U2 2 4 4 1 Q0 ． 1 D 2运 行 C P U2 2 4 4 2 Qo ． 2 D1 故障 CP U2 2 4 4 3 Q0 ． 3 D 2故障 C P U2 2 4 4 4 QO ． 4 启动 E M2 3 2 9 3 ． 9 4 AQW0 变频器 l输出 E M2 3 2 9 5 ． 9 6 A 1 W2 变频器 2输 出 3 ． 2 ． 2 程 序设 计 该控 制 系统 的应 用程序 由 1个 主程序 、4个子 程 序 和 1个 中断程序 组成 。 主程序 的功能 包括子 程序 的调用 、 手 ／ 自动控 制方 式 的判别 、变频 电机的控 制及漏 电故障判 断等 。系统 完成 自检后 ，调用 主程序 ，开始漏 电检测 以判 断是否 存在 漏电 ，存在事故 则报警 ；接 收到启动 信号后 ，程 序开始执行 ，同时判断信号的控制方式。 该控制系统的功能模块子程序包括料位信号的采 集、变频电机控制信号的输 出、故障报警的判别与执 行 及显 示器 内容 的更 新 。程 序设 计 中采 用选择 结构调 用执行 各功 能子程 序 。 3 ． 2 ． 3 手动控 制设计 曲料 的水平 通道输 送 主要 由两 台变频 电机 带动水 平 螺旋输 送机完 成 ，一般情 况下 ，曲料输送 的速度是 一 定值 ，因此变频电机的频率调定后应保持不变，也 可手动调节变频电机的转速 ，这样在不同的使用条件 下 工作人 员均可 方便 、灵 活地操作 。 采用 智能手操 器 与变频 电机连 接 ，通 过智能 手操 器 调节变 频 电机 的频率 来控 制其转 速 ，并通 过数 字显 示仪显示频率， 智能手操器与一个旋转式变阻器连接。 4 螺旋输 送机 的动力 学仿真 分析 利用 P r o ／ E建立 装置 的三 维模型 ，以真 实地 反映 其物理模型及其特性参数 ；然后利用动力学仿真软件 AD AMS对其进行动力学仿真分析。 4 ． 1 模 型的建 立 图 3为运用 P r o ／ E建 立 的螺旋输 送机 模型 ，图 4 为 导人 AD AMS后 添加 曲料 块 的整体模 型 方块 作 为 曲料的简 化模型 。 图 3 螺 旋 输 送 机 的 P r o ／ E模 型 图 4螺 旋 输 送 机 的 整 体 模 型 4 ． 2 仿真及 结果 分析 通 过 变频调节 电机 的转速 ，不 同转速时 电机输 出 的转 矩不 同 ，螺旋 输送机 对 曲料的推 动力也 不 同。取 不 同的电机转 速 ，对 应 的螺旋输 送机 轴的转 速分别 为 ” 一1 5 r ／ mi n 、3 0 r ／ mi n 、5 0 r ／ mi n 时进行试 验 。生 成 的螺旋 输送机 推力 的变化 曲线 如图 5所示 。 当电机的转速不同时 ，螺旋输送机对曲料的推力 的稳 定值 基 本都 为7 0 0 N，但 通 过力 的变化 曲线 可 以 发现 ，转速越 快 ，螺旋输 送机 刚开始启 动时 叶片与 曲 料 之间的 冲击力就 越大 ，容易造 成螺旋 输送 机叶片 的 损坏 ， 因此一 定要在 启动 时保持 小转速且 渐进 调速 ， 不 允许直接调至工作要求转速。 5 结论 经过一 段时 间的现场 实际运 行 ，新 的控 制系统在 自动化程度及可靠性等方面均达到设计要求 ，避免了 曲料在输送过程中发生拥堵、输送不均匀等现象，降 低了工人 的劳动强度 ， 使曲块的生产效率得以提高， 新 系统使用 后经 济效益 非常显 著 。 下转 第 1 9 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年 第 1期 机 械 工 程 与自 动 化 1 9 来进 行优化 设计 及应 力分 析 ，可 以节约 很 多时 间 ，并 降低 设计成 本 。 图 6 改 进 后 引脚 的 应 力云 图 由此可 见 ， 结 合 S o l i d Wo r k s 等 三维 软件进 行 电容 器成形模具的优化设计取得了良好的效果，为类似问 题的解决提供了一种可尝试的途径 。 参考文献 [ 1 ] 马万成． 钽 电容器阳极块成形模具 的改进[ J ] ． 有 色设 备 ， 2 01 0 1 29 3 1． I- 2 ] 陈国光． 铝电解电容器[ M] ． 成都 电子科技大学 出版 社， 2 0 01 5 8 62 ． [ 3 ] 林学清． 铝 电解 电容 器工程技术 E M] ． 厦 门 厦 门大 学 出 版社 ， 2 0 0 2 1 0 1 2 ． E 4 ] 唐觉 明． 基于 S o l i d Wo r k s技术的鼓 风机叶轮设计 的研究 E J ] ． 东华大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 6 6 7 5 7 9 ． E s ] 王宏． 基于 S o l i d Wo r k s的组 合镗 刀的三维 建模设计 口] ． 机械设计 与制造 ， 2 0 1 0 1 4 9 5 1 ． Opt i m i z a t i o n De s i g n o f S ha pi ng M o u l d f o r Ca pa c i t o r Ba s e d o n S o l i dW o r k s SHI Ji a n f e ng ，CHEN Xu d on g ． YE Pe i ～ f u 1 ． Na n t on g Vo c a t i on a l Co l l e g e，Na n t o n g 2 2 6 0 0 7．Ch i n a； 2 ． Na nt on g To n g f e i Ca p a c i t o r Co ．， Lt d ．， Na nt o n g 2 2 6 0 0 7，Ch i n a Abs t r a c t Thi s p a pe r a na l y z e s t h e l o a d on c a pa c i t or pi n i n mol di n g p r o c e s s，a nd t h e f a c t or s a f f e c t i n g t he p e r f o r ma nc e pa r a m e t e r s of a c a p a c i t or ．I t us e s So l i dW or k s s o f t wa r e t o s e t up t h e mod e l o f mol d，us e s Co s M os Xpr e s s t ool s t O a na l yz e t he mo de l ，a n d pr o po s e s t he o pt i mi z at i on de s i gn of s h a pi ng mo ul d ． Pr a c t i c e s s ho w t ha t t h e de s i g n ha s o bt a i n ed t he e xp e c t e d e f f e c t ． Ke y wo r d s s h a pi ng mou l d；Sol i dW o r ks；op t i mi z a t i o n d e s i gn 上接第 1 6页 1 ． O 5 O ． 95 Z 墨。 0 ． 7 5 O ． 6 5 ．． 0 j 0 40U 35 一 i 墓 0 一 图 5 不 同转速 时螺旋输送 机推 力的变化 曲线 De s i g n a nd Dy na m i c S i mul a t i o n o f Br e wi ng M a t e r i a l Co n v e y i n g S y s t e m Ba s e d o n PLC HAN J i a n h u a ，Z HAO Ch u n h o n g ．J I N Mi n j i e 1 ．S c ho o l o f M e c h a n i c a l a n d El e c t r o n i c En gi n e e r i n g． F a i y u a n Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o gy ，Ta iyu a n 0 3 0 0 2 4， Ch i n a2 ．S h a n x i Po l y t e c hn ic Co l l e g e，Ta i y u a n 0 3 0 0 0 6， Ch i n a Ab s t r a c t I n a l l u s i o n t o t h e p r o b l e ms s u c h a s l o w a u t o ma t i o n l e v e l a n d b r e wi n g ma t e r i a l j a m i n c o n v e y i n g s y s t e m i n F e n j i u Gr o u p ， t hi s pa p e r pr e s e n t s a c l os e d l o op c o nt r ol s ys t e m o f b r e wi ng ma t e r i a l c onv e y or whi c h i s b a s e d on PI ， C a nd VVVF， t o r e a l i z e a ut oma t i c c ont r ol of ma t e r i a l s u ppl y．The r e l at i o ns hi p b e t we e n r ot a t i ona l s p e e d a n d t hr u s t i s obt a i n e d by us i ng ADAM S t o a na l yz e t h e s c r e w c o n v e y o r ．Ne w c o n t r o l p r o j e c t c a n p r e v e n t t h e a p p e a r a n c e o f ma t e r i a l j a m a n d u n e q u a l t r a n s p o r t a t i o n e f f e c t i v e l y ．S e r v i c e pe r f or ma nc e an d r el i ab i l i t y of t h e c onv e y or wi t h i mp r ov e d c on t r ol s ys t e m c a n me e t t he d e s i gn r e qu i r e me nt ． Ke y wo r d sPLC；br e wi n g ma t e r i a l c o nv e yi ng s y s t e m ；s c r e w c o nve y o r s； ADAM S； s i mul a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m