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多功能物料自動配料系統(tǒng)設計

2025年04月06日 16:35:11      來源:廣州市凱士稱重設備工程有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:20

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多功能物料自動配料系統(tǒng)設計2021-03-04

摘要:在化工、飼料、建材、食品、醫(yī)藥等眾多領域,都需要對原料進行配比制成產(chǎn)品,配料工段也成為生產(chǎn)工藝過程中至關重要的一環(huán),配料水平與產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率密切相關。本設計針對配料過程中的精度和自動化問題,設計了一種基于可編程控制器(PLC)的多功能物料配料系統(tǒng),通過壓力稱重模塊采集壓力信號,利用PLC對電磁閥、氣缸、變頻器、伺服電機等設備進行控制,達到精確配比的目的。配料系統(tǒng)是多功能物料科學配比稱重裝置的組成、工作原理、控制系統(tǒng)及稱重系統(tǒng)的設計過程。
1 設計任務
設計一個稱重配料系統(tǒng),能夠在生產(chǎn)線上完成各原料按設定重量準確落料,傳送到攪拌系統(tǒng)混合制成產(chǎn)品。并且可以改變各原料的配料比例,便于配方的調(diào)換、更改。
2 裝置組成及基本原理
該多功能物料稱重配料系統(tǒng)由控制部分、稱重部分和硬件部分組成,其中,控制部分由電磁閥、氣缸、空氣壓縮機、配氣件、三相異步型交流伺服電動機、變頻器、光電編碼器、直流穩(wěn)壓電源組成;電子秤部分由壓力稱重模塊、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、PLC組成;硬件部分由傳送帶、料斗、傳送帶支架、料斗支架、底座、電機支架等部件組成。該裝置采用臺式立體結(jié)構(gòu),落料時,由PLC控制氣缸活塞桿收縮,帶動料斗秤底部擋板開關打開,原料落到傳送帶上,安裝在傳送帶下的壓力稱重模塊將檢測到的重量信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)運算放大器放大處理,傳入A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,由PLC對信號進行比較處理,當信號達到預先設定的參數(shù)時,PLC控制氣缸活塞桿伸長,使料斗底部擋板開關關閉,停止落料。系統(tǒng)示意圖1如下。
3 控制系統(tǒng)的設計
3.1 傳送部分的實現(xiàn)
(1)電動機的變頻調(diào)速。自動化配料系統(tǒng)為在較高的工作效率下保證稱量精確度,傳送帶設計為先快后慢的雙速運轉(zhuǎn)形式,即原料下落后先快速傳送,到達設定重量的90%后慢速傳送,這就需要變頻器對電動機進行調(diào)速。變頻調(diào)速是根據(jù)三相異步電機的工作原理而采用的一種調(diào)速形式,異步電動機的轉(zhuǎn)速與同步電動機轉(zhuǎn)速相對應,改變電動機的供電頻率即改變了電動機的轉(zhuǎn)速,電源頻率增加,同步轉(zhuǎn)速n增加,實際轉(zhuǎn)速也增加;電源頻率下降,電動機同步轉(zhuǎn)速下降,電機實際轉(zhuǎn)速也下降,這種通過改變電機電壓頻率的調(diào)速方式即為變頻調(diào)速。自動化配料系統(tǒng)變頻器的工作原理為:利用整流電路,將接入的三相電進行整流成直流電,并且濾波,再經(jīng)過逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成所需頻率的三相交流電。
(2)測速裝置。測速環(huán)節(jié)主要由光電編碼器來完成速度掃描,通過PLC中的高速計數(shù)器來實現(xiàn)計數(shù)功能。由下式可算出電機轉(zhuǎn)動速度。
式中:n――電機轉(zhuǎn)速;r――圓盤電機的半徑; ――高速計數(shù)器HSC0的掃描時間。
3.2 氣動部分的實現(xiàn)
(1)氣源開關――二位五通電磁閥。電磁閥受PLC的控制,主要工作原理是利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁力,推動閥芯切換,實現(xiàn)氣流的換向,可以對氣缸進行控制,實現(xiàn)氣缸的伸縮動作。(2)料斗開關――雙作用氣缸。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個腔,兩腔可以分別通入壓縮空氣,當從有桿腔輸入壓縮空氣時,無桿腔排氣,使活塞桿收縮;當無桿腔進氣,有桿腔排氣時,活塞桿伸出?;钊麠U的伸縮帶動料斗擋板的開關。
4 稱重系統(tǒng)的設計
4.1 稱重系統(tǒng)的工作原理
該稱重系統(tǒng)中,將壓力稱重模塊置于傳送帶兩個固定托輥的中點,當原料下落時,它可測出該區(qū)段每單位長度的載荷值q,該值乘傳送帶速度v即為原料的流量。則在時間T內(nèi)的原料累積量可以用積分式 表示,式中:W――時間T內(nèi)的原料累積量,kg;T――原料壓力稱重模塊的時間,s;q(t)――單位長度的傳送帶上原料重量,kg/m ; v(t)――傳送帶的速度,m/s 。
4.2 稱重電路的結(jié)構(gòu)設計
壓力稱重模塊采集的信號是mV級小信號,設計選用的壓力稱重模塊傳來的動態(tài)稱重信號是0~30mV范圍,不能直接被PLC讀取,需要經(jīng)過外加放大電路處理,將其轉(zhuǎn)化為0~10V的標準電壓信號。配料系統(tǒng)為了實現(xiàn)電壓放大,采用LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器,其轉(zhuǎn)化后的0~10V的標準電壓信號后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器(EM235模擬量輸入模塊)將模擬量(電信號)轉(zhuǎn)換成可以直接輸入PLC模塊的數(shù)字信號,最后將這些數(shù)字信號傳入PLC計算分析比較,如果輸入量達到預先設定值,則控制氣缸動作,關閉落料口。
4.3 PLC與軟件
稱重配料系統(tǒng)采用的PLC為SIEMENS S7-200系列中的CPU224,外掛EM235。CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。其編程軟件為STEP7-Micro/Dos,在PC上位機安裝此軟件,與PLC進行傳輸,可方便改變PLC的動作指令,例如更改配料比例和配方,均可通過調(diào)整編程,快速改變裝置的落料方式。
 

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