自动配料系统毕业论文
题 目：自动配料系统设计
目 录
第一章 引言......................................................... 1
第二章 自动配料系统设计总框图....................................... 2
第三章 自动配料系统硬件的设计....................................... 4
3.1 配料系统的设计 .............................................. 4
3.2 计量系统的设计 .............................................. 5
3.3 变频器的选择 ................................................ 5
3.4 电机的选择 .................................................. 5
3.5 传感器的选择 ................................................ 5
第四章 控制系统硬件设计............................................ 15
4.1 PLC的选型.................................................. 15
4.2 称重仪表的选配 ............................................. 18
4.3 操作站的选配 ............................................... 19
第五章 控制系统的软件设计.......................................... 20
5.1 称量仪表参数设定 ........................................... 20
5.2 PLC程序编制................................................ 20
5.3操作站WINCC 组态系统........................................ 25
第六章 结束语...................................................... 31
参 考 文 献........................................................ 32
毕业设计总结....................................................... 33
毕业设计致谢....................................................... 34
Computer Aided Design.............................................. 40
英文翻译........................................................... 46
摘要
摘要：配料工人收到每天的生产作业表后, 将依次对每种原料进行称重｡
根据配料的多少, 先计算每种成分的重量, 然后在各种成分的料桶中取料, 送到
电子称上进行称重, 最后进行包装｡在这个过程中工人工作繁重, 出错率高, 称重
重量无监测, 生产数据无纪录等不能保证企业的生产工艺｡文中以PC 机编程, 可
编程逻辑控制器(PLC),现场总线技术等现代工控技术为基础, 开发了以PC 机为
上位机, 以PLC 作为下位机的自动配料系统｡在整个生产过程中, 一旦生产计划
制定完成, 计算机将按照计划对每种原料进行称重, 不再需要人工来干预｡在这个
过程中工人只是进行取料, 由计算机通过电子称发来的数据校核重量, 减轻了工
人的工作负担, 提高了工作效率｡
关键词，传送，配料，PLC
Abstract
Abstract
Abstract: Ingredients worker receives daily production operations the table, it will turn for each raw material weighing ｡ according to the number of ingredients, first calculate the weight of each ingredient, and then the drums in a variety of components in the reclaimer and sent e - said weighing on the final packaged ｡ In this process, the heavy workload of the workers, the high error rate, weighing the weight of no monitoring, no records of production data can not guarantee the production process ｡ paper to PC, programming, programmable logic control device (PLC), field bus technology and other modern industrial control technology, developed by PC, as the host computer to PLC as the next-bit machine's automatic batching system ｡ throughout the production process, once the production plan worked out, the computer will follow plan for each weighing raw materials, eliminating the need for manual intervention｡ In this process, the workers just to get material, by the computer that sent the electronic data checking weight, reduce the workload of workers to improve work efficiency
Key words: transmission, ingredients,PLC
第一章 引言
自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。可以广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。自动配料系统的恒流量控制采用PID 调节，流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合。依据系统工艺流程介绍了配料系统的流量控制方式和系统控制过程，详细讲述了PLC 的选型及PLC 配料系统变频控制中的硬件设置、参数设定和软件设计过程。自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监测和调节。系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络, 通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC 、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将主料与辅料按一定比例配合，由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。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。
第二章 自动配料系统设计总框图
1. 工作原理框图
图
1
自动配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称重并按所选配方混合这一工业过程进行实时监控管理的自动化系统, 已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食及饲料等行业。一般的工业自动配料系统由以下几部分组成。
(1) 给料部分:给料部分是从料仓(或储罐) 向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性, 可以选用不同的给料设备, 如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双) 速电磁
阀等。
(2) 称量部分:称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成, 与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。
(3) 排料设备:排料可以是称重设备(减量法) 或排放设备(增量法、零位法) 。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气) 动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。
(4) 配料控制系统:配料控制系统由称量仪表、可编程控制器、上位工控机及其它控制器件等组成。
(5) 校秤系统:配料系统传感器应进行定期调校, 以保证系统配料精度。
控制系统 配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统在一些比较简单的称重配料系统中, 也可以采用工业计算机( IPC)加数据采集板卡的形式进行配料的控制。
工作原理：比例调节 圆盘给料机输送的物料进行计量，由电脑积算仪接收称重信号和速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计、瞬时流量信号由 RS- 485口传送给工业控制机 （上位机）、并以 4~20mA模拟电流信号传送给 AI 调节器，AI 调节器将该信号与内部设定值进行比较运算后，输出 4 20mA的模拟信号送给变频器，再由变频器去调节圆盘给料机的转速，当流量增大时，降低圆盘给料机的转速，反之提高圆盘给料机的转速，从而使得物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。
第三章 自动配料系统硬件的设计
3.1 配料系统的设计
全自动配料控制系统可以应用在，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA 所追求的一致目标。
配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。配料现场粉尘大, 环境恶劣; 各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬殊；配料速度和精度要求高; 配方可能经常变换、调整; 物料可能受环境温度、湿度影响。
3.1.1 称重方式选择
在工业配料过程中, 常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2 种。进料式称量有2 种实现方法, 第1 种方式称为零位法, 即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料, 在称量值达到设定值时停止给料, 然后打开闸门将料卸出, 再从零位重新称量下一物料; 第2 种方式称为增量法, 即称量料斗接收、称量好一种物料后, 不排空料斗, 而是只将电子秤内部计数值清零, 再接收另一物料。显然, 零位法的称量精度比增量法的称量精度高。
采用进料式称量, 当给料设备停止给料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗, 这些余料称为落差。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。
为保证称量速度和称量精度, 在进料式称量时一般采用双速给料的方法, 即先快速给料至设定值的90 %～95 % , 以保证称量效率, 然后慢速给料, 以保证称量精度。卸料式称量首先向料斗内装入始终多于配方要求的物料, 然后自料斗内向外卸料进行称量, 落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。减量法称量还可以省去料斗, 直接将传感器安装在料仓上, 料仓中物料总重量减少的数值就要配制的物料的重量值, 此方法由于精度太低而较少采用。减量法只能一料一秤。
同样为了兼顾速度和精度, 减量法也采取双速卸料, 一般是先快速卸料, 到达设定
值的90 %～95 %时改为慢速卸料。
在进料式称量中, 由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净, 从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量, 不存在卸料干净与否的问题, 因而该方式特别适合于称量难称的物料, 如易粘附的物料等, 其缺点是设备比较复杂, 需要同时有给料装置和卸料装置, 要求车间高度较高, 并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值, 从而导致传感器量程增大, 造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。
3.1.2 给料方式选择
目前, 称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。
电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理双质体在低临界近共振状态下工作,
无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过程中, 物料在料槽中被连续抛起, 并按抛物线轨迹向前作跳跃运动, 因此对料槽的磨损较小。其缺点是安装后的调试较复杂, 调整不当会产生噪声且运行不好。
与电磁振动给料机相比, 螺旋给料机给料均匀, 受外界影响小, 机械振动小, 运行平稳, 对称量的干扰也小, 可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器, 重量大, 效率较低。对于液体物料, 一般采用阀门控制给料量。
3.1.3 生产线结构
(1) 采用固定式单组份料斗秤的结构:每个料仓对应1台料斗秤, 各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。
(2) 采用固定式多组份料斗秤的结构:几个料仓对应l 台料斗秤, 各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。
(3) 采用移动式料斗秤的结构:通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。
(4) 采用称重带式输送机式的多组份秤的结构:料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构, 各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。
3.2 计量系统的设计
根据下料量的要求，对称重元件及测速元件进行设计。
3.2.1 称重元件设计
1. 电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比进行秤量，该秤可控制物料的秤量、卸料。当饲料到规定的数值时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执行下一步饲料的送料和秤重，依此类推，直到全部饲料配比完毕。
电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命，特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。称重仪表性能稳定，抗干扰能力强，功耗低、可靠性高，而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能，可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达250KG/M。它的输出信号驱动其微型输出继电器，以开关量形式将信号送入PLC ，它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。
2. 皮带称的工作原理：物料通过给料设备送至配料皮带秤，秤体中的称重传感器和测速传感器将称重和速度信号送至皮带秤仪表，皮带秤仪表显示输送物料的瞬时流量、累计量等数据，同时将瞬时流量以4～20mA 模拟电流形式送往PID 调节器，调节器根据测量值与设定值的偏差，通过变频器去调整皮带秤驱动电机的转速，使之精确地以用户设定的给料流量给料，达到恒定物料瞬时流量的目的。适用该工作模式的工艺现场必须满足这样一个前提条件，那就是物料给出量必须与给料控制电机的转速成正比。
图3-1 皮带称结构
图3-2 单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图
皮带秤仪表将测量到的瞬时流量转化为两个4～20mA 模拟输出信号，一个作为PID 调节器的反馈输入与调节器机内设定植比较参与反馈运算，另一个作为PID 调节器的前馈输入乘前馈放大系数，然后再与反馈运算输出相加输出4～20mA 模拟调节信号控制变频器的频率从而及时改变电机的转速。单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图如图2所示。
3.3 变频器的选择
图3-3为SINAMICS V10PWM 型交-直-交变频器
根据设计要求这里采用SINAMICS V10PWM 型交-直-交变频器进行调速。
3.3.1变频器的特点
SINAMICS V10变频器是由西门子公司生产的一种具有基本功能的多用途的工业变频器。SINAMICS V10变频器经济、简便、具有鲁棒性和适应性，尤其适合中国复杂的电网环境，可应用于风机、水泵、纺织及其它简单的物料传送系统。
3.3.2变频器的工作原理
1. 变频调速基本原理： 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
整流器
大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
平波回路
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
逆变器
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路
是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等) 的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
由转速公式可知, 我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能，节电效果20%～30%。 实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即： U∝E=C1fΦ （2） 式
（2）中，C1为常数，因此有：Φ∝E/f≈U/f （3） 若外加电压不变，则磁通Φ随频率而改变，如频率f 下降，磁通Φ会增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电机产生最大转矩不变，需要维持磁通不变，这可由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速。
从结构上看，静止变频调速装置可分为交-直-交变频、交-交变频两种方式。前者适用于高速小容量电机，后者适用于低速大容量拖动系统。只要设法改变三相交流电动机的供电频率f, 就可以十分方便地改变电机的转速n, 比改变极对数p 和转差率s 两个参数简单得多。
2. 变频器的构成
异步电机的变频调速是通过变频器实现的。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。图3给出了PWM 型交-直-交变频器的控制原理框图。
图3-4 PWM型交-直-交变频器原理框图
由图3-4可知，这是一个VVVF 变频调速系统。首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本稳定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。PWM 的优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小，调速范围宽。近年来，带驱动和保护电路的各种智能功率模块(IPM)也相继应用在变频系统中。IPM 模块是将三相逆变IGBT 、驱动电路以及保护电路集成在一块芯片上，它的出现推动了变频家电市场的启动和发展。新型IPM 模块甚至将开关电源也设计在模块内，更加方便用户使用，用户只需要了解接口电路和定义，很快便可以组成并运行系统，从而大大加快了新产品的开发周期。
为了提高配料精度，给料方式采用快、慢速给料。当料斗料重小于设定比例的时，配料皮带电机在变频器调节下，转速大雨=于额定转速，即快速给料；在料斗料重大于设定比例时，配料皮带电机在变频器调节下，电机转速低于额定转速，即慢速给料；
3.4 电动机的选型
图3-5为SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
根据设计要求本设计采用SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
3.4.1电机的工作原理
三相异步电动机的转速公式为: n = n1 (1-s)=60f(1-s)/p (1) 式中:
n — 电机的转速，r/min
n1 — 同步转速，r/min
p — 磁极对数
s — 转差率，%
f — 频率，Hz
由转速公式（1）可知, 我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能，节电效果20%～30%。 实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即： U∝E=C1fΦ （2） 式（2）中，C1为常数，因此有：Φ∝E/f≈U/f （3） 若外加电压不变，则磁通Φ随频率而改变，如频率f 下降，磁通Φ会增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。
根据设计要求本设计采用SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
3.4.2电机的特点
电机特点：
1、转动惯量小， 适于经常正、反转。
2、端部用铜量及端盖等结构部件材料用量相对较少，重量轻。
3、绕组端部铜耗及端部漏抗小，线圈匝数少，同时减少加工工时和绝缘材料用量。
4、由于电机细长，使得通风条件和转子刚度变差，同时铁心冲片数量增加，电机制造工艺难度加大。
5、较大的气隙，可以增大电机的启动转矩和过载能力，降低温升，减小噪音，提高效率，谐波漏抗减小，空载电流变大，功率因数降低。
由于电机细长，线圈匝数相对减少，端部漏抗减小，从而减少了端部损耗，提高了电机效率。由于匝数减少，降低了嵌线工艺难度，提高了工作效率，增加了绕组的电气可靠性。选用合理的电磁设计方案，采用适合的绕组分布方式使得内部磁场密度均匀分布，从而减少了谐波分量对绝缘的冲击，提高了电气绝缘的可靠性；同时减少了涡流损耗，降低了电机温升，提高了电机效率。
3.5感应器的选型
图为SEIMENS KMC400C 传感器
根据设计要求本设计采用SEIMENS KMC400C 传感器
3.5.1传感器工作原理
压力传感器是由过程连接元件、测量电路以及差压元件传感器组合而成的，它可以把接收到的液体和气体等等的压力信号有效地转换成为标准的电流信号，接着提供给调节器、记录仪以及指示报警仪来进行相关的过程、指示以及测量的调节。
陶瓷压力传感器
这种传感器是具有抗腐蚀性的，它没有经过液体的传递，所受到的压力是直接地作用在传感器陶瓷膜片的前表面上的，这时候，陶瓷膜片就会形成很微小的形变，而厚膜电阻则是印刷在膜片的背面上的，这样就可以连接成为一个惠斯通电桥。根据压敏电阻的压阻效应，可以让电桥形成一个具有高度线性的电压信号，它跟激隔爆温度变送器励电压成正比关系、跟压力也成正比关系。而标准的信号是以压力量程的不同为依据标定的，它能够跟应变式传感器互相兼容。根据激光标定，传感器的时间稳定性和温度稳定性都很高，它的自带温度补偿范围是0到70℃，它还能够跟很多的介质直接接触。
蓝宝石压力传感器
它是根据应变电阻式的原理而工作的，它的计量特性是很好的，因为利用了硅- 蓝宝石这个搭配作为半导体敏感元件。蓝宝石的绝缘特性和弹性都很好；而且蓝宝石的硬度很高，比硅还要坚固，因此用户不需要害怕它发生形变；蓝宝石系的组成是单晶体绝缘体元素，因此它不会发生蠕动、疲劳以及滞后的现象。所以，利用硅- 蓝宝石这个搭配作为半导体敏感元件的话，温度对它测量的影响就变得很小了，就算是在很高温的环境中，它的工作特性还是可以保持得很好的，而且，蓝宝石还具有很强的抗辐射作用。利用了这个敏感元件，可以大大地确保了产品的成品率、提高了测量的重复性以及简化了制造的工艺。利用了硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件的变送器以及压力传感器，无论在多恶劣的环境中都是可以正常地工作的，它的性价比高、温度的误差很小、精度很好以及可靠性高。
应变片压力传感器
这种传感器的种类有很多，电容式、谐振式、电感式、电阻应变片以及压阻式等等，但是以压阻式使用最为广泛的，它具有比较好的线性、比较高的精度以及比较低的价格。
扩散硅压力传感器
当待测介质的压力作用在传感器膜片上的时候，膜片就会形成一定的微位移，它跟介质压力是成正比的关系的，这个时候，就会导致传感器的电阻值发生一定的改变，使用电子线路对这个变化进行检测，接着就可以转换输出一个标准的测量信号，它是与这个压力相对应的。
3.5.2传感器的特点
传感器特点：
是无O 形圈、无焊缝、无硅油或其它有机物，经久耐用。采用微熔技术、引进航空应用科技，利用高温玻璃将微加工硅压敏电阻应变片熔化在不锈钢隔离膜片上。玻璃粘接工艺避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对胶水和材料的影响，从而提高了传感器在工业环境中的长期稳定性能，同时也避免了传感器在传统微机械加工制造工艺过程中出现的P-N 结效应现象。
第四章 控制系统硬件设计
4.1 PLC的选型
本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC, 其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
4.1.1 S7-200的特征
1. 体积小, 尺寸: 160×80×62mm 由于其紧凑的设计,S7- 200可以适合于任何机器控制环境。
2. 易于使用: 通过STEP7- Micro/Dos软件可以非常方便地为S7- 200编程, 而且该软件能够在任何一台IBM 兼容个人计算机上使用, 哪怕是一台286 的微机, 要求MS-DOS5.0以上。
3. 灵活多用: S7- 200的输入ö输出点可以支持各个领域的设备, 如: 光电传感器, 驱动马达按钮开关, 灯, 泵, 搅拌器等。
4. 编程设备：编程器是PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC 及PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
5. 机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
6. 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM 、EEPROM 写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
PLC 具有通信联网的功能，它使PLC 与PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC 具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
保证PLC 的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。
1工作环境
1.1温度
PLC 要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm 以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。
1.2 湿度
为了保证PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
1.3 震动
应使PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。
1.4 空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
1.5 电源
PLC 供电电源为50Hz 、220（1±10%）V 的交流电，对于电源线来的干扰，PLC 本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC 滤波电路。
4.1.2 S7- 200的主要组成部件
1. 中央处理器(CPU ):是控制系统的大脑, 它根据用户程序进行控制。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC 不可缺少的组成单元。CPU 速度和内存容量是PLC 的重要参数，它们决定着PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
2. 输入和输出( I /O ):是系统的控制点, 输入用于监视现场装置，输出用于控制执行机构。PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC 的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC 系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI ），开关量输出（DO ），模拟量输入（AI ），模拟量输出（AO ）等模块。
3. 编程口:用于连接编程设备, 例如, 一台计算机或一个手持编程器。
4. 开关量：按电压水平分，有220VAC 、110VAC 、24VDC ，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
自动配料系统毕业论文
题 目：自动配料系统设计
目 录
第一章 引言......................................................... 1
第二章 自动配料系统设计总框图....................................... 2
第三章 自动配料系统硬件的设计....................................... 4
3.1 配料系统的设计 .............................................. 4
3.2 计量系统的设计 .............................................. 5
3.3 变频器的选择 ................................................ 5
3.4 电机的选择 .................................................. 5
3.5 传感器的选择 ................................................ 5
第四章 控制系统硬件设计............................................ 15
4.1 PLC的选型.................................................. 15
4.2 称重仪表的选配 ............................................. 18
4.3 操作站的选配 ............................................... 19
第五章 控制系统的软件设计.......................................... 20
5.1 称量仪表参数设定 ........................................... 20
5.2 PLC程序编制................................................ 20
5.3操作站WINCC 组态系统........................................ 25
第六章 结束语...................................................... 31
参 考 文 献........................................................ 32
毕业设计总结....................................................... 33
毕业设计致谢....................................................... 34
Computer Aided Design.............................................. 40
英文翻译........................................................... 46
摘要
摘要：配料工人收到每天的生产作业表后, 将依次对每种原料进行称重｡
根据配料的多少, 先计算每种成分的重量, 然后在各种成分的料桶中取料, 送到
电子称上进行称重, 最后进行包装｡在这个过程中工人工作繁重, 出错率高, 称重
重量无监测, 生产数据无纪录等不能保证企业的生产工艺｡文中以PC 机编程, 可
编程逻辑控制器(PLC),现场总线技术等现代工控技术为基础, 开发了以PC 机为
上位机, 以PLC 作为下位机的自动配料系统｡在整个生产过程中, 一旦生产计划
制定完成, 计算机将按照计划对每种原料进行称重, 不再需要人工来干预｡在这个
过程中工人只是进行取料, 由计算机通过电子称发来的数据校核重量, 减轻了工
人的工作负担, 提高了工作效率｡
关键词，传送，配料，PLC
Abstract
Abstract
Abstract: Ingredients worker receives daily production operations the table, it will turn for each raw material weighing ｡ according to the number of ingredients, first calculate the weight of each ingredient, and then the drums in a variety of components in the reclaimer and sent e - said weighing on the final packaged ｡ In this process, the heavy workload of the workers, the high error rate, weighing the weight of no monitoring, no records of production data can not guarantee the production process ｡ paper to PC, programming, programmable logic control device (PLC), field bus technology and other modern industrial control technology, developed by PC, as the host computer to PLC as the next-bit machine's automatic batching system ｡ throughout the production process, once the production plan worked out, the computer will follow plan for each weighing raw materials, eliminating the need for manual intervention｡ In this process, the workers just to get material, by the computer that sent the electronic data checking weight, reduce the workload of workers to improve work efficiency
Key words: transmission, ingredients,PLC
第一章 引言
自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。可以广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。自动配料系统的恒流量控制采用PID 调节，流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合。依据系统工艺流程介绍了配料系统的流量控制方式和系统控制过程，详细讲述了PLC 的选型及PLC 配料系统变频控制中的硬件设置、参数设定和软件设计过程。自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监测和调节。系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络, 通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC 、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将主料与辅料按一定比例配合，由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。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。
第二章 自动配料系统设计总框图
1. 工作原理框图
图
1
自动配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称重并按所选配方混合这一工业过程进行实时监控管理的自动化系统, 已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食及饲料等行业。一般的工业自动配料系统由以下几部分组成。
(1) 给料部分:给料部分是从料仓(或储罐) 向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性, 可以选用不同的给料设备, 如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双) 速电磁
阀等。
(2) 称量部分:称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成, 与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。
(3) 排料设备:排料可以是称重设备(减量法) 或排放设备(增量法、零位法) 。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气) 动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。
(4) 配料控制系统:配料控制系统由称量仪表、可编程控制器、上位工控机及其它控制器件等组成。
(5) 校秤系统:配料系统传感器应进行定期调校, 以保证系统配料精度。
控制系统 配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统在一些比较简单的称重配料系统中, 也可以采用工业计算机( IPC)加数据采集板卡的形式进行配料的控制。
工作原理：比例调节 圆盘给料机输送的物料进行计量，由电脑积算仪接收称重信号和速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计、瞬时流量信号由 RS- 485口传送给工业控制机 （上位机）、并以 4~20mA模拟电流信号传送给 AI 调节器，AI 调节器将该信号与内部设定值进行比较运算后，输出 4 20mA的模拟信号送给变频器，再由变频器去调节圆盘给料机的转速，当流量增大时，降低圆盘给料机的转速，反之提高圆盘给料机的转速，从而使得物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。
第三章 自动配料系统硬件的设计
3.1 配料系统的设计
全自动配料控制系统可以应用在，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA 所追求的一致目标。
配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。配料现场粉尘大, 环境恶劣; 各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬殊；配料速度和精度要求高; 配方可能经常变换、调整; 物料可能受环境温度、湿度影响。
3.1.1 称重方式选择
在工业配料过程中, 常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2 种。进料式称量有2 种实现方法, 第1 种方式称为零位法, 即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料, 在称量值达到设定值时停止给料, 然后打开闸门将料卸出, 再从零位重新称量下一物料; 第2 种方式称为增量法, 即称量料斗接收、称量好一种物料后, 不排空料斗, 而是只将电子秤内部计数值清零, 再接收另一物料。显然, 零位法的称量精度比增量法的称量精度高。
采用进料式称量, 当给料设备停止给料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗, 这些余料称为落差。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。
为保证称量速度和称量精度, 在进料式称量时一般采用双速给料的方法, 即先快速给料至设定值的90 %～95 % , 以保证称量效率, 然后慢速给料, 以保证称量精度。卸料式称量首先向料斗内装入始终多于配方要求的物料, 然后自料斗内向外卸料进行称量, 落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。减量法称量还可以省去料斗, 直接将传感器安装在料仓上, 料仓中物料总重量减少的数值就要配制的物料的重量值, 此方法由于精度太低而较少采用。减量法只能一料一秤。
同样为了兼顾速度和精度, 减量法也采取双速卸料, 一般是先快速卸料, 到达设定
值的90 %～95 %时改为慢速卸料。
在进料式称量中, 由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净, 从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量, 不存在卸料干净与否的问题, 因而该方式特别适合于称量难称的物料, 如易粘附的物料等, 其缺点是设备比较复杂, 需要同时有给料装置和卸料装置, 要求车间高度较高, 并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值, 从而导致传感器量程增大, 造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。
3.1.2 给料方式选择
目前, 称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。
电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理双质体在低临界近共振状态下工作,
无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过程中, 物料在料槽中被连续抛起, 并按抛物线轨迹向前作跳跃运动, 因此对料槽的磨损较小。其缺点是安装后的调试较复杂, 调整不当会产生噪声且运行不好。
与电磁振动给料机相比, 螺旋给料机给料均匀, 受外界影响小, 机械振动小, 运行平稳, 对称量的干扰也小, 可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器, 重量大, 效率较低。对于液体物料, 一般采用阀门控制给料量。
3.1.3 生产线结构
(1) 采用固定式单组份料斗秤的结构:每个料仓对应1台料斗秤, 各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。
(2) 采用固定式多组份料斗秤的结构:几个料仓对应l 台料斗秤, 各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。
(3) 采用移动式料斗秤的结构:通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。
(4) 采用称重带式输送机式的多组份秤的结构:料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构, 各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。
3.2 计量系统的设计
根据下料量的要求，对称重元件及测速元件进行设计。
3.2.1 称重元件设计
1. 电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比进行秤量，该秤可控制物料的秤量、卸料。当饲料到规定的数值时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执行下一步饲料的送料和秤重，依此类推，直到全部饲料配比完毕。
电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命，特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。称重仪表性能稳定，抗干扰能力强，功耗低、可靠性高，而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能，可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达250KG/M。它的输出信号驱动其微型输出继电器，以开关量形式将信号送入PLC ，它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。
2. 皮带称的工作原理：物料通过给料设备送至配料皮带秤，秤体中的称重传感器和测速传感器将称重和速度信号送至皮带秤仪表，皮带秤仪表显示输送物料的瞬时流量、累计量等数据，同时将瞬时流量以4～20mA 模拟电流形式送往PID 调节器，调节器根据测量值与设定值的偏差，通过变频器去调整皮带秤驱动电机的转速，使之精确地以用户设定的给料流量给料，达到恒定物料瞬时流量的目的。适用该工作模式的工艺现场必须满足这样一个前提条件，那就是物料给出量必须与给料控制电机的转速成正比。
图3-1 皮带称结构
图3-2 单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图
皮带秤仪表将测量到的瞬时流量转化为两个4～20mA 模拟输出信号，一个作为PID 调节器的反馈输入与调节器机内设定植比较参与反馈运算，另一个作为PID 调节器的前馈输入乘前馈放大系数，然后再与反馈运算输出相加输出4～20mA 模拟调节信号控制变频器的频率从而及时改变电机的转速。单回路前馈-反馈复合控制系统较为实用可行的电原理图如图2所示。
3.3 变频器的选择
图3-3为SINAMICS V10PWM 型交-直-交变频器
根据设计要求这里采用SINAMICS V10PWM 型交-直-交变频器进行调速。
3.3.1变频器的特点
SINAMICS V10变频器是由西门子公司生产的一种具有基本功能的多用途的工业变频器。SINAMICS V10变频器经济、简便、具有鲁棒性和适应性，尤其适合中国复杂的电网环境，可应用于风机、水泵、纺织及其它简单的物料传送系统。
3.3.2变频器的工作原理
1. 变频调速基本原理： 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
整流器
大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
平波回路
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
逆变器
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路
是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等) 的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
由转速公式可知, 我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能，节电效果20%～30%。 实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即： U∝E=C1fΦ （2） 式
（2）中，C1为常数，因此有：Φ∝E/f≈U/f （3） 若外加电压不变，则磁通Φ随频率而改变，如频率f 下降，磁通Φ会增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电机产生最大转矩不变，需要维持磁通不变，这可由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速。
从结构上看，静止变频调速装置可分为交-直-交变频、交-交变频两种方式。前者适用于高速小容量电机，后者适用于低速大容量拖动系统。只要设法改变三相交流电动机的供电频率f, 就可以十分方便地改变电机的转速n, 比改变极对数p 和转差率s 两个参数简单得多。
2. 变频器的构成
异步电机的变频调速是通过变频器实现的。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。图3给出了PWM 型交-直-交变频器的控制原理框图。
图3-4 PWM型交-直-交变频器原理框图
由图3-4可知，这是一个VVVF 变频调速系统。首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本稳定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。PWM 的优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小，调速范围宽。近年来，带驱动和保护电路的各种智能功率模块(IPM)也相继应用在变频系统中。IPM 模块是将三相逆变IGBT 、驱动电路以及保护电路集成在一块芯片上，它的出现推动了变频家电市场的启动和发展。新型IPM 模块甚至将开关电源也设计在模块内，更加方便用户使用，用户只需要了解接口电路和定义，很快便可以组成并运行系统，从而大大加快了新产品的开发周期。
为了提高配料精度，给料方式采用快、慢速给料。当料斗料重小于设定比例的时，配料皮带电机在变频器调节下，转速大雨=于额定转速，即快速给料；在料斗料重大于设定比例时，配料皮带电机在变频器调节下，电机转速低于额定转速，即慢速给料；
3.4 电动机的选型
图3-5为SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
根据设计要求本设计采用SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
3.4.1电机的工作原理
三相异步电动机的转速公式为: n = n1 (1-s)=60f(1-s)/p (1) 式中:
n — 电机的转速，r/min
n1 — 同步转速，r/min
p — 磁极对数
s — 转差率，%
f — 频率，Hz
由转速公式（1）可知, 我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能，节电效果20%～30%。 实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即： U∝E=C1fΦ （2） 式（2）中，C1为常数，因此有：Φ∝E/f≈U/f （3） 若外加电压不变，则磁通Φ随频率而改变，如频率f 下降，磁通Φ会增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。
根据设计要求本设计采用SEIMENS ILGO-253-4AA 55KW电机
3.4.2电机的特点
电机特点：
1、转动惯量小， 适于经常正、反转。
2、端部用铜量及端盖等结构部件材料用量相对较少，重量轻。
3、绕组端部铜耗及端部漏抗小，线圈匝数少，同时减少加工工时和绝缘材料用量。
4、由于电机细长，使得通风条件和转子刚度变差，同时铁心冲片数量增加，电机制造工艺难度加大。
5、较大的气隙，可以增大电机的启动转矩和过载能力，降低温升，减小噪音，提高效率，谐波漏抗减小，空载电流变大，功率因数降低。
由于电机细长，线圈匝数相对减少，端部漏抗减小，从而减少了端部损耗，提高了电机效率。由于匝数减少，降低了嵌线工艺难度，提高了工作效率，增加了绕组的电气可靠性。选用合理的电磁设计方案，采用适合的绕组分布方式使得内部磁场密度均匀分布，从而减少了谐波分量对绝缘的冲击，提高了电气绝缘的可靠性；同时减少了涡流损耗，降低了电机温升，提高了电机效率。
3.5感应器的选型
图为SEIMENS KMC400C 传感器
根据设计要求本设计采用SEIMENS KMC400C 传感器
3.5.1传感器工作原理
压力传感器是由过程连接元件、测量电路以及差压元件传感器组合而成的，它可以把接收到的液体和气体等等的压力信号有效地转换成为标准的电流信号，接着提供给调节器、记录仪以及指示报警仪来进行相关的过程、指示以及测量的调节。
陶瓷压力传感器
这种传感器是具有抗腐蚀性的，它没有经过液体的传递，所受到的压力是直接地作用在传感器陶瓷膜片的前表面上的，这时候，陶瓷膜片就会形成很微小的形变，而厚膜电阻则是印刷在膜片的背面上的，这样就可以连接成为一个惠斯通电桥。根据压敏电阻的压阻效应，可以让电桥形成一个具有高度线性的电压信号，它跟激隔爆温度变送器励电压成正比关系、跟压力也成正比关系。而标准的信号是以压力量程的不同为依据标定的，它能够跟应变式传感器互相兼容。根据激光标定，传感器的时间稳定性和温度稳定性都很高，它的自带温度补偿范围是0到70℃，它还能够跟很多的介质直接接触。
蓝宝石压力传感器
它是根据应变电阻式的原理而工作的，它的计量特性是很好的，因为利用了硅- 蓝宝石这个搭配作为半导体敏感元件。蓝宝石的绝缘特性和弹性都很好；而且蓝宝石的硬度很高，比硅还要坚固，因此用户不需要害怕它发生形变；蓝宝石系的组成是单晶体绝缘体元素，因此它不会发生蠕动、疲劳以及滞后的现象。所以，利用硅- 蓝宝石这个搭配作为半导体敏感元件的话，温度对它测量的影响就变得很小了，就算是在很高温的环境中，它的工作特性还是可以保持得很好的，而且，蓝宝石还具有很强的抗辐射作用。利用了这个敏感元件，可以大大地确保了产品的成品率、提高了测量的重复性以及简化了制造的工艺。利用了硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件的变送器以及压力传感器，无论在多恶劣的环境中都是可以正常地工作的，它的性价比高、温度的误差很小、精度很好以及可靠性高。
应变片压力传感器
这种传感器的种类有很多，电容式、谐振式、电感式、电阻应变片以及压阻式等等，但是以压阻式使用最为广泛的，它具有比较好的线性、比较高的精度以及比较低的价格。
扩散硅压力传感器
当待测介质的压力作用在传感器膜片上的时候，膜片就会形成一定的微位移，它跟介质压力是成正比的关系的，这个时候，就会导致传感器的电阻值发生一定的改变，使用电子线路对这个变化进行检测，接着就可以转换输出一个标准的测量信号，它是与这个压力相对应的。
3.5.2传感器的特点
传感器特点：
是无O 形圈、无焊缝、无硅油或其它有机物，经久耐用。采用微熔技术、引进航空应用科技，利用高温玻璃将微加工硅压敏电阻应变片熔化在不锈钢隔离膜片上。玻璃粘接工艺避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对胶水和材料的影响，从而提高了传感器在工业环境中的长期稳定性能，同时也避免了传感器在传统微机械加工制造工艺过程中出现的P-N 结效应现象。
第四章 控制系统硬件设计
4.1 PLC的选型
本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC, 其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
4.1.1 S7-200的特征
1. 体积小, 尺寸: 160×80×62mm 由于其紧凑的设计,S7- 200可以适合于任何机器控制环境。
2. 易于使用: 通过STEP7- Micro/Dos软件可以非常方便地为S7- 200编程, 而且该软件能够在任何一台IBM 兼容个人计算机上使用, 哪怕是一台286 的微机, 要求MS-DOS5.0以上。
3. 灵活多用: S7- 200的输入ö输出点可以支持各个领域的设备, 如: 光电传感器, 驱动马达按钮开关, 灯, 泵, 搅拌器等。
4. 编程设备：编程器是PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC 及PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
5. 机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
6. 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM 、EEPROM 写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
PLC 具有通信联网的功能，它使PLC 与PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC 具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
保证PLC 的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。
1工作环境
1.1温度
PLC 要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm 以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。
1.2 湿度
为了保证PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
1.3 震动
应使PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。
1.4 空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
1.5 电源
PLC 供电电源为50Hz 、220（1±10%）V 的交流电，对于电源线来的干扰，PLC 本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC 滤波电路。
4.1.2 S7- 200的主要组成部件
1. 中央处理器(CPU ):是控制系统的大脑, 它根据用户程序进行控制。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC 不可缺少的组成单元。CPU 速度和内存容量是PLC 的重要参数，它们决定着PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
2. 输入和输出( I /O ):是系统的控制点, 输入用于监视现场装置，输出用于控制执行机构。PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC 的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC 系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI ），开关量输出（DO ），模拟量输入（AI ），模拟量输出（AO ）等模块。
3. 编程口:用于连接编程设备, 例如, 一台计算机或一个手持编程器。
4. 开关量：按电压水平分，有220VAC 、110VAC 、24VDC ，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。