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第1章 緒論
1.1 前 言
隨著我國工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，配料皮帶秤已廣泛地應用在冶金、建材、電力、化工、食品等行業(yè)中。我國現(xiàn)在廣泛使用的配料皮帶秤的控制部分還比較落后，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。
過去傳統(tǒng)配料皮帶秤多采用模擬電路控制滑差調(diào)速電機的方法進行速度控制，由于滑差電機調(diào)速方式在低速時特性差、效率低；使用現(xiàn)場外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉塵很容易進入滑差電機內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)；另外由于采用模擬電路控制方式，控制不穩(wěn)定，精度低，調(diào)試煩瑣，使用極不方便。我們可結合現(xiàn)代先進控制技術，采用可編程序控制器控制矢量型變頻器拖動密封式鼠籠電機方案，以數(shù)字處理技術取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，以無級變速的矢量型變頻器控制封閉式鼠籠電機，取代老式的滑差式調(diào)速方式。
本章主要介紹了散狀物料的配料混合自動化運輸?shù)陌l(fā)展狀況,電子皮帶秤運行過程的配料以及混合設計的方案。
1.2 選題背景
在復合肥的生產(chǎn)特別是對原料配比控制系統(tǒng)總存在一定的不足，有的成本高，不易推廣；有的精度與可靠性差，無法在環(huán)境惡劣、現(xiàn)場干擾大的場合滿足高精度的配料要求。并且大多數(shù)使用的是通用計算機系統(tǒng)，因而成本高、靠干擾能力差。
在工業(yè)生產(chǎn)中，很多情況下是通過現(xiàn)場操作人員按照配比，人工調(diào)節(jié)給料機的給料量。其缺點是給料量的大小完全靠操作人員的經(jīng)驗或"人工跑盤"的結果來決定，配比精度較差，操作人員勞動強度大，自動化水平極低。
配料系統(tǒng)普遍存在的問題是：配料精度低，機電控制部分的可靠性差，缺少數(shù)據(jù)庫管理生產(chǎn)以及對生產(chǎn)過程的實時動態(tài)監(jiān)視。配料精度低的主要原因是電子秤系統(tǒng)的動態(tài)性范圍小，而可靠性差主要是中間繼電器和微機控制系統(tǒng)的可靠性低所致。通過電子皮帶秤生產(chǎn)廠家和用戶的共同努力，近年來電子皮帶秤的精度和使用情況有了一定的改善，但仍然存在運行維護量較大，精度校核工作繁重、程序多等問題，遠未能達到如靜態(tài)電子衡器所能達到的使用精度和使用效果。
1.3 配料混合系統(tǒng)研究意義
在化工以及冶金、建材、飼料、加工等行業(yè)，配料工段一般都是整條生產(chǎn)線非常重要的一環(huán)。配料工段直接關系到生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。如今，配料工段的自動化越來越普遍，作為實現(xiàn)配料工段自動化手段的可編程控制配料系統(tǒng)必將會得到更為廣泛的應用。
在生產(chǎn)過程或工藝流程中,對各種配料稱重、定量稱重及現(xiàn)場技術的要求愈來愈高，現(xiàn)代的稱重計量儀器,不僅要給出重量或質(zhì)量,也要作為過程檢測系統(tǒng)中的一個單元而具有測量、計算、控制、檢驗及通訊等功能,它們已成為工藝技術、儲運技術、預包裝技術、收發(fā)貨業(yè)務及商業(yè)銷售行業(yè)中必不可少的組成部分,推進了工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。
配料工序是復合化肥生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其配料精度直接影響著化肥產(chǎn)品的質(zhì)量，落后的配料設備不僅效率低而且配料不準,手工操作又將人的因素引入配料環(huán)節(jié)，使工藝配方難以在生產(chǎn)中實現(xiàn)，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及進一步提高，因此實現(xiàn)高精度自動配料對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)有著極為重要的意義。
1.4 配料混合系統(tǒng)的發(fā)展前景
1.配料系統(tǒng)
皮帶秤由最初的純機械式（滾輪式）皮帶秤開始，已經(jīng)發(fā)展四代產(chǎn)品，第二代是傳感器電子儀表皮帶秤，第三代是傳感器微機式皮帶秤，第四代是微機智能化皮帶秤。
電子皮帶秤是在皮帶輸送機輸送物料過程中同時進行物料連續(xù)自動稱重的一種計量設備，其特點是無需人員的干預就可以完成稱重操作。
國外從上世紀五十年代開始使用電子皮帶秤，國內(nèi)則從六十年代末期開始試生產(chǎn)電子皮帶秤。時至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計、沖量式流量計、失重式秤等多種固體物料連續(xù)計量設備也有一定規(guī)模的應用，但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡，也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計量設備的地位。
電子皮帶秤主要由傳感器、秤架、二次儀表三大部分組成，在實際應用過程中，要想使電子皮帶秤在一個較長的時間周期內(nèi)保證一定的精確度。
其檢定過程非常重要，所以首先將從以下幾個方面介紹電子皮帶秤的發(fā)展現(xiàn)狀：傳感器、秤架、二次儀表、檢定。
（1）傳感器
電子皮帶秤的傳感器包括測量秤架上物料瞬時重量的稱重傳感器及測量皮帶速度的測速傳感器（又稱測量皮帶行程的位移傳感器），該系統(tǒng)涉及到了其中的測速傳感器。測速傳感器主要分模擬式和數(shù)字式兩種。當前國內(nèi)外普遍使用數(shù)字式測速傳感器，用模擬式測速傳感器來檢測速發(fā)電機輸出電壓的方式已不再使用。
非接觸式測速傳感器盡管從理論上講是優(yōu)越的，能消除“打滑”，直接檢測輸送帶的線速度，但在實際使用任然存在許多實際問題，有待解決，故未得到廣泛的工程應用。實際廣泛使用的是接觸式測速傳感器，其結構簡單，安裝維修方便，有些廠家的產(chǎn)品將測速元件直接裝到尾輪或托輥上，以尾輪或托輥代替摩擦輪。接觸式測速傳感器正常條件下能比較好地測得輸送帶運行速度，缺點是摩擦輪粘上泥灰，使直徑變大或者“打滑”，產(chǎn)生測速誤差，不能準確地反映輸送帶線速度。
（2）秤架
秤架是電子皮帶秤的負荷承受部分，即稱重裝置。為了減輕“皮帶效應”對稱重結構的影響，研究、設計出各種各樣的秤架，典型的秤架結構形式有單托輥式、多托輥雙杠桿式、多托輥懸浮式、平行板簧式、懸臂式、整體式等幾種。其中杠桿系統(tǒng)的支點結構，早期采用刀口和一般軸承，這類支點結構因傳遞力的效果不佳基本上被淘汰?，F(xiàn)在大多數(shù)采用彈簧片作彈性支撐，秤架上目前采用的支撐簧片有X型、十字型和單吊片型三種。此外少數(shù)廠用特殊橡膠軸承或無摩擦耳軸作秤架的支撐點。
（3）二次儀表
二次儀表分模擬式、數(shù)字式、電腦式和集散式。
從上世紀八十年代起，微機數(shù)字式皮帶秤就開始取代常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表了。其特點除了計算精確度遠遠高于常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表外，功能豐富也是其主要特點。以往常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表只有重量信號與皮帶速度信號的乘法運算、累計值運算及簡單的調(diào)零、調(diào)滿值功能，而采用微機數(shù)字式皮帶秤后，多達數(shù)十種功能可以儲存在二次儀表內(nèi)供用戶隨時調(diào)用，這些功能包括：自動調(diào)零、自動調(diào)滿值、秤架特性非線性補償、溫度補償、數(shù)字濾波、模擬檢定精確度自動計算及結果判定、有關參數(shù)輸入（如量程、托輥間距、皮帶傾角、模擬標定值、累計值的分辨率等等）、公制英制單位（如 t/h、lb/s）選擇、輸入?yún)?shù)及中間計算參數(shù)顯示、總運行時間顯示、各種調(diào)整（調(diào)零、調(diào)滿值）次數(shù)顯示、多個稱重傳感器平衡調(diào)整、稱重傳感器及測速傳感器數(shù)值調(diào)整、多組內(nèi)部及外部累計器、PID 控制、定值控制、各種參數(shù)報警等等。這些功能的增加都是通過軟件實現(xiàn)的，所以二次儀表的成本并不增加。
2.混合系統(tǒng)
螺旋輸送機是化工企業(yè)中用途較廣的一種連續(xù)混料輸送設備，與其它輸送設備相比較，它在輸送過程中同時完成攪拌、混合等工序，即實現(xiàn)連續(xù)性混合。特別地，具有結構簡單、緊湊，制造成本低，維修方便。對封閉的料槽可減少對環(huán)境的污染。
螺桿計量配重方式則具有較多的技術優(yōu)勢。采用螺桿計量裝置，其計量精度較高，在輸送過程中不會出現(xiàn)堵塞物料的現(xiàn)象，是食品、精細化工行業(yè)運用比較普遍的一種計量輸送方式。
1.5 本文的結構
本文在現(xiàn)有的配料混合系統(tǒng)進行分析的基礎上，根據(jù)配料混合系統(tǒng)的總體結構，從機械和電氣控制兩方面對系統(tǒng)各個部分的設計分章節(jié)展開了詳細的介紹。
第2章 配料混合機械執(zhí)行系統(tǒng)設計
2.1 設計方案
在化工生產(chǎn)中，采用帶式輸送機連續(xù)輸送，而皮帶秤是一種能解決帶式運輸機散裝物料連續(xù)自動稱量和自動配料的衡器。
本系統(tǒng)設計的:三臺帶式輸送機作為配料系統(tǒng)運載復合肥的設備,其基本參數(shù)為：每臺輸送機的額定輸送能力為Q=30t/h，帶寬B=650mm，復合肥的粒度2～5mm，松散密度，安息角，機長L=5m，配料過程中輸送機的額定線速度為0.8m/s。完成配料后的復合肥通過混合系統(tǒng)對其進行混合，混合系統(tǒng)選擇過程中關鍵是要能夠進行混合的同時完成輸送的連續(xù)性設備。其中，選型的時候，要注意其輸送能力要與配料系統(tǒng)相匹配。，再將混合后的物料通過輸送帶運送到下一個生產(chǎn)線上。
2.2 配料系統(tǒng)設計
2.2.1 結構選擇
電子皮帶秤在輸送狀態(tài)下利用測速傳感器將輸送帶運送復合肥式的速度轉(zhuǎn)換成電信號。再通過S200-7中的模擬量擴展模塊進行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過PLC對變頻器來實現(xiàn)配料輸送帶的速度的調(diào)節(jié)。從而實現(xiàn)自動配料控制。其工作原理圖見圖2-1。
輸送機輸送物料式，PLC連續(xù)測量輸送帶在某時刻的速度（m/s），由于下料的閥門口始終保持不變，即輸送帶上每單位長度的物料質(zhì)量q（kg/m）為恒值，二者相乘所得結果為物料的瞬時質(zhì)量流量（kg/s）。
因帶速隨時間變化，所以在T時間間隔的累積質(zhì)量可用以下積分式表示：
式中 —時間間隔內(nèi)的物料累計質(zhì)量，kg；
—物料通過秤的時間，s；
—輸送帶單位長度上的物料質(zhì)量，kg/s；
—物料的運行速度（取輸送帶速），m/s。
圖2-1 皮帶秤工作原理
輸送機組成部件由下面幾部分構成。
1.輸送帶
輸送帶是輸送機中的曳引構件。本系列帶式輸送機采用普通型輸送帶?？估w（芯層）有棉帆布、聚酯帆布和鋼絲繩芯。
（1）覆蓋膠層厚度
根據(jù)所輸送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性確定。
（2）輸送帶的安全系數(shù)
應根據(jù)安全、可靠、壽命及制造質(zhì)量、經(jīng)濟成本、接頭效率、起動系數(shù)、現(xiàn)場條件、使用經(jīng)驗等綜合考慮確定。
2.驅(qū)動裝置
帶式輸送機的動力部分，由安裝在驅(qū)動架上的Y系列鼠籠型電機、凸緣聯(lián)軸器、減速器等組成。
（1）按帶寬、帶速、電機功率確定所需驅(qū)動單元。
（2）減速器。
優(yōu)先采用圓柱齒輪減速器。一般采用漸開線齒輪傳動。其優(yōu)點是：效率高、結構緊湊、、傳動比穩(wěn)定。根據(jù)齒輪的密封情況可分為開式、半開式及閉式。在運輸機械方面多采用閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。表示減速箱減速能力的技術參數(shù)為傳動比，即
式中 ——大齒輪齒數(shù)；
——小齒輪齒數(shù)。
在本設計中采用先進的圓柱直齒輪傳動，使傳動效率有了很大的提高。
（3）軸之間是根據(jù)軸的直徑選用不同型號的凸緣式聯(lián)軸器進行聯(lián)接。
3.傳動滾筒
傳動滾筒是傳遞動力的主要部件。根據(jù)承載能力分輕型、中型和重型三種。滾筒直徑為500、630、800、1000mm。同一種滾筒直徑又有不同的軸徑和中心跨距。
傳動滾筒表面有裸露光鋼面，人字型和菱形花紋橡膠覆面。最小傳動滾筒直徑D按下式選?。?
（mm）
式中 —芯層厚度或鋼繩直徑，mm；
—系數(shù)，棉織物，尼龍，聚酯，鋼繩芯。滾筒軸承座全部采用油杯式潤滑脂潤滑。
4.改向滾筒
用于改變輸送帶的運行方向或增加輸送帶與傳動滾筒間的圍包角。
5.托輥
托輥是用于支撐輸送帶及輸送帶上所承載的物料，保證輸送帶穩(wěn)定運行的裝置。
（1）托輥分為槽行托輥、平行托輥、調(diào)心托輥、緩沖托輥、回程托輥、梳形托輥、螺旋托輥、過渡托輥等。
（2）托輥間距應滿足兩個條件：輥子軸承的承載能力及輸送帶的下垂度，托輥間距應配合考慮該處的輸送帶張力，使輸送帶獲得合適的垂度。
最大下垂度：
式中 —兩組托輥間輸送帶的最大下垂度，m；
—重力加速度，；
—托輥間距，m；
—物料質(zhì)量，kg/m；
—輸送帶質(zhì)量，kg/m；
—該處輸送帶張力，N。
6.拉緊裝置
使輸送帶具有足夠的張力，保證輸送帶和傳動滾筒間產(chǎn)生摩擦力使輸送帶不打滑，并限制輸送帶在各托輥間的垂度，使輸送機正常運行。
螺旋拉緊裝置適用于長度較短（小于100mm），對功率較小的輸送機，可按機長的的1%～1.5%選取拉緊行程。
7.清掃器
清掃器用于清掃輸送帶上粘附的物料，又有頭部及空段清掃器兩種。
8.卸料裝置及導料槽
卸料裝置用于輸送機中部任意點卸料。
導料槽可使從漏斗落下的物料在達到帶速之前集中到輸送帶的中部。導料槽的底邊寬為2/3～1/2帶寬。
9.機架
機架是支撐滾筒及承受輸送帶張力的裝置。其中機架四種結構中的01機架用于傾角的頭部傳動及頭部卸料滾筒。選用時應標注角度。
10.頭部漏斗
頭部漏斗用于導料、控制料流方向的裝置。也可起防塵作用。
11.電氣及安全保護裝置
安全保護裝置（輸送帶跑偏監(jiān)測、打滑監(jiān)測、超速監(jiān)測等根據(jù)需要進行選擇）是在輸送機工作中出現(xiàn)故障能進行檢測和報警的設備，可使輸送機系統(tǒng)安全生產(chǎn)，正常運行，預防機械部分的損壞，保護操作人員的安全。此外，還便于集中控制和提高自動化水平。
2.2.2 結構設計
1.設計選型計算
（1）原始參數(shù)及物料特性
復合肥的配料系統(tǒng)帶長5-7米，寬B=650mm，帶速0.8m/s，輸送能力Q=30t/h，粒度2～5mm，松散密度，安息角，機長L=5m。
（2）初定設計參數(shù)
帶寬B=650mm，帶速v=0.8m/s，上托輥槽角，下托輥槽角，上下托滾輥徑89mm，承載分支托輥間距1.2m。
（3）由帶寬、帶速驗算輸送能力
由式 (2-1)
得
由得
，取，得S=0.0362m2。
1）確定k值
輸送機傾角δ=0°。
2）由式（1-1）得
（kg/s）
（t/h）
（）
能滿足t/h的輸送能力要求。
（4） 驅(qū)動力及所需傳動功率計算
1）圓周驅(qū)動力
由式
（2-2）
其中=0.02，
查得上托輥mm，軸承4G204。
且單個上輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量
kg
查得下托輥mm，軸承4G204。
且單個下輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量得
（kg）
計算
初選輸送帶NN—100，Z=5層，查表輸送帶每層質(zhì)量1.02kg/m2，上膠厚mm，下膠厚mm，每毫米厚膠料質(zhì)量1.19kg/m2。
=[5×1.02+（3+4.5）×1.19]× 650×0.001
=6.7958 （kg/m）
計算輸送帶清掃器的摩擦阻力
（2-3）
帶入數(shù)據(jù)得
計算，計算公式為
（2-4）
帶入數(shù)據(jù)有
計算。 （2-5）
（N）
計算，無前傾
則 =0
（N）
由表得導料槽阻力
（2-6）
（N）
式中，l=1.5m ，m 。
（N）
計算
（2-7）
（N）
式中
—清掃器接觸面積。一個頭部清掃器和兩個空段清掃器
=0.650.012+0.6520.012=0.039（m2）
無卸料器，
代值進式中有
（N）
2）傳動功率計算
其中
傳動滾筒及聯(lián)軸器效率0.98，電動機功率P=22KW，選轉(zhuǎn)速的電機。
（5）輸送帶張力計算
1）限制輸送帶下垂度的最小張力
由
（N）
按回程分支（=2.4m）
（N）
2）輸送帶工作時不打滑需保持最小張力
（2-8）
得
（N）
按公式求起動時傳動滾筒上最大圓周力
（2-9）
取
（N）
得，則
（N）
由N，計算輸送機各點張力不忽略附加阻力
得點張力
（N）
＞（N）
則取，可得穩(wěn)定工況下
（N）
3）輸送帶層數(shù)計算
取5層，與初選相同。
（6）校核輥子載荷
1）靜載計算
承載分支 （2-10）
，m，m/s，kg/m，kg/s
（N）
上輥L=250mm，軸承4G204，承載能力2950N，滿足要求。
回程分支 （N）
下輥；軸承4G204，承載能力813N，滿足要求。
2）動載計算
承載分支
（2-11）
每天大于16h，；粒徑小，取
N
N
均滿足要求。
2.2.3 配料系統(tǒng)精度分析
在對像復合肥這種散狀物料的連續(xù)累計計量中，電子皮帶秤具有動態(tài)計量速度快、占用空間小、安裝方便等優(yōu)勢，但在實際使用時，由于皮帶張力、環(huán)境、溫度及濕度、托輥軸承摩擦力等諸多外界因素的影響，導致皮帶秤的計量誤差較大。
影響皮帶秤計量準確度的主要因素有：
1.皮帶秤計量誤差產(chǎn)生的原因
根據(jù)皮帶秤的結構原理及重量累計值的計算方法可知,皮帶秤的計量準確度有單位長度皮帶上的物料重量以及皮帶的運行速度決定的。在實際稱量過程中,物料的重量是通過皮帶作用于復合傳感器,而皮帶又是依靠托輥來支撐,托輥在運輸帶上每1.2m一組。皮帶所承受的負荷是隨著物料的端面形狀,流量大小而改變,因而,皮帶與托輥的貼合程度也隨時在改變,這就使得皮帶秤具有由其組成結構決定的、不可避免的計量誤差。同時，皮帶秤計量數(shù)據(jù)準確度還與皮帶秤的技術指標及運行狀態(tài)關系密切。
2.皮帶秤計量誤差的表現(xiàn)
皮帶秤的綜合計量性能主要體現(xiàn)在零點和量程這兩個指標上。在實際生產(chǎn)過程中，皮帶秤計量誤差的表現(xiàn)形式是：
(1) 零點誤差；
(2) 量程發(fā)生變化；
(3) 測量速度的誤差。
3.影響皮帶秤準確度的主要因素
(1) 機架和皮帶上積料，皮帶表面水分所造成的皮帶秤零點的波動；
(2) 放大電路零點和增益的變化；
(3) 運輸皮帶張力的變化，張力的變化是隨著運輸帶上物料的多少、氣溫、傾角等而變化。這就使得作用在稱重傳感器的力發(fā)生變化，從而引起零點和量程發(fā)生變化；
(4) 運輸皮帶彈性的變化也會影響到零點和量程的準確性；
(5) 秤框及稱重托輥的非準確直度引起的零點偏差。
4.提高電子皮帶秤計量準確度的途徑
為了提高皮帶秤的計量準確度，減小及克服計量誤差。在實際工作中，我們首先要保證系統(tǒng)的安裝技術指標及運行穩(wěn)定性；同時對皮帶秤進行正確的維護；另外要選擇切實可行的校準方法對皮帶秤進行定期校準。
（1）提高系統(tǒng)的安裝精度
在安裝皮帶秤框時，我們首先要嚴格按照皮帶秤的安裝技術指標對其進行精確的安裝。另外保證秤架范圍內(nèi)托輥傾角的一致性，減少皮帶在運輸物料過程中的形變。取得了良好的效果。
（2）正確使用和維護
多年的工作實踐證明，皮帶秤的實用經(jīng)濟價值與現(xiàn)場維護、小準工作關系甚大。因而，在日常的使用中，需對皮帶秤進行正確的使用和技術維護。
（3）校準
皮帶秤是在動態(tài)下對物料進行連續(xù)累計稱量，因而，嚴格按照校準周期及生產(chǎn)工藝的實際需要對其進行校準，是保證其稱量準確度的必要條件。
2.3 混和系統(tǒng)設計
2.3.1 混合設備選擇
針對復合肥要實現(xiàn)的是在運輸過程中完成配料過程，針對此需求，選擇螺旋輸送機實現(xiàn)此工序。
混合復合化肥生產(chǎn)過程中，混合工序是將按預先所需的已通過電子皮帶秤進行一定比例輸送的原料進行混合。為了給混合過程創(chuàng)造一個良好的物態(tài)條件，更有利于均勻。對混合過程中的要求都滿足：
1.各種成分能均勻分散；
2.混合后的物料溫度不能太高，以防物料結塊；
3.混合時間要短，要能滿足生產(chǎn)過程中連續(xù)出料的要求；
4.混合過程要在密封狀態(tài)下進行，應能防止粉塵的逸出；
5.便于清潔，混合工序是在干燥狀態(tài)下進行的，在整個過程中應注意粉塵飛揚，要實現(xiàn)密封下操作。
根據(jù)顆粒生產(chǎn)工藝的特點，螺旋輸送機作為混料設備具有高效的混合效率，特別是在輸送過程中能同時完成攪拌、混合等工序是該設備特有的優(yōu)點。
螺旋輸送機是一種不帶撓性牽引的輸送設備，見圖2-2，因結構簡單、橫截面尺寸小、密封性能好、便于中間裝料和卸料，操作安全方便，制造成本低而使用廣泛。它利用螺旋形狀的旋轉(zhuǎn)面推移物料來完成輸送工作。工作中，物料像不旋轉(zhuǎn)的螺母沿軸桿平移，使物料不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料本身的重量和機殼與物料的摩擦及物料間的摩擦。它主要用來輸送各種粉塵狀、顆粒狀、小塊狀的物料，如化工原料、面粉、煤粉、煙塵、水泥、糧食等，在輸送過程中還可對物料進行攪拌、混合、加熱和冷卻等工藝。
螺旋輸送機是根據(jù)機械力學原理工作的，圖2-2是其原理圖，由螺旋機本體、進出料口及驅(qū)動裝置三大部分組成。螺旋機本體由頭部軸承、尾部軸承、螺旋、機殼、蓋板及底座等組成。
螺旋桿由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動復合肥沿著機殼內(nèi)壁向前運動，實現(xiàn)連續(xù)混合運輸?shù)囊蟆?
圖2-2 螺旋輸送機結構示意圖
2.3.2 結構設計
1.應用范圍及特點
螺旋輸送機是在化工、建材、糧食等部門中廣泛應用的一種輸送設備，主要用于輸送粉狀、顆粒狀和小塊狀物料。
螺旋輸送與其他輸送設備相比較，具有結構簡單、橫截面尺寸小、密封性能好、可以中間多點裝料和卸料、操作安全方便以及制造成本低等優(yōu)點。它的缺點是機件磨損較嚴重、輸送量較低、消耗功率大以及物料在運輸過程易被破碎。
2.分類及結構特征
螺旋輸送機分為水平固定式螺旋輸送機、垂直式螺旋輸送機。對于復合肥的運輸生產(chǎn)線中用水平固定式螺旋輸送機進行物料運送。
螺旋輸送機由螺旋機本體、進出料及驅(qū)動裝置三大部分組成。
其中螺旋機本體由頭部軸承、尾部軸承、螺旋、機殼、蓋板及底座等組成。
驅(qū)動裝置由電動機、減速器、聯(lián)軸器及底座所組成。
3.設計計算
（1） 原始選料
[1]被輸送物料的名稱及特性
1> 物料松散密度β()=0.9。
2>物料最大粒度（mm）及比率。
3>一般物料粒度（mm）(2～5mm)，溫度（°C），含水率、粘度、磨琢性及腐蝕性等。
[2]選型要求
1>需要的輸送能力（t/h）；
2>布置簡圖中輸送長度L（m），傾角（°C），投影高度H（m）。
（2）GX型螺旋輸送機的計算
[1]螺旋直徑及螺旋軸轉(zhuǎn)速計算
1>螺旋直徑計算
（m） （2-12）
式中 —輸送能力，t/h；
—物料特性系數(shù)；
—填充系數(shù)；
—傾角系數(shù)。見表2-1所示。
表2-1 傾角系數(shù)表
傾斜角
≤0°
≤5°
≤10°
≤15°
≤20°
螺旋輸送機傾斜布置時的輸送量校正系數(shù)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.65
按上式計算得
由式（2-12）得
mm；
值應圓整為mm。
2>螺旋軸轉(zhuǎn)速計算
（2-13）
（mm）
取 （r/min）
螺距
mm
用螺旋直徑及轉(zhuǎn)速圓整后的數(shù)值，還必須對填充系數(shù)進行驗算：
（2-14）
式中 —螺旋節(jié)距，m。
帶入相關數(shù)值進（2-14）式得
，
滿足 。
[2]功率計算
1>螺旋輸送機所需軸功率可由下式確定：
(KW) （2-15）
式中 —螺旋輸送機傾斜布置是在垂直平面上的投影高度；
—螺旋輸送機水平投影長度，m；
—物料阻力系數(shù)。
帶入相關數(shù)值進式（2-15）得
（mm）
2>電動機功率
(KW) （2-16）
式中 —功率備用系數(shù)，對Y系列電動機取1.0；
—驅(qū)動裝置總效率，一般取0.9～0.94。
帶相關數(shù)值進式（2-16）得
(KW)
根據(jù)實際對螺旋輸送機的使用測定結果，實際軸功率要比理論計算功率大3～5倍。
則 (KW)
取電動機功率22KW。
在選擇螺旋輸送機驅(qū)動裝置時，應維持如下關系：
式中 —當螺旋輸送機不采用聯(lián)軸器與驅(qū)動裝置相聯(lián)，而采用傳動帶或鏈條等傳動時，在螺旋軸軸端上所加的總作用力，N；
—許用懸臂載荷，N。
GX型螺旋輸送機，其許用的功率轉(zhuǎn)速比及許用懸梁載荷列于表2-2中。
表2-2 GX型螺旋輸送機許用功率轉(zhuǎn)速比與許用懸臂載荷
螺旋直徑
150
200
250
300
400
500
600
0.013
0.03
0.06
0.10
0.25
0.48
0.85
2100
3700
5800
8000
15000
24000
35000
其中，螺旋直徑，mm；，；，N。
對GX型螺旋輸送機而言，許用功率轉(zhuǎn)速比，r/min，
則 (KW)，
許用懸臂載荷 （N），
通過上面計算的相關數(shù)值，反過來再對所選定的螺旋輸送機進行輸送能力的驗算。
求輸送能力Q，有
得
總結以上數(shù)據(jù)得
=600mm，=480mm，=60r/min，=90t/h。選擇尺寸代號為GX600的螺旋輸送機符合要求。
4.在對螺旋輸送機設計過程中最重要的是對已經(jīng)確定的螺桿進行剛度和強度的校核，當然就包括其中涉及的軸承強度、壽命的計算。
2.3.3 螺桿強度校核
下面先對螺桿進行校核。
1.按扭轉(zhuǎn)強度條件計算
在作軸的結構設計時，通常采用這種方法初步估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為
（2-17）
式中：—扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa；
—軸所受的扭矩，單位為N﹒mm；
—軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3；
—軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
—軸轉(zhuǎn)速的功率，單位為KW；
—計算截面處軸的直徑，單位為mm；
—許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa
—空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，取=0.5，見表2-3。
表2-3 軸常用幾種材料的及值
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35Ci、Mn、38SiMnMo、3Cr13
/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
149～126
135～112
126～103
112～97
對于空心軸
符合45鋼時=25～45MPa的要求。
2.按彎扭合成強度條件計算
通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。其計算步驟如下：
1）作出彎矩，如圖2-3所示。
圖2-3 軸的載荷分析圖
其中有：
（N）
N
接著再對軸的強度進行校核。
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力
（2-18）
式中： —軸的計算應力，單位為MPa；
—軸所受的彎矩，單位為N﹒mm；
—軸所受的扭矩，單位為N﹒mm；
—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為。
3.按疲勞強度計算進行校核
這種校核計算的實質(zhì)在于確定變應力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎上，即可通過分析確定出一個或幾個危險截面（這時不僅要考慮彎曲應力和扭轉(zhuǎn)切應力的大小，而且要考慮應力集中和絕對尺寸等因素影響的程度），按式計算安全系數(shù)并應使其稍大于或至少等于設計安全系數(shù)S，即
（2-19）
其中僅有法向應力時，應滿足
（2-20）
帶數(shù)據(jù)進（2-20）得
僅有扭轉(zhuǎn)切應力時，應滿足
（2-21）
由數(shù)據(jù)進（2-19）得
則=9.82S=1.3～1.5，滿足其軸的安全程度。
4.按靜強度條件進行校核
軸的靜強度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時載荷來校核的。靜強度校核時的強度條件是
（2-22）
其中 （2-23）
帶數(shù)據(jù)進（2-23）得
（2-24）
帶數(shù)據(jù)進式（2-24）
帶數(shù)據(jù)入式（2-22）得
式中 —材料的抗彎和抗扭屈服極限，單位為MPa，其中；
—軸的危險截面上所受的最大彎矩，單位為N﹒mm；
—軸的危險截面上所受的最大軸向力，單位為N；
—軸的危險截面的面積，單位為mm2；
—分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，單位為mm3。
滿足其要求。
5.軸的剛度校核計算
（1）軸的彎曲剛度校核計算
把階梯軸看成是當量直徑，然后按照材料力學中的公式計算。當量直徑（單位為mm）為
（2-25）
式中： —階梯軸第i段的長度，單位為mm；
—階梯軸第i段的直徑，單位為mm；
L—階梯軸的計算長度，單位為mm；
Z—階梯軸計算長度內(nèi)的軸段數(shù)。
代入式得
（2）軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算
圓軸扭轉(zhuǎn)角[單位為（°）/m]的計算公式為：
階梯軸 （2-26）
式中 —軸所受的扭矩，單位為N﹒mm；
—軸的材料的剪切彈性模量，單位為MPa，對于鋼材，MPa；
—軸截面的極慣性矩，單位為，對于圓軸，；
—階梯軸受扭矩作用的長度，單位為mm；
—分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前；
—階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為
＞1（°）/m
代入相關值進式（2-26）得
滿足對軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件。
2.3.4 軸承校核
根據(jù)工作條件選用=140mm的推力球軸承，軸承受徑向力N，轉(zhuǎn)速=60r/min，運轉(zhuǎn)條件正常，要求壽命=20000h。
根據(jù)式 （2-27）
式中 C —基本額定動載荷計算值，N；
—當量動載荷，其中，N；
—軸承轉(zhuǎn)速，r/min；
—軸承壽命，h。
計算：
所選推力球軸承，
則P= （N）
由=122.3 （KN）
驗算7328B型推力球軸承的壽命可知計算所得的壽命值要大于其額定壽命，即=20002 （h）
所以7328B型推力球軸承滿足其要求。
第3章 配料混合系統(tǒng)控制電路與選型
3.1 控制電路設計
該系統(tǒng)是針對室內(nèi)生產(chǎn)設計的，相配套的還有微機自動控制系統(tǒng)。集控系統(tǒng)由隔爆可編程控制箱、本安現(xiàn)場操作箱、集控操作臺、上位機、測速傳感器構成。帶式輸送機設置了速度傳感器，信號接入PLC由PLC進行運算處理，參加設備的聯(lián)動和閉鎖。包括電流過載保護、急停、報警、調(diào)速等。整個配料、混合系統(tǒng)由PLC進行自動控制。
原料分別由三種型號相同的輸送帶運輸，下料的閥門口一定，即出料截面相恒定，可以按照任意比例進行配料、混合。
開始工作時，首先通過PLC來啟動這個配料系統(tǒng)的三個電機，同時閉合變頻器的電源開關，變頻器得電正向啟轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)通過測速傳感器測得三臺皮帶分別的速度，由PLC的模擬擴展模塊進行A/D信號轉(zhuǎn)換，由PLC進行處理，變頻器就可以通過變頻來實現(xiàn)降壓，從而實現(xiàn)變頻調(diào)速，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的配料需求。
同時，控制部分還對系統(tǒng)設有保護功能。當生產(chǎn)過程中，由于皮帶打滑、電流過大、過載等意外的時候，PLC又起到了自動報警的功能，這個時候會自動復位。其配料原理圖如3-1所示。
圖3-1 配料原理圖
由于是實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制，所以除了通過PLC來實現(xiàn)復合肥的自動配料，還實現(xiàn)對混合、配好料的復合肥輸送的自動化。
速度信號傳送給PLC的模擬量輸入單元和計數(shù)PLC將現(xiàn)聲采集的數(shù)據(jù)加以計算處理，求出瞬時流量和積累重量。將流量與設定值比較，由PLC的輸出單元來控制變頻器，改變給料機電機轉(zhuǎn)速。
3.2 PLC的選擇
可編程序控制器應用于控制系統(tǒng)中，其主要的特點：
1.可靠性高。
2.控制功能強。
3.編程方便，易于應用。
4.適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境抗干擾能力強。
5.具有各種接口，與外部設備聯(lián)結非常方便。
6.采用積木式結構或者模塊式結構，具有較大的靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。
7.維修方便
8.可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適用性強。
在對PLC選型過程中，S7-200能滿足高級自動化標準和各種需求，具有各種盡寸以適應所有的應用場合，有適用于運輸機械和各種氣候條件的堅固型，有適用于狹小空間而且具有高處理性能的密集型，有運行速度塊而且具有良好的擴展能力。它可以配置種類繁多的輸入輸出模塊、編程器、軟件、過程通信和顯示部件，電話診斷設備等。我選擇的S7-200CPU224I/O接口是14個輸入點，10個輸出點，與系統(tǒng)的I/O接口相吻合。
S7-200 系列PLC的主要特點:
1.快速
（1）指令處理周期短減少了循環(huán)時間。
（2）高速計數(shù)器開辟了新的應用領域。
（3）高速中斷處理可以分別響應過程事件。
2.靈活
（1）模塊式結構可用于各種性能的擴展。
（2）脈沖輸出可控制步進電機和直流電機。
（3）豐富的指令集可以快速方便的解決最復雜的任務。
3.多功能
（1）點對點接口（PPI）可連接編程設備，操作員界面和串行設備接口。
（2）用戶有好的STEP 7 Micro/DOS編程軟件和功能極強的編程器方便了編程。
（3）用戶程序三級口令保護。
（4）TD 200和COROS OPs操作面板（OPs）為用戶提供了方便人機界面。
由于系統(tǒng)中有測速傳感器，這就涉及怎樣將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由于S7-200CPU224自帶了模擬量擴展模塊，我選用EM235模擬量擴展模塊進行A/D信號處理，其中我還選用了EM223數(shù)字量擴展模塊與變頻器相連接。
3.3 變頻器的選用
3.3.1 異步電動機的調(diào)速原理
三相交流電動機的同步轉(zhuǎn)速n0為
式中 ——電動機定子電源頻率；
——電動機的極對數(shù)。
由上式可知，若連續(xù)改變電源頻率，則可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速n0。而三相異步電動機定子每相感應電動勢有效值為
式中 ——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；
——基波繞組系數(shù)；
——每極氣隙磁通量。
有上式可見，在一定時，若電源頻率發(fā)生變化，則必然引起磁通變化。當變?nèi)鯐r，電動機鐵心就沒被充分利用；若增大，則會使鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，這樣會使電動機效率降低，嚴重時會使電動機繞組過熱，甚至損壞電動機。因此，在電動機運行時，希望磁通保持恒定不變。為此，在改變的同時，必須改變，即必須保證
常數(shù)
這樣，采用恒定的電動勢頻率比的協(xié)調(diào)控制方式，就可以保證磁通值恒定不便。對繞組中的感應電動勢卻難以直接控制，在較高時，可以忽略定子繞組漏磁阻抗壓降。因此，可以認定定子每相電壓，則得
常數(shù)
這便是恒壓頻比控制方式。由于電動機定子電壓只能小于等于額定電壓，所以只能下調(diào)，這時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若上調(diào)，而不能大于，所以轉(zhuǎn)矩下降，這時為恒功率調(diào)速。在隨著降低時，定子阻抗壓降就不能再被忽略了，此時會更小些，使得磁通有所減小。這時，為了保證不變，可以人為地將提高一些，以便近似地補償定子阻抗壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖3-2所示。
圖3-2 恒壓頻比控制特性
a——無補償特性 b——有補償特性
采取補償措施后，異步電動機的機械特性不但保留了較硬的線性度，而且當頻率降低時，同步轉(zhuǎn)速n0隨之下降，使在保證最大轉(zhuǎn)矩基本不變的情況下，取得類似直流電動機調(diào)速的平移特性曲線。這樣，不但擴大了調(diào)速范圍，而且在調(diào)速時，轉(zhuǎn)差率功率不變，所以效率很高。具有定子電壓補償?shù)暮銐侯l比控制方式被廣泛應用。
變頻器裝置工作原理：
對于恒壓頻比控制方式進行變頻調(diào)速的裝置來講，其一是直接變頻（交—交變頻）裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只用一個變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源換成VVVF電源，所以效率較高。但是，所用元件數(shù)量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數(shù)較低，只適用于低轉(zhuǎn)速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。
另一類為間接變頻（交—直—交變頻）裝置。這種變頻裝置是將恒壓恒頻交流電源先經(jīng)整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為中間直流環(huán)節(jié)，再由逆變電路轉(zhuǎn)換為VVVF電源，如圖3-3所示。
圖3-3 間接（交—直—交）變頻裝置
這種裝置的控制方式有以下兩種：
1.用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交—直—交變頻裝置
這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率有逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調(diào)配合來完成。這種裝置結構簡單，元件較少，控制方便，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)也降低。若由晶閘管構成逆變器，則輸出電壓諧波較大。
2.用不可控整流器整流，通過脈寬調(diào)制方式控制逆變器同時進行變壓變頻的交—直—交變頻裝置
由于輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流電路，所以電網(wǎng)端功率因數(shù)較高，而且與逆變器輸出電壓大小無關。逆變器在變頻的同時實現(xiàn)變壓，主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了電路結構。逆變器的輸出與中間直流環(huán)節(jié)的電容電感參數(shù)無關，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應。選擇對逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器的輸出電壓為近似正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調(diào)制方式（SPWM）。
3.3.2 變頻器的選擇
變頻器的選用，包括變頻器類型選用和容量選用兩個方面。
1.變頻器類型的選用
變頻調(diào)速時需要根據(jù)不同的負載類型選擇不同的頻率變化曲線，才能發(fā)揮出變頻器的最佳狀態(tài)。由于輸送帶對動態(tài)性能要求不需要太高，同時對輸送帶這種恒轉(zhuǎn)矩類負載（即恒轉(zhuǎn)矩負載的阻轉(zhuǎn)矩是一個定值，與轉(zhuǎn)速的高低無關。主要特點：在初始速度時就有阻力，即啟動需要啟動轉(zhuǎn)矩）可以采用普通功能性變頻器，為了實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動機和變頻器的容量的方法，以提高低速轉(zhuǎn)矩。也可以采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器，來實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負載的調(diào)速運行，則是比較理想的。
2.變頻器容量的選用
變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動機容量、電動機額定電流、電動機加速時間等，其中，最主要的是電動機額定電流。
對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器控制一臺電動機必須同時滿足下列項計算公式：
滿足負載輸出/KVA （3-1）
滿足電動機容量/KVA （3-2）
滿足電動機電流/A （3-3）
式中
—變頻器的容量/KVA
—負載要求的電動機軸輸出功率/KW
—電動機額定電壓/V
—電動機額定電流/A
η—電動機效率（通常約為0.85）
cosΦ—電動機功率因數(shù)（通常約為（0.75）
k—電流波形補償系數(shù)（k約為1.05～1.1）
計算：
帶數(shù)據(jù)進式（3-1）～（3-3）得
（KW）
（KW）
（A）
所以選用選用額定功率22KW，額定電流45A的BT40S22KWTA型變頻器。其主要特點：
（1）獨特的擬超導技術，低速高轉(zhuǎn)矩輸出。
（2）高性能矢量轉(zhuǎn)矩控制。
（3）轉(zhuǎn)差補償，AVR自動穩(wěn)壓功能。
（4）IPM、IGBT智能模塊，超靜音運行。
（5）內(nèi)置PID控制及實時換機、開關機控制功能。
（6）大功率機型超小形體、超輕重量，切實降低用戶成本。
變頻器與PLC的連接采用繼電器接點開路形式與PLC連接，獲得變頻器輸入的電動機正轉(zhuǎn)以及不同的運行速度等信號。
3.4 測速傳感器的選用
從稱重原理可知，電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的大小取決于兩個參數(shù)，即瞬時流量等于稱重傳感器測量的承載器上物料負荷值q(kg/m)和測速傳感器測量的皮帶速度值v(m/s)兩個參數(shù)相乘所得到以下的公式
W（t)=qv
由此可見，測速傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性與稱重傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾，而測速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。
電子皮帶秤上所用測速傳感器目前主要有磁電式、磁阻脈沖式、光電脈沖式等不同類型的測速傳感器。模擬式測速發(fā)電機式測速傳感器早已不再使用，取而代之的是上述各種輸出脈沖信號的數(shù)字式測速傳感器。
在我的設計系統(tǒng)中，選用了磁電式測速傳感器。
霍耳轉(zhuǎn)速傳感器結構原理:在被測物體上粘有多對小磁鋼,并把霍爾元件固定在其附近不動,當小磁鋼隨軸轉(zhuǎn)動而經(jīng)過霍爾元件時,就可在霍爾元件上產(chǎn)生相應的脈沖信號。
該系統(tǒng)選用的速度傳感器LM2917是美國NSC公司生產(chǎn)的集成轉(zhuǎn)速/電壓轉(zhuǎn)換器?？蓪⑥D(zhuǎn)速（或頻率、轉(zhuǎn)數(shù)）轉(zhuǎn)換成電壓，只需接少量的外圍元件即可構成模擬式轉(zhuǎn)速測量儀。
其性能特點：
(1) 內(nèi)部包含比較器、充電泵、放大器等信號。由于其中的LM2917與LM2907的區(qū)別是在內(nèi)部與GND之間增加了一只7.6V穩(wěn)壓管，可提高電源的穩(wěn)定性。所以我采用了型號為LM2917的傳感器。
(2) 比較器的滯后電壓為30mV，利用滯后性可抑制外界噪聲干擾。
(3) 其輸出電壓與被測頻率成正比，線性度達0.3%。
(4) 價格低廉，外圍電路簡單，使用靈活。
(5) 電源電壓實現(xiàn)值為+12V，最高不得超過+28V，最大工作電流為28mA，工作溫度范圍是-40～+85 。
由于配料系統(tǒng)由三臺輸送機構成，每臺輸送機上至少需要一個傳感器，根據(jù)系統(tǒng)精度的不同要求，可以按需添加傳感器來保證精度。
復合化肥配料、混合的電氣控制部分主要有繼電器控制和計算機控制兩種控制方式。采用繼電器控制系統(tǒng)的故障率高，大大降低了生產(chǎn)運行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而單片機控制則存在抗干擾能力差的缺點。PLC控制的配料系統(tǒng)具有工作可靠性高、存儲容量大、編程方便、抗干擾能力強、故障少、維修保養(yǎng)方便等優(yōu)點。
第4章 配料混合系統(tǒng)控制設計
4.1 配料混合系統(tǒng)的控制
4.1.1總體控制設計
自動配料系統(tǒng)由三臺配料皮帶秤及其傳感器、微機系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成。
系統(tǒng)采用托輥配料皮帶機，皮帶速度信號經(jīng)PLC的模擬量擴展模塊進行A/D信號轉(zhuǎn)換，通過PLC控制變頻器以達到自動調(diào)整皮帶機的電機轉(zhuǎn)速與皮帶速度，達到控制物料流量的目的。PLC采用通過計算，控制系統(tǒng)外部輸入點數(shù)(INPUT)為9點，控制輸出點數(shù)(OUTPUT)為12點。選用西門子系列的S7-200CPU224型，共INPUT有14點；OUTPUT有10點；該機型能滿足系統(tǒng)控制要求，具有較好的性價比。西門子PLC中的S7-200系列可以滿足多種多樣的自動化控制需求。加上S7-200系列不僅穩(wěn)定可靠而且還具有緊湊的設計、良好的擴展性、強大的指令，使得其可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制系統(tǒng)要求。
由于PLC引入，替代較復雜的繼電—接觸器控制。在保證工藝控制要求的情況下，大大的提高了生產(chǎn)效率，改善了設備的電氣性能，提高了設備的自動化水平。該系統(tǒng)具有操作簡單、可靠性高、工藝參數(shù)修改方便的特點，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素。在生產(chǎn)規(guī)模較大的場合，還可以將多臺由PLC控制的設備與上位計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)“集中管理、分散控制”，在現(xiàn)代工業(yè)控制中，將具有廣闊的應用前景，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
4.1.2 PLC控制系統(tǒng)
1.PLC滿足控制要求
生產(chǎn)系統(tǒng)控制采用PLC集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)工況的微機控制和生產(chǎn)工藝的一體化管理，避免人工計量和個性化操作帶來的復合肥生產(chǎn)波動和復合肥質(zhì)量的波動，提高操作自動化水平和管理水平，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
使用S7-200型PLC對皮帶秤監(jiān)控復合肥的連續(xù)生產(chǎn)過程，可幫助充分利用原材料控制庫存。在實際應用，驗證了西門子控制皮帶秤的優(yōu)越性能。它們已成為干燥、散狀固體粒料連續(xù)在線控制調(diào)速配料的可靠保證。其維護量小、精度高等優(yōu)點。在實際工作中顯示了極微小的滯后性和優(yōu)良的線性度，且設有過載保護功能。
2.運行的安全性
這是配料自控系統(tǒng)中首先要考慮的問題，在設計時采取很多措施對其進行保證。此外，上下限的位置保護，過載保護，報警信號處理等。繼電器系統(tǒng)運行時的安全性，特別容易受到內(nèi)部配線松脫，觸點壽命及接觸不良等因素影響，生產(chǎn)線規(guī)模大，繼電器數(shù)目愈多，使用時間愈久，問題愈嚴重。而PLC既無內(nèi)部配線，不必考慮配線松脫，接觸不良，線路漏電或短路，又無接觸點，既不會接觸不良，亦不會由于接觸產(chǎn)生火花干擾電路，可靠性極高。其無故障運行時間達一萬小時以上，其壽命為半永久性，因而可大大提高配料控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，這是PLC控制配料系統(tǒng)的最大特點和優(yōu)點。
3.維護簡單，檢修方便
這是生產(chǎn)復合化肥很重要的要求，從而保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時立即修復。繼電器線路由于耗電大，電器柜要有良好的通風，因此灰塵較多，更容易引起觸點接觸不良，必須經(jīng)常進行維護。而PLC耗電小，產(chǎn)生熱量極少，電氣柜可以密封設計，防止灰塵，不必經(jīng)常進行維護。而在產(chǎn)生故障時，繼電器線路需要熟練技工根據(jù)復雜線路圖才能找出故障所在位置，如果更換繼電器則費時費工，弄亂了線路還會造成隱患。而PLC控制系統(tǒng)具有自診斷功能，為積木式結構，其輸入輸出均有信號燈指示，維修人員甚至不必動用電表就可以發(fā)現(xiàn)故障。在實際運行中，PLC配料控制系統(tǒng)查找和修復故障的時間比同樣功能的繼電器系統(tǒng)要快幾倍，幾十倍。
4.器件標準化，編程工程化
這是PLC控制復合肥配料和其他微機控制配料的不同點，特別適合我國化肥廠生產(chǎn)線改型換代的需求。編程工程化，簡單易學，PLC所采用的助記符配合梯形圖的編程方法，極易為熟悉電器線路的技術操作人員所掌握，一般10小時內(nèi)可以清楚了解。40小時左右即可熟練運用，從而避免化肥廠改進控制系統(tǒng)而要更換人員。PLC作為標準化工控微機的這些特點，使化工企業(yè)可以在不增加投資，不更換人員的情況下進行生產(chǎn)自動控制，大大提高生產(chǎn)效率和精度。
綜上所述，PLC的一系列特點和優(yōu)點，是非常適于復合化肥自動配料控制系統(tǒng)的使用。
4.1.3 交流變壓變頻
1.可以利用鼠籠型感應電動機:此型的電動機形體小,可以像機械式變速