1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 消声器自动除尘控制系统设计 电气控制系统硬件设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 目前除尘系统当中普遍存在着成本高、效率低、运行不稳定等问题，针对这些问题进行详细的研究分析后，设计 一套自动除尘控制系统流水线来实现除尘效果，为了便于工艺流程和设备状态的分析、操作决策、故障诊断、避免操作管理人员的疲劳、实现驾驶舱式的控制管理，采用了具有高可靠性和稳定性的 PLC来实现，把计算机和现代控制技术应用于除尘器。 本设计为消声器自动除尘控制系统中的子项目 电气控制系统硬件设计。通过对设计要
2、求的研究分析得出系统的工艺流程，确定系统的总体控制方案，从而再得出流水线自动控制系统的总体设计。 然后根据设计的要求对关键部件（例如 PLC、变频器等）进行研究选型以完善系统的硬件设计。 关键词： 流水线，除 尘， PLC，自动控制 II The design of control system for muffler automatic dust removal-design of electrical control system hardware Abstract The ubiquitous shortcomings of high coast, low efficiency and
3、unstable running of the dust-removing system at present, for these problems, this paper designs an automated assembly line to achieve the dust control system for dust removal, for conveniently analysand, operating decision-making, and fault diagnosis, avoiding the fatigue of operators, and realizing
4、 the control patten of the driving cabin, with a high stability and reliability of the PLC to achieve and successfully applies the computer technology and the modern control technology into the dust remover. The muffler is designed to automatically of dust control system - electrical control system
5、hardware design. Through the design requirements of the research has analyzed the systems process to determine the systems overall control scheme to arrive at the overall pipeline design of automatic control system. Then according to the requirements of the key components of the design (for example,
6、 PLC, inverter, etc.) selection to improve the systems hardware design. Keywords: Assembly line， dust-removing, PLC, Automatic control III 目录 摘 要 . I Abstract . II 引言 . 1 第一章 绪论 . 2 1.1 选题的背景、意义 . 2 1.2 相关研究的最新成果及动态 . 3 1.3 本课题研究的主要内容 . 6 第二章 自动流水线系统简 介 . 7 2.1 自动流水线基本概念 . 7 2.2 工业控制系统 . 7 2.3 系统工艺流
7、程分析 . 9 第三章 自动控制系统总体设计 . 10 3.1 系统控制方案确定 . 10 3.2 系统控制原理分析 . 10 3.3 流水 线自动控制系统的总体设计 . 11 第四章 系统硬件设计 . 15 4.1 PLC 的选型 . 15 4.2 变频器的选型 . 21 4.3 传感器模块的选型 . 26 4.4 控制系统的电路设计 . 27 总结 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 31 致谢 .错误 !未定义书签。 附录 . 32 消声器自动除尘控制系统设计 -电气控制系统硬件设计 1 引言 在大量生产中，为了提高生产效率，保证产品质量，改善劳动条件，不仅要求机床能自动对工件加工，并
8、且要求工件的装卸，工件的工序间的输送，工序间加工精度的检测，废品的剔除等都能自动的进行。因此，把设备按工件的加工工序顺序一次排列，用自动输送装置将他们连成一个整体，并用控制系统将各个部分的动作协调起来，使其按照规定的动作自动的进行工作这种自动化的 加工系统就称为自动化生产流水线。 本设计从企业的现状着手出发，从流水线的概念和特点提出了在当前经济发展中企业的流水线生产上存在的问题和不足。 PLC是用的最多、应用最广泛的自动化产品，也可以说是最实用的自动化产品。因为用 PLC可以实现很多优点，可使系统的硬件设备大为简化，体积减小，而且 PLC的抗干扰能力强，可靠性高，操作简单。本课题针对消声器的结
9、构特点，以及消声器内部粉尘的状态，设计一套自动除尘控制系统 , 采用 PLC控制器，减速电机为流水线驱动器，通过变频器调速，流水线上设置器件探测器，探测到物料后自 动启动吹气进行除尘，一条流水线上共设 4个除尘工位，去除的粉尘再通过一个收集装置进行有效的收集。这套设备将大大提高消声器生产过程中的除尘效率和效果，并且由于采用 PLC电控柜来控制这个流水线，将节约很大的占地空间，并且更能适应运行的环境和保障生产操作人员的安全。设计中应用了当今世界较为流行 三菱 FX2NPLC，在 三菱FX2NPLC上实现流水线的模拟控制功能。 本子项目为电气控制系统的硬件设计 。 消声器自动除尘控制系统设计 -电
10、气控制系统硬件设计 2 第一章 绪论 1.1 选题的背景、意义 随着社会的不断发 展，科技的不断进步，现代工业与原有的工业 相比有了很大的差别。现代工业的两大特点： （ 1） 生产向专业化、批量化和多品种的方向发展 生产的专业化是社会分工发展程度的标志。专 业化程度越高，越有利于采用专用设备，提高生产技术，方便管理，降低成 本，提高劳动生产率。从产品专业化到零部件和生产工艺的专业化，现代工业和 分工越来越细。专业化程度较高的企业，由于产品质量好，功能全，价格低，竞 争力强，就能不断提高市场占有率，从而使生产的批量增加。所以，生产的批量化 是随着专业化水平的提高而发展的。生产批量化不等于品种的单
11、 一化，相反，由于人们消费水平的提高，对产 品品种和花色提出了更高的要求。在基础零部件推行 标准化的前提下，产品的外观、功能呈多样化发展趋势。适应这种多品种的要求 ，柔性生产线开始诞生并迅速发展，它可以在一条生产线上生产一大类的多品种的 产品。 （ 2） 技术装备向智能化、高效率的机器体系方向发 展 现代科学技术，特别是微电子技术的发展，使 生产设备和生产过程的自动控制成为可能。在原有的机械设备上，增加微处 理器、传统器和执行机构等自动控制装置，组成智能或部分智能化的机器体系， 代替或部分代替过去的人工操作，使设备运行的精度大 大提高。用于各种动力系统的控制，可以大大 节省能源消耗；用于机械加
12、工控制，可以大大提高产品质量； 用于管理和辅助设计，可以代替人脑的部分劳动，大大提高工作效率。现代技术 和制造工艺的进步，能够生产出一些大型化、超大型化的生产设备，从而大大提 高了设备的效率，改善了各种经济技术参数，减少了设备的重量和占地面积，降 低了能耗。现代计算机技术的发展和系统集成技术的出现，使传统工业中的产品 研制开发过程发生根本性转变。 由此可知在追求最大的利益及最高的效率的前 提下，流水线生产和工业控制的自动化技术在现代工业中越来越受到广泛的 应 用。 压缩机消声器是一种密封的塑料壳体，在壳体内部通过空气流通渠道的变化而实现消除压缩空气噪声的作用。塑料壳体是由两部分组成，后经过超声
13、波焊接机焊接在一起，焊接前必须对壳体进行必要的除尘，否则会因为壳体内部有粉尘造成管路堵塞。除尘系统的工艺流程是：一个较大功率的风机工作于吸尘管道的一端，该管道和除尘器是相连的，在另一端除尘气体被吸入管道中，在除尘器中被除尘袋过滤，粉尘等微小颗粒不能透过布袋而被吸附到除尘过滤介质中从而达到除尘效果 1。然而目前除尘系统普遍存在成本高、效率低、运行不稳定等问题，消声器自动除尘控制系统设计 -电气控制系统硬件设计 3 并且现在一般的 压缩机消声器生产过程中的除尘环节多是人工操作，由工人手工对物件进行除尘，这样在整个除尘过程中难以避免工人会与粉尘积灰接触，从而带来二次污染 2，这样就难以达到彻底的除尘
14、效果。因此如果除尘都靠人工来实行，不但需要大量的人力，而且难以保证除尘的效果。 本课题针对消声器的结构特点，以及消声器内部粉尘的状态，设计一套自动除尘控制系统 , 采用 PLC 控制器，减速电机为流水线驱动器，通过变频器调速，流水线上设置器件探测器，探测到物料后自动启动吹气进行除尘，一条流水线上共设 4 个除尘工位，去除的粉尘再通过一个收集装置进行有 效的收集。这套设备将大大提高消声器生产过程中的除尘效率和效果，并且由于采用 PLC 电控柜来控制这个流水线，将节约很大的占地空间，并且更能适应运行的环境和保障生产操作人员的安全。 1.2 相关研究的最新成果及动态 与传统的消声器除尘系统相比，自动
15、除尘系统具有明显的优越性，同样地，它也存在很大的发展空间。 1.2.1 生产流水线的的广泛应用 流水线技术诞生于第二次工业革命时期，它是 生产组织的一种形式，即把生产过程划分为在时间上相等或成倍比的若干工 序，并将其分别固定于按工艺过程顺序排列的各工作地，劳动对象按一定 的节拍或速度，顺次流过各工作地进行加工。对不能或不便移动的操作对象（如建筑物 ，大型船舶，大型机器及其部件），也可由执行各工序的工人，按规定速度在劳动 对象上顺序连续进行各工序加工。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张
16、紧装置、改向装置和支承件等。流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，并且由于每一道工序都由特定的人去完成，一步一步加工，每个工人 只需做同样的工作，大大降低了对工人的 技术要求，提高了工作效率，所以在现代工业生产中应用越来越广泛。 现代工业生产中的流水线部分越来越趋向无人化和自动化，通过 PC 或 PLC 控制器结合电机，变频器等器件来达到自动控制效果。从而实现一人或少人控制整条生产流水线的的目标。 1.2.2 控制系统的自动化 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高
17、质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、消声器自动除尘控制系统设计 -电气控制系统硬件设计 4 硬件和系统三大部分。工业控制自动化 技术作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。 1.2.3 以工业 PC 为基础的低成本
18、工业控制自动化成为主流 众所周知，从 20 世纪 60 年代开始，西方国家就依 靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。 20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（ Time to Market）、改善质量（ Quality）、降低成本（ Cost）以及完善服务体系（ Service），这就是企业的 T.Q.C.S.。虽然计算机集成制造系统（ CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善的 T.Q.C.S.，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正
19、确的决策 ”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。 传统的自动化系统，基础自动化部分基本被 PLC 和 DCS 所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。 20 世纪 90 年代 以来，由于 PC-based 的工业计算机（简称工业 PC）的
20、发展，以工业 PC、 I/O 装置、监控装置、控制网络组成的 PC-based 的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。我国重庆钢铁公司这样的大企业的几乎全部大型加热炉，也拆除了原来 DCS 或单回路数字式调节器，而改用工业 PC 来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获得了良好效果。由于基于 PC 的控制器被证明可以像 PLC 一样可靠，并且被操作和维护人员接受，所以，一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用 PC 控制方案。基于 PC 的控制系统易于安装和使 用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，而且从长远角度看， PC 控制系统维护成本更低，因此越
21、来越得到广泛应用。 消声器自动除尘控制系统设计 -电气控制系统硬件设计 5 1.2.4 PLC 在向微型化、网络化、 PC 化和开放性方向发展 长期以来， PLC 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与 DCS 和工业 PC 形成了三足鼎立之势。同时， PLC 也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业 PC 所带来的冲击。目前，全世界 PLC 生产厂家约 200 家，生产 300 多种产品。国内 PLC 市场仍以国外产品为主，如美国的 AB 通 用电气、莫迪康公司，日本的三菱、富士、欧姆龙、松下电工，德国的西门子，法国的 TE 斯耐德公司，韩
22、国的三星、 LG 公司等的产品。经过多年的发展，国内 PLC 生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说 PLC 在我国尚未形成制造产业化。在 PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。 现在 PLC 的特点及技术发展方向： （ 1） 产品规模向大、小两个方向发展大： I/O 点数达 14336 点、 32 位为微处理器、多 CPU 并行工作、大容量存储器、扫描高速化、小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵 活性，降低了成本。 （ 2） PLC 在闭环过程控制中的应用日益广泛。 （ 3） 不断加强通讯功能。 （ 4） 新器件和模块不断推出。高档的
23、PLC 除了主要采用 CPU 以提高处理速度外，还有带处理器的 EPROM 和 RAM 的智能 I/O 模块、高速技术模块、远程 I/O模块等专用模块。 （ 5） 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的 PLC 指令系统。 （ 6） 发展容错技术。采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式、 （ 7） 追求软硬件的标准化。 1.2.5 DCS 系统的设计面向测控管一体化 集散控制系统 DCS（ Distributed Control System）问世于 1975 年，生产厂家主要集中在美、日、德等
24、国。我国从 70 年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外的 DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）的 DCS 基本全部进口。 80 年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研制国产化 DCS 的技术攻关。到如今 DCS 在国内已经得到了极大的发展，尤其是在石化行业和电力系统中得到了广泛应用。而小 型化、多样化、 PC 化和开放性是现有 DCS 发展的主要方向。目前小型 DCS所占有的市场，已逐步与 PLC、工业 PC、 FCS 共享。今后小型 DCS 可能首先与这三种系统融合，而且“软 DCS”技术将首先在小型 DCS 中得到发展。
25、PC-based消声器自动除尘控制系统设计 -电气控制系统硬件设计 6 控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各 DCS 厂商也将纷纷推出基于工业 PC 的小型 DCS 系统。开放性的 DCS 系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。 1.2.6 控制系统向现场总线（ FCS）方向发展 由于 3C（ Computer、 Control、 Communication）技术的发展，过程控制系统将由 DCS 发展到 FCS（ Fieldbus Control System）。 FCS 可以将 PID
26、控制彻底分散到现场设备（ Field Device）中。基于现场总线的 FCS 又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。 1.2.7 仪器仪表技术趋向数字化、智能化、网络化、微型化 仪器仪表技术的发展由来 已久，经过这五六十年的发展，仪器仪表朝着越来越智能化方向 发展，虚拟技术的迅速发展，使测控设备 PC 化，网络化。随着技术的不断发展远程测控技术也得到了充分发展，仪器仪表的应用领域越来越广，适应性越来越强。 1.3 本课题研究的主要内容 本课题针对自动除尘的要求，设计一个合理有效的工艺
27、流程，画出工艺流程图，确定每个电器控制的对象，选取合适的信号采样点，并画出整个电控的系统图包括电源、布线等。整个电气控制系统本设计主要模块为电机驱动、吹气吸尘模块、计数传感器模块以及软件方面控制界面、程序编写。 本人负责这个设计的硬 件部分，该电气控制系统硬件需考虑到设备运行的环境及可靠性，需兼顾生产线操作人员的安全性，选择合适的控制器，电机和变频器来对生产流水线进行控制。流水线上共设置 4 个除尘工位，并设置器件探测器，探测到物料后进行自动启动吹气除尘。还需要考虑流水线的除静电处理，去除的粉尘还要进行有效的收集，以免造成污染。 具体要完成的研究内容： (1) 研究整个除尘生产线自动控制系统的主要硬件设备构成、系统控制要求分析、系统控制方案确立及系统的控制原理。 (2) PLC 控制器、变频器、调速电机等关键部位的选型 (3) 电气系统框图的 设计及整个电控布线 (4) 人机操作环境设计，包括操控、显示和报警等功能的设计
