一种高速粉碎机的控制系统的设计

一种高速粉碎机的控制系统的设计

一、选题简介、意义

粉碎机是将大尺寸的固体原料粉碎至要求尺寸的机械设备。粉碎机主要利用对固体原料的切割，撞击、碾压、研磨这四种方式来分碎固体原料。其工作原理：利用电机带动活动齿盘和固定齿盘间的高速相对运动，使原料经过齿盘间的碾压、摩擦及原料之间冲击等力的作用粉碎原料，粉碎后的原料可直接由主机磨腔中排出，颗粒大小通过更换不同孔径的网筛获得。动物的牙齿也可以说是一种粉碎工具，利用上下牙的挤压，剪切粉碎食物。粉碎机械发展史在中国，公元前两千多年就出现了最简单的粉碎工具杵臼。粉碎机国内外研究现状，随着经济和社会的发展对粉碎原料的精度也提出了更高的要求，现代工程技术将需要越来越多的高纯超细粉体,这也意味着对钢材精度的要求越来越高，推动着钢材市场的发展，同时超细粉碎技术在高新技术研究开发中将越来越被重视。在生活中我们随时享受着粉碎机带来的方便，如食用的面粉、大米、豆浆等等，家用粉碎机具有结构简单、体积小、重量轻、功效高、无粉尘、清洁卫生、操作简便、造型美观、既省电又安全等众多优点。所有的粉碎机都具有的最大优点就是其用时短。在医药、化工、粮食等行业中广泛应用。

本课题来源于校内，研究的是一种高速粉碎机的控制系统，要求综合所学的PLC、变频器及触摸屏实现高速粉碎机的控制系统。本课题的完成使我们了解粉碎机的工作过程及其工作原理。通过实际设计其控制系统，锻炼了动手设计及编程的能力，知道如何通过PLC控制变频器及触摸屏动作及如何利用传感器来检测温度压力等，巩固及拓展了我们所学的知识。同时经过本课题的开发实践，增加我们的知识层面，也可使我们所学的综合知识快速与科技结合，进一步提高我们的工程实践能力。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要内容：

本课题要求利用触摸屏、PLC、变频器等实现高速粉碎机控制系统的设计，实现物料的高速粉碎、温度监控、压力监控、液位等等设计要求。

（二）解决的主要问题：

1.高速粉碎机的总体结构设计；

2.高速粉碎机的硬件构成、原理图及触摸屏画面设计；

3.PLC如何控制变频器及触摸屏动作

4.高速粉碎机控制系统的软件设计；

（三）预期目标：

根据项目需求，需要利用触摸屏、PLC、变频器等实现高速粉碎机控制系统的设计。

1.实现PLC控制变频器使电机高速运转，从而使电机带动齿盘实现高速粉碎原料的功能。

2.完成传感器检测研磨室内的温度及出料口处口袋承受的压力的要求。

3.实现触摸屏的画面控制。

（四）研究步骤

本课题的工作步骤分为五个阶段：

第一阶段：翻阅相关的书籍，收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统构架，确定确定机械设备及监控设备的选取；

第三阶段：确定编程软件的选取，画出相应的原理图，编写软件程序；

第四阶段：完善高速粉碎机的监控功能，进行软件调试

第五阶段：整理参考资料，完成毕业设计论文及答辩。

（五）工作方法及措施：

工作方法：本课题主要采用实验法。

措施：在我们学习过的PLC、变频器及组态技术等基础知识的基础上，以及学校在课堂上及实训中所获得实践经验下，通过翻阅相关的书籍了解PLC如何控制变频器及触摸屏动作，通过观看有关高速粉碎机的视频，了解其工作的过程及原理，从而知道怎样通过PLC、变频器及触摸屏等技术完成其控制系统。在老师的指导下，解决不会的问题，完善高速粉碎机的功能，最终完成高速粉碎机的控制系统。

第１章引言 ………………………………………………………………………1

1.1课题来源及研究意义…………………………………………………………………2

1.2国内外高速粉碎机技术发展与研究现状……………………………………………2

1.2.1高速粉碎机技术在国外的发展现状 ………………………………………2

1.2.2高速粉碎机技术在国内的发展现状 ………………………………………3

1.3本课题的主要研究内容………………………………………………………………3

第2章高速粉碎机总体结构……………………………………………………………3

2.1高速粉碎机概述 ……………………………………………………………………4

2.2高速粉碎机机械结构设计 ………………………………………………………4

2.3设备选型、介绍及应用………………………………………………………………5

2.3.1温度传感器………………………………………………………………6

2.3.2 压力传感器…………………………………………………………………7

2.3.3 MD320变频器……………………………………………………………8

2.3.4 FX2N-32MRPLC……………………………………………………………9

2.3.5 FX2N-2AD模块……………………………………………………………10

2.3.6 MCGS组态软件……………………………………………………………11

第3章高速粉碎机控制系统软硬件设计…………………………………………11

3.1控制系统硬件设计……………………………………………………………11

3.1.1设备选用表………………………………………………………………11

3.1. 2硬件布置图…………………………………………………………………12

3.2 PLC、变频器和触摸屏控制系统软件设置………………………………12

3.2.1 定时指令……………………………………………………………12

3.2. 2 触点型比较指令…………………………………………………………13

3.2.3 传送指令…………………………………………………………………13

3.2.4 特殊功能模块的读写指令……………………………………………13

3.2.5流程图………………………………………………………………14

3.2. 6 I/O分配表…………………………………………………………………15

3.2.7 PLC控制原理图……………………………………………………………16

3.2.8PLC软件程序………………………………………………………16

3.2.9变频器参数设置…………………………………………………16

3.2.10组态画面控制……………………………………………………21

第4章结论 ……………………………………………………………………22

一、引言

1.1课题来源及研究意义

本课题来源于校内，研究的是一种高速粉碎机的控制系统设计。随着科技的发展，生活节奏加快，每一个人对生活质量要求的提高，生产要求将会随之提高。中国是人口大国，对粮食的需求量大，面食是人们的主食之一，以前，因为科学技术不够，吃的是粗粮，现在科学技术发达，对食物的需求及要求也提高，人们不满足于普通面粉机的功能，对面粉的颗粒要求更加严格，希望得到更加精细的颗粒，可以制作更加精美的食品，为了赢取更多的市场使粉碎机的智能化研究成为趋势。本课题的研究使粉碎机的转速及触摸屏控制得到提高，通过日本三菱FX2N系列的FX2N-32MRPLC的输出端控制汇川MD320变频器的数字输入端，从而使普通三相异步电动机转动，通过带传动带动与活动齿盘连接的转子，最终使活动齿盘达到高速运转，通过压力传感器、温度传感器及PLC控制实现高速粉碎机的自动运转，其中还加入了手动控制，并且通过PLC控制触摸屏实现画面监控及触摸控制。本次研究不仅解决了普通粉碎机粉碎粒度大、手工操作还实现了粉碎机触摸屏控制及监控，综合了PLC、变频器、触摸屏及传感器等多方面的应用，实现了粉碎机自动化的控制。普通粉碎机的进料由人直接加入进料口，不小心可能会绞到手指，而本课题研究的高速粉碎机是不通过人为加料的，不存在此危险。不仅可以用于家用更适用于工业生产。本课题的完成使人们了解粉碎机的工作过程及其工作原理。通过实际设计其控制系统，锻炼了动手设计及编程的能力，知道如何通过PLC控制变频器及触摸屏动作及如何利用传感器来检测温度压力等，我们所学的知识得到了巩固及拓展。同时经过本课题的设计，增加我们的知识层面，把我们所学的知识真正应用到生活上及社会中。

1.2国内外高速粉碎机技术发展与研究概况

本课题设计的一种高速粉碎机的控制系统，根据常见的面粉机控制过程改造而成。高速粉碎机是为了把粗粉及流体的原料，粉碎到人们所需的机器。粉碎机主要利用对原料的切割，撞击、碾压、研磨这四种方式来分碎原料。其工作原理：利用电机与皮带传动系统使研磨室内的活动齿盘和固定齿盘做高速运动，使原料经过齿盘间的碾压、摩擦及原料之间冲击等力的作用粉碎原料，粉碎后的原料通过出料阀由研磨室经过出料口进入盛料的口袋，不同大小的网筛用来选择不同尺寸的被粉碎物。

1.2.1 高速粉碎机技术在国外的发展现状

粉碎技术是一种新兴起的研究技术，20世纪40年代在国外就开始了研究，20世纪60年代在国外开始飞速发展，并开始对粉体工程学进行整体研究。对粉碎技术研究最早源于国外，且基本的设备需求也是由国外研究出来的，国外对粉碎技术的掌握度比国内快且好是理所当然的，国外的控制系统更完善，同样国外也有一样的问题，钢材的使用寿命，虽然国外的钢材研究可能更好，但是仍然达不到要求。对于高速粉碎机控制系统的设备，像PLC及变频器等设备，其使用寿命也是有限的。因为人们生活质量的提高以及社会、环境等对粉碎度的要求，国外逐渐出现研究粉体的研究机构等。对于高速粉碎机控制系统所用到的设备，也在高速发展，使其控制系统更完善。高速粉碎机在国外研究技术非常成熟，用于西药的制作，化工等。随着人们对粉碎度的要求提高及追求，出现了超微粉碎机，用于粉碎更为精细物体。

1.2.2 高速粉碎机技术在国内的发展现状

粉碎机在国内研究的时间比国外要晚很多，但是我国古代就出现许多粉碎的工具，现代还可以经常见到用于磨面粉的人工石磨，不管是加料、活动石磨的运转还是出料都是需要人工处理的。随着电以及电机的出现，改革开放，人们对粉碎物需求的提高等等，普通的人工粉碎原料早已不能满足市场的需求，简单的粉碎工具产生了即粉碎机，此时的粉碎机完全是由电机带动活动齿盘运转，减少了人力，也提高了生产力，但是对于进料还是需要人工来处理、需要人工在现场进行监控。随着自动化产品的出现，人们对人工的使用要求降低，对自动化产品的安全及高效更加向往，特别是自动化产品可以长期工作，不需要休息，但仍然需要定期检查，防止危险发生。但是因为齿盘内的磨碎锤片的质量问题，我国每年要消耗达万吨以上的钢材，加上网筛片的损耗，这些钢材的大量损耗，完全不符合节能的要求，这就变相的要求高速粉碎机的控制系统要更加完善，以此来减少钢材的损耗，对粉碎机的齿盘要求及电机的要求也提高同时也会加速人们对钢材技术的研究。国内的粉碎机实现了高速粉碎要求，但是粒度的要求并不能完全达到。而且钢材的损耗量增大，钢材要求达不到。但是人们对超细粉的要求并没有降低，这也会推动着人们对高速粉碎机的完善、技术人才对高速粉碎机控制系统的提高以及钢材市场也将重视对钢材的研究。从而实现高速粉碎机的完善。随着经济的飞速增长，人们对粉体技术的研究将会加大，随之出现许多公司进行研究，产品形成后，也会出现许多的设备生产厂家，对钢的研究也会随之增加，最终将会推动人类向更高的技术挑战。

1.3本课题的主要研究内容

本课题要求利用触摸屏、PLC、变频器等实现高速粉碎机控制系统的设计，实现物料的高速粉碎、温度监控、压力监控、液位等等设计要求。设计步骤及研究内容如下： 1.高速粉碎机的总体结构设计；2.高速粉碎机的硬件构成、原理图及触摸屏画面设计；3.PLC如何控制变频器及触摸屏动作4.高速粉碎机控制系统的软件设计。其中，主要研究的是PLC及变频器控制过程，本文中将会主要介绍此次研究的高速粉碎机所用到的PLC指令及变频器的工作原理和PLC对变频器的控制，同时会简要概述本次研究所需用到的传感器、触摸屏等其它设备。

结论

本课题研究的是“一种高速粉碎机的控制系统设计”。粉碎机是将为了把占地面积较大的固体原料，粉碎到人们所需的机器，在药材、豆浆、面粉制作等方面广泛应用。本课题要求利用触摸屏、PLC、变频器等实现高速粉碎机控制系统的设计，实现物料的高速粉碎、温度监控、压力监控、液位等等设计要求。本设计完成了手动与自动两种工作状态，在手动状态中，通过人点击触摸屏上的按钮进行一步步实现粉碎过程。自动状态下，按下启动按钮，控制出料的水泵工作，5s后电机启动，在5s后进料水泵工作，进入正常工作。当温度超出设置值时，进料水泵1及电机同时停止，5秒后出料水泵2停止，水泵 3一直工作，当温度低于设置值时，进入正常工作。当检测水泵1的压力达到设定值时，水泵1立即停止，电机工作3分钟后停止，5秒后水泵2停止。当检测水泵2的压力达到设定值时，水泵1立即停止，电机工作5秒后停止，水泵2则3分钟后停止2。当研磨室温度、水泵1承受的压力同时超上限时，水泵1、电机停止、水泵3工作，5分钟后电机启动电机，3分钟后电机停止，5秒后水泵2停止，进入正常工作。当研磨室温度、水泵2承受的压力同时超上限时，水泵1、电机停止、水泵3工作，5分钟后电机启动电机，5秒后电机停止，5秒后水泵2停止，进入正常工作。最后，将PLC和触摸屏连接，设置触摸屏变量，完成触摸屏监控。完成整个控制系统。

本课题的主要工作包括以下几个方面：

1.高速粉碎机的总体结构设计；

2.高速粉碎机的硬件构成、原理图及触摸屏画面设计；

3.PLC如何控制变频器及触摸屏动作

4.高速粉碎机控制系统的软件设计；

从拿到课题到完成，花费了许多的时间，其中也遇到了许多的难题，但是通过查阅书本及网络，最终解决了难题，收获了很多。本课题的完成使我们了解粉碎机的工作过程及其工作原理。通过实际设计其控制系统，锻炼了动手设计及编程的能力，知道如何通过PLC控制变频器及触摸屏动作及如何利用传感器来检测温度压力等，巩固及拓展了我们所学的知识。同时经过本课题的开发实践，增加我们的知识层面，也可使我们所学的综合知识快速与科技结合，进一步提高我们的工程实践能力。对于我们以后的生活工作也将会起到很大的作用。

参考文献

1．传感器技术及应用／韩裕生，乔志花，张金编著.--北京：电子工业出版社，2013

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6．组态控制技术及应用／李宁主编.--北京：清华大学出版社，2015

7．传感器技术及应用／樊尚春编著.--3版.--北京：北京航空航天大学出版社，2016.11

8．传感器与检测技术／赵勇，胡涛编著.--北京：机械工业出版社，2010.9

9．传感器与传感器技术／何道清，张禾，谌海云编著.--3版.--北京：科学出版社，2014.1

10．传感器与现代检测技术／余成波，陶红艳编著.--2版.--北京：清华大学出版社，2013

11．现代传感技术及应用／王华祥编著.--天津：天津大学出版社，2016.6