毕业设计毕业论文复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计说明书

第1章 绪论

1.1 前 言

随着我国工业生产自动化程度的不断提高，配料皮带秤已广泛地应用在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的配料皮带秤的控制部分还比较落后，直接影响了产品的质量。

过去传统配料皮带秤多采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行速度控制，由于滑差电机调速方式在低速时特性差、效率低；使用现场外部工作环境又很恶劣，工业粉尘很多，这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产；另外由于采用模拟电路控制方式，控制不稳定，精度低，调试烦琐，使用极不方便。我们可结合现代先进控制技术，采用可编程序控制器控制矢量型变频器拖动密封式鼠笼电机方案，以数字处理技术取代传统的模拟控制方式，以无级变速的矢量型变频器控制封闭式鼠笼电机，取代老式的滑差式调速方式。

本章主要介绍了散状物料的配料混合自动化运输的发展状况,电子皮带秤运行过程的配料以及混合设计的方案。

1.2 选题背景

在复合肥的生产特别是对原料配比控制系统总存在一定的不足，有的成本高，不易推广；有的精度与可靠性差，无法在环境恶劣、现场干扰大的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统，因而成本高、靠干扰能力差。

在工业生产中，很多情况下是通过现场操作人员按照配比，人工调节给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操作人员的经验或\人工跑盘\的结果来决定，配比精度较差，操作人员劳动强度大，自动化水平极低。

配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力，近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善，但仍然存在运

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行维护量较大，精度校核工作繁重、程序多等问题，远未能达到如静态电子衡器所能达到的使用精度和使用效果。

1.3 配料混合系统研究意义

在化工以及冶金、建材、饲料、加工等行业，配料工段一般都是整条生产线非常重要的一环。配料工段直接关系到生产效率以及产品质量。如今，配料工段的自动化越来越普遍，作为实现配料工段自动化手段的可编程控制配料系统必将会得到更为广泛的应用。

在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及现场技术的要求愈来愈高，现代的称重计量仪器,不仅要给出重量或质量,也要作为过程检测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能,它们已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少的组成部分,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。

配料工序是复合化肥生产过程中非常重要的环节，其配料精度直接影响着化肥产品的质量，落后的配料设备不仅效率低而且配料不准,手工操作又将人的因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有着极为重要的意义。

1.4 配料混合系统的发展前景

1.配料系统

皮带秤由最初的纯机械式（滚轮式）皮带秤开始，已经发展四代产品，第二代是传感器电子仪表皮带秤，第三代是传感器微机式皮带秤，第四代是微机智能化皮带秤。

电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是无需人员的干预就可以完成称重操作。

国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。

电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大部分组成，在实际

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应用过程中，要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度。

其检定过程非常重要，所以首先将从以下几个方面介绍电子皮带秤的发展现状：传感器、秤架、二次仪表、检定。

（1）传感器

电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测量皮带速度的测速传感器（又称测量皮带行程的位移传感器），该系统涉及到了其中的测速传感器。测速传感器主要分模拟式和数字式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器，用模拟式测速传感器来检测速发电机输出电压的方式已不再使用。

非接触式测速传感器尽管从理论上讲是优越的，能消除“打滑”，直接检测输送带的线速度，但在实际使用任然存在许多实际问题，有待解决，故未得到广泛的工程应用。实际广泛使用的是接触式测速传感器，其结构简单，安装维修方便，有些厂家的产品将测速元件直接装到尾轮或托辊上，以尾轮或托辊代替摩擦轮。接触式测速传感器正常条件下能比较好地测得输送带运行速度，缺点是摩擦轮粘上泥灰，使直径变大或者“打滑”，产生测速误差，不能准确地反映输送带线速度。

（2）秤架

秤架是电子皮带秤的负荷承受部分，即称重装置。为了减轻“皮带效应”对称重结构的影响，研究、设计出各种各样的秤架，典型的秤架结构形式有单托辊式、多托辊双杠杆式、多托辊悬浮式、平行板簧式、悬臂式、整体式等几种。其中杠杆系统的支点结构，早期采用刀口和一般轴承，这类支点结构因传递力的效果不佳基本上被淘汰。现在大多数采用弹簧片作弹性支撑，秤架上目前采用的支撑簧片有X型、十字型和单吊片型三种。此外少数厂用特殊橡胶轴承或无摩擦耳轴作秤架的支撑点。

（3）二次仪表

二次仪表分模拟式、数字式、电脑式和集散式。

从上世纪八十年代起，微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外，功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能，而采用微机数字式皮带秤后，多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随时调用，这些功能包括：自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补

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偿、温度补偿、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输入（如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等）、公制英制单位（如 t/h、lb/s）选择、输入参数及中间计算参数显示、总运行时间显示、各种调整（调零、调满值）次数显示、多个称重传感器平衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID 控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现的，所以二次仪表的成本并不增加。

2.混合系统

螺旋输送机是化工企业中用途较广的一种连续混料输送设备，与其它输送设备相比较，它在输送过程中同时完成搅拌、混合等工序，即实现连续性混合。特别地，具有结构简单、紧凑，制造成本低，维修方便。对封闭的料槽可减少对环境的污染。

螺杆计量配重方式则具有较多的技术优势。采用螺杆计量装置，其计量精度较高，在输送过程中不会出现堵塞物料的现象，是食品、精细化工行业运用比较普遍的一种计量输送方式。

1.5 本文的结构

本文在现有的配料混合系统进行分析的基础上，根据配料混合系统的总体结构，从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了详细的介绍。

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第2章 配料混合机械执行系统设计

2.1 设计方案

在化工生产中，采用带式输送机连续输送，而皮带秤是一种能解决带式运输机散装物料连续自动称量和自动配料的衡器。

本系统设计的:三台带式输送机作为配料系统运载复合肥的设备,其基本参数为：每台输送机的额定输送能力为Q=30t/h，带宽B=650mm，复合肥的粒度2～5mm，松散密度??900kg/m3，安息角??18?，机长L=5m，配料过程中输送机的额定线速度为0.8m/s。完成配料后的复合肥通过混合系统对其进行混合，混合系统选择过程中关键是要能够进行混合的同时完成输送的连续性设备。其中，选型的时候，要注意其输送能力要与配料系统相匹配。，再将混合后的物料通过输送带运送到下一个生产线上。

2.2 配料系统设计

2.2.1 结构选择

电子皮带秤在输送状态下利用测速传感器将输送带运送复合肥式的速度转换成电信号。再通过S200-7中的模拟量扩展模块进行A/D转换成数字信号，通过PLC对变频器来实现配料输送带的速度的调节。从而实现自动配料控制。其工作原理图见图2-1。

输送机输送物料式，PLC连续测量输送带在某时刻的速度v（m/s），由于下料的阀门口始终保持不变，即输送带上每单位长度的物料质量q（kg/m）为恒值，二者相乘所得结果为物料的瞬时质量流量（kg/s）。

因带速随时间变化，所以在T时间间隔的累积质量可用以下积分式表示：

Q?qv(t)dt

0T式中 Q—T时间间隔内的物料累计质量，kg；

T—物料通过秤的时间，s；

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q—输送带单位长度上的物料质量，kg/s； v(t)—物料的运行速度（取输送带速），m/s。

称重段

图2-1 皮带秤工作原理 输送机组成部件由下面几部分构成。 1.输送带

输送带是输送机中的曳引构件。本系列带式输送机采用普通型输送带。抗拉体（芯层）有棉帆布、聚酯帆布和钢丝绳芯。

（1）覆盖胶层厚度

根据所输送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性确定。 （2）输送带的安全系数

应根据安全、可靠、寿命及制造质量、经济成本、接头效率、起动系数、现场条件、使用经验等综合考虑确定。

2.驱动装置

带式输送机的动力部分，由安装在驱动架上的Y系列鼠笼型电机、凸缘联轴器、减速器等组成。

（1）按带宽、带速、电机功率确定所需驱动单元。 （2）减速器。

优先采用圆柱齿轮减速器。一般采用渐开线齿轮传动。其优点是：效率高、结构紧凑、、传动比稳定。根据齿轮的密封情况可分为开式、半开式及闭式。在运输机械方面多采用闭式齿轮传动（齿轮箱）。它与开式

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或半开式相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。表示减速箱减速能力的技术参数为传动比i，即

i?z2 z1式中 z2——大齿轮齿数； z1——小齿轮齿数。

在本设计中采用先进的圆柱直齿轮传动，使传动效率有了很大的提高。

（3）轴之间是根据轴的直径选用不同型号的凸缘式联轴器进行联接。

3.传动滚筒

传动滚筒是传递动力的主要部件。根据承载能力分轻型、中型和重型三种。滚筒直径为500、630、800、1000mm。同一种滚筒直径又有不同的轴径和中心跨距。

传动滚筒表面有裸露光钢面，人字型和菱形花纹橡胶覆面。最小传动滚筒直径D按下式选取：

D?cd （mm） 式中 d—芯层厚度或钢绳直径，mm；

c—系数，棉织物c?80，尼龙c?90，聚酯c?108，钢绳芯c?145。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑脂润滑。

4.改向滚筒

用于改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角。 5.托辊

托辊是用于支撑输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。

（1）托辊分为槽行托辊、平行托辊、调心托辊、缓冲托辊、回程托辊、梳形托辊、螺旋托辊、过渡托辊等。

（2）托辊间距应满足两个条件：辊子轴承的承载能力及输送带的下垂度，托辊间距应配合考虑该处的输送带张力，使输送带获得合适的垂度。

最大下垂度：

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hmax?g(qG?qB)a8F0

式中 hmax—两组托辊间输送带的最大下垂度，m； g—重力加速度，g?9.81m/s2； a—托辊间距，m； qG—物料质量，kg/m； qB—输送带质量，kg/m； F0—该处输送带张力，N。

6.拉紧装置

使输送带具有足够的张力，保证输送带和传动滚筒间产生摩擦力使输送带不打滑，并限制输送带在各托辊间的垂度，使输送机正常运行。

螺旋拉紧装置适用于长度较短（小于100mm），对功率较小的输送机，可按机长的的1%～1.5%选取拉紧行程。

7.清扫器

清扫器用于清扫输送带上粘附的物料，又有头部及空段清扫器两种。 8.卸料装置及导料槽

卸料装置用于输送机中部任意点卸料。

导料槽可使从漏斗落下的物料在达到带速之前集中到输送带的中部。导料槽的底边宽为2/3～1/2带宽。

9.机架

机架是支撑滚筒及承受输送带张力的装置。其中机架四种结构中的01机架用于0?~18?倾角的头部传动及头部卸料滚筒。选用时应标注角度。

10.头部漏斗

头部漏斗用于导料、控制料流方向的装置。也可起防尘作用。 11.电气及安全保护装置

安全保护装置（输送带跑偏监测、打滑监测、超速监测等根据需要进行选择）是在输送机工作中出现故障能进行检测和报警的设备，可使输

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送机系统安全生产，正常运行，预防机械部分的损坏，保护操作人员的安全。此外，还便于集中控制和提高自动化水平。

2.2.2 结构设计

1.设计选型计算

（1）原始参数及物料特性

复合肥的配料系统带长5-7米，宽B=650mm，带速0.8m/s，输送能

3力Q=30t/h，粒度2～5mm，松散密度??900kg/m，安息角??18?，机

长L=5m。

（2）初定设计参数

带宽B=650mm，带速v=0.8m/s，上托辊槽角??35?，下托辊槽角0?，上下托滚辊径89mm，承载分支托辊间距1.2m。

（3）由带宽、带速验算输送能力

由式 Im?Svk? (kg/s) (2-1) 得 Q?3.6Svk? (t/h) 由??18?得

??(0.5~0.75)??9?~13.5?，取??10?，得S=0.0362m2。

1）确定k值

输送机倾角δ=0°。

S1S1cos2??cos2?k?1?(1?K1)?1?(1?)?1 2SS1?cos?2）由式（1-1）得

Im?Svk??0.0362?0.8?1?900?26.06 （kg/s）

Q?3.6Svk??93.816 （t/h）

Iv?Svk?0.0362?0.8?1?0.02896 （m3/h）

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能满足Q?30t/h的输送能力要求。 （4） 驱动力及所需传动功率计算 1）圆周驱动力 由式

Fu?fLg[qRO?qRU?(2qB?qG)cos?]?FN?Fs1?Fs2?Fst （2-2）其中f=0.02，

查得上托辊?89,L?250mm，轴承4G204。 且单个上辊转动部分质量

q'RO?2.15kg

qROnq'RO??3.58 (kg/m) a?查得下托辊?89,L?750mm，轴承4G204。 且单个下辊转动部分质量得

q'Ru?5.79（kg）

qRu计算qB

初选输送带NN—100，Z=5层，查表输送带每层质量1.02kg/m2，上胶厚?1?3.0mm，下胶厚?2?1.5mm，每毫米厚胶料质量1.19kg/m2。

nq'Ru??4.83 (kg/m) auqB=[5×1.02+（3+4.5）×1.19]× 650×0.001

=6.7958 （kg/m）

计算输送带清扫器的摩擦阻力

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Fr?Ap?3 （2-3）

带入数据得 Fr?0.0396?104?0.6 ?1404 (N) 计算qG，计算公式为 qIv?G?v?Q3.6v 带入数据有

qG?Iv?Q151.632v?3.6v?3.6?0.8?52.65 (kg/m) 计算Fs1。 Fs1?F??Fgl Fst?qGHg?52.65?0.5?9.81?2533 （N）

计算Fs1，无前倾

则 F?=0

FN?F1

?9B(140?0.01FdB)D

?9?650(140?0.01?29550650)9.50.5

?20313.53 （N）

由表得导料槽阻力

?2F2Iv?glgl?v2b2 1?0.6?0.0292?900?9.81?1.50.82?0.42?65.26式中?2?0.6，l=1.5m ，b1?0.4m 。

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（2-4） （2-5）

（2-6） N） （

Iv?Q93.8163??0.029 (m/s) 3.6?3.6?900Fs1?F??Fgl?0?65.26?65.26 （N）

计算Fs2

Fs?Fr?Fa （2-7）

2Fr?Ap?3?0.039?6?104?0.6?1404 （N）

式中

A—清扫器接触面积。一个头部清扫器和两个空段清扫器 A=0.65?0.01?2+0.65?2?0.01?2=0.039（m2） 无卸料器，

Fa?0 Fs?Fr?Fa?1404?0?1404 (N)

2代值进Fu式中有

Fu?0.02?5?9.8[3.58?4.83?(2?6.796?52.65)]

?65.26?1404?258.25?15611.5?21444 （N） 2）传动功率计算

PA?FUv?21444?0.8?17.2 (KW)

PM?其中

PA?1?17.2?18.9 (KW) 0.91?1?0.98?0.98?0.94?0.91

传动滚筒及联轴器效率0.98，电动机功率P=22KW，选转速的电机。 0L1n1?1000r/min,Y20?（5）输送带张力计算

1）限制输送带下垂度的最小张力

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由

F?a0(qB?qG)g1.2(6.796?52.65)?9.81??8747.48 （N）

min8(h/a)max8?0.01按回程分支（au=2.4m）

FauqBg2.4?min?8(h/a)?6.796?9.81?2000.06 （N）

max8?0.012）输送带工作时不打滑需保持最小张力

F12min?Fu,maxe???1 得

F2min?26275.35?13.4?1?10948.1 （N） 按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力

Fu,max?FuKA 取KA?1.5

Fu,max?17516.9?1.5?26275.35 （N）

得e???3.40，则

F2min?26275.35?13.4?1?10948.1 （N） 由F2min?10948.1N，计算输送机各点张力不忽略附加阻力 得点F6张力

F6?F2?qBHg?Fr?flg(qRO?qB)?Fst?FN?10948.1?6.7958?0.5?9.81?1404?0.02?5 ?9.81?(3.58?6.8)?258.25?15611.5?28198.7（N）

＞8747.48（N）

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2-8）（2-9）

（

则取F2min?F2?10948.1N，可得稳定工况下

F1max?F2?Fu?10948.1?17412.17?283603 （N）

3）输送带层数计算

Z?F1maxn28360.3?11??4.799 (层) B?650?100取5层，与初选相同。

（6）校核辊子载荷 1）静载计算

承载分支 P0?ea0(Im?qB)g （2-10）

ve?0.8，a0?1.2m，v?0.8m/s，qB?6.796kg/m，Im?26.06kg/s

p0?0.8?1.2(26.06?6.796)?9.81?370.78 （N） 0.8上辊?89,L=250mm，轴承4G204，承载能力2950N，满足要求。 回程分支 Pu?eauqBg?1?2.4?6.796?9.81?160.01 （N） 下辊?89；轴承4G204，承载能力813N，满足要求。 2）动载计算 承载分支

（2-11） P'0?P0fsfdfa

每天大于16h，fs?1.2；粒径小，取fd?1.0,fa取1.1 。P'0?370.78?1.2?1.1?489.43?2950N P'u?Pufsfa?160.01?1.2?1.1?211.2?813N

均满足要求。

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2.2.3 配料系统精度分析

在对像复合肥这种散状物料的连续累计计量中，电子皮带秤具有动态计量速度快、占用空间小、安装方便等优势，但在实际使用时，由于皮带张力、环境、温度及湿度、托辊轴承摩擦力等诸多外界因素的影响，导致皮带秤的计量误差较大。

影响皮带秤计量准确度的主要因素有： 1.皮带秤计量误差产生的原因

根据皮带秤的结构原理及重量累计值的计算方法可知,皮带秤的计量准确度有单位长度皮带上的物料重量以及皮带的运行速度决定的。在实际称量过程中,物料的重量是通过皮带作用于复合传感器,而皮带又是依靠托辊来支撑,托辊在运输带上每1.2m一组。皮带所承受的负荷是随着物料的端面形状,流量大小而改变,因而,皮带与托辊的贴合程度也随时在改变,这就使得皮带秤具有由其组成结构决定的、不可避免的计量误差。同时，皮带秤计量数据准确度还与皮带秤的技术指标及运行状态关系密切。

2.皮带秤计量误差的表现

皮带秤的综合计量性能主要体现在零点和量程这两个指标上。在实际生产过程中，皮带秤计量误差的表现形式是：

(1) 零点误差；

(2) 量程发生变化； (3) 测量速度的误差。

3.影响皮带秤准确度的主要因素

(1) 机架和皮带上积料，皮带表面水分所造成的皮带秤零点的波动； (2) 放大电路零点和增益的变化；

(3) 运输皮带张力的变化，张力的变化是随着运输带上物料的多少、气温、倾角等而变化。这就使得作用在称重传感器的力发生变化，从而引起零点和量程发生变化；

(4) 运输皮带弹性的变化也会影响到零点和量程的准确性； (5) 秤框及称重托辊的非准确直度引起的零点偏差。 4.提高电子皮带秤计量准确度的途径

为了提高皮带秤的计量准确度，减小及克服计量误差。在实际工作中，我们首先要保证系统的安装技术指标及运行稳定性；同时对皮带秤进行正确的维护；另外要选择切实可行的校准方法对皮带秤进行定期校准。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nkm7.html