覆膜砂生产线电气控制系统设计--毕业论文.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文

覆膜砂生产线电气控制
系统设计

作者姓名：

专业名称：电气工程及其自动化

指导教师：
覆膜砂生产线电气控制系统设计
摘要
覆膜砂是铸造生产中制造砂芯（型）的原料，由于其性能良好，已被广泛的应用。随着覆膜砂产品多样化以及技术要求不断提高，自动化，系列化，规模化生产发展迅速。
本设计介绍了覆膜砂的定义和作用，以及我国覆膜砂的生产现状，基本生产工艺流程，典型生产设备，并对覆膜砂生产线主要设备混砂机的自动控制系统进行设计，选择了PLC控制系统来控制各个电机的运行，文中详细的介绍了PLC的选择，PLC的硬件设计方法以及软件程序，在介绍PLC控制系统同时，还对生产线中各种信号采集处理方法进行了选择，特别对红外测温传感器和重量传感器的工作原理和选择进行了详细说明。

关键词 ：覆膜砂生产线 PLC控制 红外线传感器 重量传感器

- III -
Abstract
Resin Coated Sand is in the manufacture of foundry sand core production (type) of raw materials, because of its good performance has been widely used. Resin Coated Sand as product diversification, as well as continuously improve the technical requirements,automation, serialization, the rapid development of large-scale production.
The design introduced the film and the role of the definition of sand, as well as the production of Resin Coated Sand in our country the status quo, the basic production process, the typical production equipment, and Resin Coated Sand Production Line Mixer main equipment of the automatic control system design, select the PLC control system to control the operation of various motors, the text describes in detail the PLC option PLC hardware and software design process, introducing at the same time PLC control system, but also on the production line in a variety of signal acquisition and processing method of choice, especially of infrared temperature sensors and the weight of the sensor working principle and selection of detail.

Keywords: Coated sand production Line, PLC control, Infrared sensors, Weight sensor

目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
1.绪论 2
1.1覆膜砂介绍 2
1.1.1 覆膜砂的特点 2
1.1.2 我国覆膜砂生产能力同国外的差距 2
1.2 覆膜砂生产工艺介绍 3
1.2.1 覆膜砂的配方 3
1.2.2 覆膜砂（RCS）的生产方法 4
1.3 XS2125热法树脂覆膜砂生产线介绍 6
1.4 生产线工作原理 6
1.5 控制方式的选择 8
2.覆膜砂生产线主电路设计 9
2.1主电路图 9
2.2 电动机的选择 10
2.2.1 主混砂电动机 10
2.2.2 螺旋给料器 11
2.2.3 离心机 11
3.控制电路设计 12
3.1 检测显示元件选择 12
3.1.1 红外线传感器 12
3.1.2 电阻应变式称重传感器 15
3.1.3 WP显示器 17
3.2 PLC硬件设计 17
3.2.1 PLC工作原理介绍 18
3.2.2 PLC型号选择 19
3.2.3 PLC电源选择 20
3.2.4 可靠性设计 21
3.3 控制电路图设计 21
3.3.1 主电机控制及电源 21
3.3.2 PLC接线设计 22
3.3.3 指示电路设计 24
3.4 电路元件选择 25
4.PLC编程 29
4.1 控制过程分析 29
4.2 I/O分配 30
4.3 状态流程图 31
4.4 梯形图 33
总结 36
致谢 37
参考文献 38

前言
很多产品都需要将若干种物料按一定比例和顺序，在一定的生产条件下混合后加工而成。覆膜砂就是将硅砂、锆砂、铬铁矿砂等原砂通过冷法或热法在其表面覆上一层酚醛树脂膜的树脂粘结剂砂。热法覆膜砂造型技术是从国外引进的先进技术。覆膜砂的质量是决定覆膜砂壳型壳芯的关键 ，亦即影响铸件合格率的重要一环。在对国内生产厂家调查后发现，绝大多数厂家在砂子加热温度的测量、树脂加入量的严格定量等方面不能很好控制，造成设备能耗高以及树脂浪费大，并且混出的型砂容易结团，以至成品砂各项性能指标达不到合格要求等问题。为此，采用在PLC(可编程控制器)的控制下各物料准确定量，严格控制加料时间，并且这种控制系统能根据工艺要求灵活调整参数。本设计详细介绍了生产线的怎个设计过程，先是对覆膜砂的生产工艺，生产线的主要设备进行了阐述，然后对生产线的主电路和电动机进行了设计和选择，接着就开始比较详细的介绍控制电路的设计，包括控制电机的控制要求和原理，生产线控制面板及指示灯的选择和设计，PLC控制系统的控制原理及型号选择原则，并对在控制系统中用到了两种传感器，红外线温度传感器和应变式称重传感器做了原理介绍，在完成硬件设计后，又进行了PLC软件的设计，并最终完成了整个生产线的电气控制。
-0-
1.绪论
本章先介绍了覆膜砂的特点，生产工艺和现状，然后结合工艺要求说明了本覆膜砂生产线的工作原理以及控制方式是如何选择的。
1.1覆膜砂介绍
覆膜砂是将硅砂、锆砂、铬铁矿砂等原砂通过冷法或热法在其表面覆上一层酚醛树脂膜的树脂粘结剂砂，英文名称为Resin Coating Sand，简称RCS。在铸造生产中，最初将这种覆膜砂用来制造中空的具有数毫米或十几毫米的壳型或壳芯，因此也称这种造型制芯方法为壳法。至今，使用覆膜砂不仅可以制造壳型、壳芯，也可以制造实体砂芯。
1.1.1 覆膜砂的特点
覆膜砂流动性超群，卓越的高温强度，以及高的壳型密度，可制造出极高强度的壳型，同时其适用的铸造方法广，合金种类多（不仅可以用于重力铸造，也适于特种铸造，如低压铸造、金属型覆砂铸造、热法离心铸造等；不仅可生产钢铁铸件，还可以用于生产非金属铸件），显示出强劲的生命力。
1.1.2 我国覆膜砂生产能力同国外的差距
我国在覆膜砂的应用方面起步较国外晚，在原材料及应用工艺方面的研究也较少壳型工艺的发展一直滞后，生产出的铸件的尺寸精度和铸件质量还未能达到壳型（芯）的工艺应达到的技术水平，与国外发达国家有较大的差距。主要表现在
1) 酚醛树脂性能相对较差，如酚醛树脂的流变特性差，覆膜性能低，主要是树脂在热熔（覆膜）状态下的屈服值高，受剪切稀释能力低，存在软化点与强度之间的矛盾。
2) 树脂在常温放置下发粘过去认为只有低软化点才发粘，事实上不论是低软化点还是高软化点均存在存放过程中的粘连的现象，特别是低软化点其粘连更为严重。
3) 酚醛树脂的工艺性能差，如在适宜的软化点及强度下，树脂的聚合速度偏慢。如国内树脂聚合速度大多在50s～90s而发达国家树脂的聚合速度分别在30s～40s和40s～60s两个档次之间，比国内树脂的硬化速度快，存在聚合速度与软化点、聚合速度与强度的矛盾。
4) 酚醛树脂的耐热性能差，这一点未引起国内同行的足够的重视。
5) 覆膜砂总体技术水平较差，生产规模较小，品种少。
6) 检测及质量控制水平低，检测仪器及其简单甚至没有检测设备，产品的技术性能差，质量波动大没有研究开发能力。
1.2 覆膜砂生产工艺介绍
1.2.1 覆膜砂的配方
覆膜砂主要包含质量分数为95%～99%的砂子和质量分数为1%～5%的树脂，覆膜砂的配比因技术水平及不同的性能要求而异。一般配比范围见下表。
表1.1 覆膜砂的配方

原砂
树脂粘结剂
同化剂
润滑剂
添加剂

100
1.0～5.0
10～15（相对树脂质量）
5～7（相对树脂质量）
0.1～5.0
说明
硅砂及其他原砂
目前多为固体热塑性酚醛树脂和一部分液态热固性酚醛树脂
多为乌洛托品水溶液（40%～50%）
多为硬脂酸钙，还有其他蜡状材料
各种功能性助剂

1.2.2 覆膜砂（RCS）的生产方法
1) 冷覆膜法
最初的冷覆膜法的工艺过程是：加砂或其他附加物→加粉状树脂与乌洛托品（混制20min混合均匀）→便混边加乙醇（混至呈粘块状）→出砂（晾干让乙醇挥发）→破碎（可在碾轮式混砂机内进行）→过筛（40目或20目）。其覆膜工艺流程如图所示。
乌洛托品
液体树脂
硬脂酸钙
硅砂
30s
60s
30s
覆膜砂
硅砂100份
树脂4.5×0.7
乌洛托品4.5×0.7×0.15
硬脂酸钙0.1
图1.1 冷覆膜法流程图

2) 冷干混覆膜法
冷干混法是将含有乌洛托品的粉状酚醛树脂与硅砂进行搅拌而混合的工艺。其覆膜工艺流程如图所示。
煤油
粉状树脂
硅砂
2min
2min
覆膜砂
硅砂100份

树脂3.5～4.5

煤油0.1
图1.2 冷干混覆膜法流程图

3) 半干热覆膜法
半干热覆膜法是为改善冷覆膜法所导致的覆膜砂结块而开发的一种混制方法。半干热覆膜法又称温法。为使混制更加合理，须预先将液体树脂、乌洛托品及硬脂酸钙进行混合，然后将加热的硅砂加入。其树脂在液态中可调整到约60%（质量百分数）的含量。半干热覆膜法工艺流程如图所示。
乌洛托品
液体树脂
硬脂酸钙
硅砂
30s
60s
30s
覆膜砂
硅砂
树脂
乌洛托品
硬脂酸钙
图1.3 半干热覆膜法流程图
与冷法类似

4) 干热覆膜法
将固态树脂加入到加热的硅砂中，由热来使树脂融化，从而覆膜砂粒的一种方法。为克服热法的过高流动性的缺点及改善其内部硬化性，提出了双重覆膜法，其方法的实质是在添加乌洛托品的前后添加液态树脂的方法。
硅砂
固态树脂
冷吹风停止
乌洛托品
加硬脂酸钙
开始冷吹风
液态树脂
出料
3s
30～45s
15s
5s
30～60s
3s
30s
图1.4
用高速混砂机进行干热覆膜法的混制时间流程图

1.3 XS2125热法树脂覆膜砂生产线介绍
该生产线由翻斗加料器、加热器、混砂机、筛砂机等单机连线而成。关键设备是加热器和行星转子混砂机。其中加热器的特点是原砂不受污染，降低了原砂粘土及粉尘的含量，对砂粒有整形作用。该加热器可适用各种热源和燃料，原砂加热均匀，加热速度快。其行星转子混砂机具有混合质量好、速度快、使用可靠、生产率高及能耗低等特点。可在150℃温度下运转。

表1.2 XS2125热法树脂覆膜砂生产线主要技术参数
生产率/（t/h）
总功率/kw
混砂量/kg
循环周期/min
耗焦量平均值/(kg/h)
2~2.5
34
100~120
~2
~10

1.4 生产线工作原理
本次设计以XS2125热法树脂覆膜砂生产线为参考进行设计，并主要对其主电动机的控制及硬件选择进行介绍。
很多产品都需要将若干种物料按一定比例和顺序，在一定的生产条件下混合后加工而成。随着产品的推广应用，为适应不同用户的需要，往往要调整配方，改变某些工艺参数，逐步形成了系列化产品，下面以该自动生产线作为配料系统的电控线路设计实例。
生产覆膜砂的主体材料是符合规定的细沙，辅助材料包括两种粒状树脂A和B，两种固体粉末材料C和D以及一种液体材料E。此生产线的主体设备是自动混砂机，辅助设备包括：前处理——砂加热及输送设备；后处理——圆盘振动筛，皮带运输机、冷却滚筒、斗式提升机、储砂仓、称量及包装设备等等。下面介绍自动混砂机的电气控制系统。
自动混砂机由主电动机驱动混砂平台旋转，重量符合工艺规定，温度为200℃左右的热砂经气动进砂门进入混砂机平台，用红外线检测砂温，当下降至120℃时，加入用电子秤预先秤好的树脂A和B，在经过工艺规定的时间和次序加入规定数量的粉料C、D、液体配料E，然后打开气动排砂门将混好的覆膜砂排出，在经筛分、输送并冷却至40℃以下，提升到储存仓中，最后称量、包装入库。现将覆膜砂生产的工艺流程表述如下：

⑤经过设定时间t2后加入固体粉料C
⑦经过设定时间t4后加入固体配料D
④加入预先用电子秤计量好的树脂A和B
⑨经过设定时间t6后关闭气动排砂门
③红外线温度计检测热砂温度达到设定值
①打开气动进砂门加入重量、温度符合规定的热砂。经规定时间t1后关闭
②用电子秤计量树脂A和B
覆膜砂经过筛分、输送、
冷却、检验、包装后入库
⑧经过设定时间t5后打开气动排砂门
⑥经过设定时间t3后加入液体配料E
图1.5 覆膜砂生产工艺流程

1.5 控制方式的选择
由于生产流程图可知本生产线需加入原配料种类比较多，在采用传统控制方式下需要较多的控制回路和控制按钮。这不但增加加了工作人员的工作量，而且在定量定时加料上难以准确控制，严重影响了覆膜砂的生产质量随着现代铸造生产对覆膜砂要求的提高必须要求高精度快速的进行控制，而PLC与继电器控制系统的比较有以下优点：
1) 控制方式
继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。
PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。
2) 控制速度
继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象.
PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
3) 延时控制
继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。
PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。
所以本设计采用PLC控制。

2.覆膜砂生产线主电路设计
本章主要进行了生产线的主电路设计，主要是对电动机进行型号的选择和其安装接线电路图的设计。
2.1主电路图
生产工艺中加入原料分为固体树脂A和B，固体粉料C和D，还有液体配料E。确定要选用六台电机，主电机M1为30KW，由于功率较大采用降压启动，本设计用比较简单的Y-△降压启动，M2、M3、M4、M5为螺旋给料器，M6为小型离心泵。主电路如图2.1。

图2.1 覆膜砂生产线主电路

当系统运行后M1电机控制接触器KM1-3闭合电机是Y型接法，电机启动电压、电流都是线电压的，对供电变压器造成冲击起动电流则降低到直接起动时的1/3，然后KM1-1和KM1-2闭合，电机进入全压运行，Y-△启动的特点是启动方法简单，只需要一个Y-△转换开关，本设计用KM1-2和KM1-3两个接触器在PLC控制下实现，具有价格便宜，工作稳定，在轻载启动条件下应优先采用。其余电机则分别在接触器KM2、KM3、KM4、KM5、KM6的控制下工作。另外由变压器T将交流380V变为交流220V为控制电路提供电源。同时采用FR1热继电器进行过载保护。

图2.2 主电机Y-△降压启动电路
2.2 电动机的选择
2.2.1 主混砂电动机
主电动机是Y-△降压启动的笼型电机，功率为30KW，选择型号为J2-72-4，额定电流为45A，转速为1480r/min。
2.2.2 螺旋给料器
生产线中用到4个螺旋给料器分别进行树脂A、B和粉料C、D。
1) M2、M3为添加树脂A和B电机由生产中添加树脂大约占原砂的1%~5%本生产线即为2~5kg且两种树脂用量基本相同，即树脂A和B分别为1~2.5kg要求树脂在5~10s内加入则螺旋给料器的加入量为
Q1=2.5kg/5s=1800kg/3600s=1.8t/h (2-1)
由此M2、M3选定型号为GLQJ150。
2) M4为添加粉料C电机此粉料加入量大约为树脂添加量的5%~7%
即 M=5kg×7%=0.35kg (2-2)
同样要求在5~10s内加入，螺旋给料器的加入量为
Q2=0.35kg/5s=252kg/3600s=252kg/h (2-3)
由此M4选定型号为GLQJ80。
3) M5为添加粉料D电机，此粉料加入量约为原砂的0.1%-5%
即 m=100kg×5%=5kg (2-4)
要求5~10s内加入，则M5加入量为
Q3=5kg/5s=3600kg/3600s=3.6t/h (2-5)
由此选定M5型号为GLQJ200。
2.2.3 离心机
在生产中可能用到不同配方，但每次加液态配料体积都在1.5~3L之间，要求加入时间为5~10s，由此选择小型离心泵输送，泵的流量应为5s内加入3L
即 Q1=3L/5s=2160L/3600s=2.16m3/h (2-6)
同时在现场液料进入混砂机的入口高度约为3m泵的扬程应大于5m
由此选定离心机型号为GB-S 2400/0.3通过控制泵的运行时间就可以控制加入液体配料量。

3.控制电路设计
本章首先进行PLC控制方式的原理介绍，然后对生产线中用到的传感器进行了原理说明并选择，还进行了PLC的控制接线图设计，包括PLC的I/O口接线图和控制显示面板接线图，最后对元器件进行了选择。
3.1 检测显示元件选择
在控制回路设计前先对红外线传感器和应变式称重传感器这两个重要的信号采集元件进行了原理介绍和选择。
3.1.1 红外线传感器
1) 红外线测温的原理
自然界一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。
组外辐射原理——辐射定律：
CδT4F=CεTδT4 由此，有E=εTδ（T4- T4F） (3-1)
式中：E为辐射出射度，W／m3；
σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4)；
εT为物体的辐射率；
T为物体的温度，
TF为环境温度，单位K；
T0为物体周围的环境温度，单位K。
测量出所发射的E，就可得出温度。
利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。红外温度仪表测温范围很宽，从-50℃直至高于3000℃。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温(0～100℃)范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表，其具体的设计也不同。
根据式(1)的原理，仪表所测得的红外辐射为：
E=Aσε1ε2(T14- T24) (3-2)
式中：A为光学常数，与仪表的具体设计结构有关；
ε1为被测对象的辐射率；
ε2为红外温度计的辐射率；
T1为被测对象的温度(K)；
T2为红外温度计的温度(K)；他由一个内置的温度检测元件测出。
辐射率ε是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由0至1.0。最理想的辐射物体是辐射率1.0的物体，物理上叫做黑体。这是一个理论上的概念，实际上并没有一种物体的辐射率能达到1.0。但可以制造出极为接近于ε=1.0的实际黑体，用于温度计的校准。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其ε值都是某个低于1.0的数值。由于ε值极难测量而又不确定，所以在仪表测出E后，按式(2)计算出的T1就会有误差。在实际工作中，仪表是在ε=1.0的黑体上校准好出厂的，只有测量ε=1的对象，其示值才代表对象的实际温度，如果对象ε不等于1，则仪表读数不代表对象的实际温度，要进行修正。
2) 红外传感器的选择
MX4红外线测温仪是由美国Raytek(雷泰)公司生产的产品是一个从-30°C到900°C(-25～ 1600°F)的宽温度范围，高光学分辨率60:1，光谱响应8m至14m，能从更远的距离测量，或者测量更小的物体，三点环形激光瞄准（符合IEC 2级和FDA II级要求），显示分辨率:0.1℃，精度：±0.75% 或±1℃，这些优点使MX系列成为工业界最高级的便携式测温仪。MX4+红外测温仪环形激光瞄准提供了最完美最精确的红外光束跟踪，使关键数据测量更精确。

表3-1 MX4红外测温仪参数
产品介绍
MX4红外测温仪
温度范围：
-30℃～900℃（MXSZ低温型：-50～500℃；MXCF近焦型）
光学分辨率：
60：1（近焦型为50：1）
精度：
读数的±1%或±1℃取最大值
重复精度：
≤读数的±0.5%或±1℃,取最大值
反应时间：
250毫秒(95%响应)
光谱灵敏度：
8～14微米,热电偶探测器
显示分辨率：
0.1℃～900℃
发射率：
发射率可调（从0.1-1.0步长0.01）
工作温度：
0～50℃
相对湿度：
非冷凝状态下环温达到30℃时,为10～95%
存放温度：
-20～50℃(无电池)
重量/尺寸：
480克 200×170×50毫米(7.9×6.7×2英寸)
电源：
两节AA电池 MX4可配直流外接电源
三脚架安装：
1/4—20UNC
性能
最大值和最小值：
有
差值和平均值：
有
视/听低温报警：
有
视/听高温报警：
有
图形曲线显示：
有
测量数据重调：
有
时间和日期可调：
有
三点环行激光瞄准：
有
内置发射率表：
有
数据输出RS232：
有
存储100点数据：
有
附件：
K型热电偶探针，外接电源（110V或220V），RS232计算机电缆。

3.1.2 电阻应变式称重传感器
1) 电阻应变测量原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
R = ρL/S (Ω) (3—3)
式中：ρ——金属导体的电阻率(Ω•cm2/m)
            S——导体的截面积(cm2)
            L——导体的长度(m)
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况，从而计算出应力值，经转换得到相应的重量值。
2) 称重传感器的选择
根据需要选用WT2188系列压力变送器
①特点： 高精度0.2级，测量范围0-35kPa，高稳定性 0.2%/年，二线制4-20mA输出信号，卓越的抗腐蚀性能，高性能价格比，耐振、抗射频电磁干扰，抗过载、抗冲击、抗雷击。
②概述：WT2188系列压力变送器是压阻式压力传感器为敏感元件组装的一种高性能价格比的工业通用压力变送器，它具有性能稳定可靠、高耐腐蚀性、结构坚固紧凑等特点，在对压力测量要求较高的石化、电站、气体，水处理、食品加工及其它所有工业场合有着广泛的应用，并在行业内享有很高的声誉。
③原理：WT2188系列变送器的核心部件式隔离式压阻传感器组件，该组件的敏感元件是利用单晶硅的压阻效应，在硅片上扩散一个有源四臂电阻应变桥路，被测压力通过由电子束封焊的隔离膜片和灌充的硅油传递到敏感元件上，由于压阻效应，应变桥路失横，敏感元件输出一个与被测压力线形变化的电信号，经温度补偿后，输出给电子放大器，由电子放大器放大，调零调满后输出一个标准的4～20mA二线制信号。 电子放大器设计有反向二极管，穿心式电容及瞬变电压抑制二极管从而获得高性能的反向保护功能，抗射频抗电磁干扰、过压保护性能。 变送器外壳采用低铜铝合金，接触工艺介质部分为316材料。
④主要技术指标：
测量范围：0～35MPa 表压或绝压；
输出信号：二线制 4～20mA；
过压压力：额定压力过载值在下述数值范围内时工作性能不受影响 0～35kPa至0～20MPa为3倍额定压力（Max）0～35kPa为2倍额定压力（Max）；
供电电源：标准24VDC 负载电阻满足负压曲线时可工作在20～36V；
精度特级：0.2级；
非线形：≤0.2%FS； ≤0.5%FS；
稳定性： 长期稳定性 0.2 %FS/年；
温度影响：满量程温度系数 0.3%（量程代号00加倍）；
满量程迟滞： 0.3%（量程代号00加倍）；
负载影响：≤510-4/100舰；
安装位置影响：小于200kPa的变送器在安装时零位可能产生微小变化，这可通过调节零位电位器消除；
抗射频干扰：在1MHZ ～1GHZ时3v/m射频干扰对量程变化量不大于0.1%；
外磁场强度：能在400A/m场合中使用；
振动影响：能在振动频率10～60HZ位移幅值0.07mm及振动频率60～150HZ，加速度幅值9.8m/s2的环境中使用；
压力接口连接：外螺纹有M201.5、1/2-14NPT、G1/2（可按用户要求订制） 内螺纹有1/4NPT、G1/4 ；
重量： 0.8kg
⑤型号选择：
根据实际需要选择WT2188
⑥安装与接线：
WT2188系列压力变送器可直接安装在适当的接口螺纹上，安装位置对测量基本没有影响。安装力矩:50Nm。一般系统连接如下图所示：
图3.4 一般场所接线图

3.1.3 WP显示器
选择上润双回路数字/光柱显示控制仪（香港上润）
WP-D421-222-0808-HL双屏横式显示，尺寸96～48mm，控制作用为测量显示，通讯方式RS-232C通讯接口，PV输出方式（4～20）mA输出，SV输出方式（4～20）mA输出。
此型号采用先进的微处理器进行智能控制，适用于温度、湿度、压力、液位、瞬时流量、速度等多种物理量检测信号的显示及控制，并能对各种非线性输入信号进行高精度的线性校正。可同时对两路信号分别进行显示及控制，两路输入信号亦可为不同类型的信号。输入端口均具备万能信号输入，即可实现不同类型输入信号。
3.2 PLC硬件设计
PLC硬件设计既是对PLC的型号，I/O口的分配以及电源，I/O扩展模块进行分析、选择以实现PLC的灵活多样控制，并达到简单、可靠性高、经济性的目的。
3.2.1 PLC工作原理介绍
PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如3.5所示。

执行用户程序
输出结果
与编程器通信
开始
自诊断
读入现场信号
RUN
STOP

图3.5 PLC工作循环示意图

PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
1．输入采样阶段
PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
2．程序执行阶段
根据 PLC 梯形图程序”先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件(“软继电器”)的状态会随着程序执行过程而变化。
3.输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。
3.2.2 PLC型号选择
PLC的型号多种多样，但实现的主要功能都基本相似，不同型号的PLC在功能和应用场合方面还是有区别，有些PLC功能强大，有些PLC无法实现一些功能或者需要扩展单元所以在选择时应选用性价比高的PLC。
PLC选择要点：
1．PLC的扫描速率及CPU性能
PLC的扫描速率快慢及CPU的性能好坏直接关系到PLC的控制速度，对控制速度要求不高的开关量系统，一般PLC扫描速率足以满足要求，但如果有模拟量或要求快速响应的设备则必须选择高扫描速率的PLC，这取决于CPU的性能。
2．I/O容量及I/O模块选择
一般I/O的容量是以被控制系统中开关量和模拟量的输入输出总和为基数，在加上10%~15%的备用量作为I/O容量的选择。
输入模块 由于被控制系统输入的信号多样，有交流有直流，而且电压电流大小也不一样，距离远近也不同，因此选择输入模块时要考虑现场设备同模块之间的距离选择电压大小，对于24V以下低压信号不宜传输太远，如5V信号的传输最远不能超过10m，距离较远的设备选用电压较高的模块比较可靠；高密度的模块如32点或64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度，一般来讲，同时接通点数不得超过60%；为了提高控制系统的可靠性，必须提高电压等级。
输出模块 选择输出模块主要考虑驱动能力和负载特性。输出模块的电流额定值必须大于负载电路的累积电流值，对于开闭频发、电感性、低功率因数的负载，因为继电器输出模块使用寿命短，驱动感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz，可采用可控硅元件输出模块。
3．内存容量
内存容量是否满足用户程序容量的要求，要根据控制流程的复杂程度和系统I/O总数进行估计。大体上可以按下面公式估计：
内存容量（字节）=开关量I/O点数×10+模拟量I/O通道数×100 (3-4)
4．扩展单元选择
综合上述条件本生产线由于有开关量和模拟量同时控制，精度要求也较高，应选用扫描速度较高的PLC，I/O容量应约为40点，其中输入24点，输出16点，由于控制柜距离不会太远选择24V直流电源作为输入开关量电源，而扩展模块也选择24V电压提供模拟信号，并且选用标准为4~20mA输出PLC内存容量应为24×10+6×100=840（字节）。
欧姆龙的cpm2A系列内置RS-232C接口和实时时钟，并具有软PID功能，具有体积小，指令丰富，性能优越，通过I/O扩展可实现10～140点输入输出点的灵活配置并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，根据本项目要求选用选定为CPM2A-40CDR-A型，扩展模块为MAD01。
3.2.3 PLC电源选择
此生产线用到的PLC电源分为输入信号电源为24V直流由Dm150系列变压器提供而输出信号电源要带动线圈交流负载为220V由变压器T将380V工业电压转换提供。
Dm150开关电源参数为：
输入交流电压 100V~220V/50Hz,60Hz
输出直流电压 24V/6.5A
最大功率 156W
工作环境 -10℃~40℃
3.2.4 可靠性设计
PLC作为控制系统的核心其是否能安全可靠运行直接影响生产线的正常运行，所以对设备要进行正确的安装。在PLC系统安装时要将一般电缆选用为屏蔽电缆，并将输入输出走线分开，电源线、动力线与信号线应分开走线且避免平行，同时PLC要有良好的接地系统，在本生产线中PLC同控制线圈等元件一起装入控制柜所以与现场设备距离不应太远此外本系统中选用了继电器输出单元，应注意工作环境的温度湿度等条件，以及感性负载的处理。

3.3 控制电路图设计
3.3.1 主电机控制及电源
主电机要实现降压延时起动，需采用延时器件，由于延时精度要求不高，采用空气延时开关进行通电延时，由KA1控制其工作。
同时考虑到安全可靠和PLC正常工作及显示灯要求采用控制变压器T，Dm150系列开关电源，前者主要是将一次侧380V交流电转化为二次侧220V交流电源，共给接触器线圈PLC输出端以及开关电源WY，后者则是将220V交流电转化为24V直流电源共给显示面板作为显示灯电源和PLC的输入信号电源，以及作为温度传感器和重量传感器的变送电源。如图3.1所示主电机及电源控制电路图

图3.1 控制回路电气接线图
3.3.2 PLC接线设计
根据要求本设计通过开关SA1控制主电机，SB1、SB2控制树脂添加电机M2、M3，SB3、SB4控制添加粉料C、D电机M4、M5，SB5控制电机M6，SB6控制进砂门，SB7控制排砂门，各开关信号都将在24V直流电源供电下传入PLC，另外用红外线温度传感器ST来检测砂温控制加料时间并将信号传回给PLC，用电阻应变式称重传感器WT称量加入原砂与树脂的重量，PLC将分别对中间继电器线圈KA1~KA7和接触器线圈KM2~KM6进行通电控制，实现对电动机的控制。
图3.2 PLC控制接线图
3.3.3 指示电路设计
生产线中为时时显示各个环节的工作状态需要进行指示电路的设计。本设计中采用LED来对主电机运行，加树脂A，加树脂B，加粉料C，加粉料D，加液料E,进砂门状态，排砂门状态，重量状态1，重量状态2，砂温状态等进行显示，指示电路如图3.2所示

图3.3 指示电路图
同时选用WP数字显示器对温度和重量进行显示，可以高精度读取观测，并可将信号转化为4~20mA标准电信号传入PLC。
3.4 电路元件选择
1. 断路器QF的选择
考虑到生产需要选择断路器QF作为电源开关，控制M1～M6电机运行和变压器T的工作，因此QF的选择主要考虑M1～M6电机运行和变压器T的总额定电流和起动电流。通过计算可知本生产线总额定电流和约为52A。以此选择QF的型号为TM30-63W,额定电流为63A。
2. 接触器KM的选择
本设计中用到接触器所控制负载为交流，额定电压为380V由接触器额定电流值
IN≥PN/(KUN)