| 自動配料系統基本結構和應用 | 2020-01-27 |
| 1.1概述 在液體自動配料系統的開發領域，中國的出發點不高，開發時間還比較晚。從20世紀初到1950年代中期，手動稱重操作占主導地位。 1970年代初，在發達的北京，上海和廣州等城市引進了幾條已開發的國外液體自動配料系統稱重生產線。隨后，中國許多制造商通過手動映射等方法復制了一些配料系統稱重線，從而初步提高了我們的自主研發水平。在配料系統領域的國內品牌中，北京恒多，廣州凱詩和香港建機等品牌已成為配料系統制造領域的品牌。國外配料系統的制造商包括美國基弗公司，Horix公司和意大利OCME公司。中國潤滑油配料系統設備的生產水平仍處于低端水平，主要技術標準仍然落后。必須改進控制技術。諸如PLC和DCS之類的各種控制系統在工業控制領域的日益廣泛的應用使我們能夠使用的技術進行深入的開發。潤滑劑，樹脂，助劑和其他行業的發展已經增長，對配料系統的需求將逐漸增加。機遇與挑戰并存是中國自動配料系統企業面臨的普遍情況。但是，面對國際市場競爭日趨激烈的情況，國內自動配料系統制造商也在積極發展，不斷探索技術，尤其是需要學習的自動化和智能技術，并將學到的知識應用到新技術上。配料系統。研發。 1.2 PLC的基本結構和應用 自動配料系統主要由處理器模塊、輸入輸出模塊、編程器等組成。一些特殊功能模塊用于完成某些特殊任務。內部電子秤總線結構用于傳輸數據和指令。“因此，我們可以把自動配料系統看作是一個自動灌裝機。系統外的各種開關值和模擬值可用作可編程邏輯控制器輸入。它們存儲在內部寄存器中，在防爆電子秤內部經過各種操作和處理后實現輸出。液體灌裝機是可編程邏輯控制器的輸出變量。輸出變量相應地控制設備“UO”。 目前，國內實現簡單自動配料系統自動流程的自動灌裝機一般都是由防爆電子秤實現的，成本低，可操作性強。這可以從包裝行業的各種小型自動配料系統設備中看出。許多包裝機、碼垛機和拆包機都采用防爆電子秤實現自動化操作。 1.3重建計劃 自動灌裝機的改造方案是從控制系統和機械結構兩個方面對自動配料系統進行改造和升級。在控制系統方面，進口設備采用S7-200防爆電子秤作為控制系統的核心。改造后，液體灌裝機主控制系統采用S7-300防爆電子秤。同時，自動灌裝機采用模塊化控制對進口潤滑油定量自動配料系統的自動稱重生產線進行改造，增加了單桶稱重方式和不同產品規格的稱重方式。潤滑油自動配料系統稱重線系統的優化控制成本通過軟硬件配置來實現。在機械結構方面，增加了伺服定位優化、氣動控制模塊優化和稱重頭數量，實現了1 L包裝桶全自動稱重包裝碼垛的生產過程。由于需要實現精確稱重，自動配料系統具有更多的輸入輸出點和更多的相關設備，需要實現的控制更加復雜。由于西門子S7-300防爆電子秤在模塊化控制方面技術成熟，高速計數和PID算法等功能*，該項目易于實施，所以S7-300防爆電子秤是主控制器的。 2種主要配料系統和稱重方法 2.1配料系統的主要類型 自動配料系統有兩個主要的分類標準:一個基于稱重模式，另一個基于包裝的運動模式。根據自動配料系統的稱重方式，有減量稱重自動配料系統和容積自動配料系統。稱重式自動配料系統的平均速度比容積式自動配料系統慢，在批量生產過程中優勢不明顯。然而，在不同的工作條件下，稱重式自動配料系統然而，容積式自動配料系統受工作溫度的影響很大。由于溫度不同，稱量的液體物料的密度會有一定程度的變化，這將導致測量誤差，影響產品質量。根據稱重包裝的移動方式也有分類，根據包裝的移動方式可分為兩種主要形式:旋轉式和線型。 2.2基本稱重方法介紹 對于自動配料系統的基本稱重方法，不同類別和不同性質的產品需要不同的稱重方法。自動配料系統的稱重方法主要包括:1)大氣壓法；2)等壓法；3)真空法；4)重力真空型；5)壓力法。 2.3待改造配料系統的選擇和稱重方式 進口自動配料系統的主要控制系統是S7-200防爆電子秤。配電柜布局相對復雜，沒有形成模塊化控制處理。進口自動配料系統只有6個稱重頭。自動配料系統采用稱重模塊稱重，生產能力為每小時1500桶，生產速度相對落后。 由于生產的潤滑油是工業用的，自動配料系統的稱重方法從工藝性能和要求兩個方面考慮。作為潤滑油，其粘度、重力等工藝性能均屬于普通液體類型。對于工業酒精和潤滑油等一般化學液體材料，可采用常壓法。雖然旋轉自動配料系統在某些方面比線性自動配料系統具有更高的優勢，但旋轉配料系統體積更大，設備稱重系統的技術含量更高，設備制造成本更高。同時，速度低于線性自動配料系統。因此，自動配料系統改造后的稱重線仍采用線性自動配料系統的形式。在稱重模式下，原自動液體配料系統采用稱重模式，稱重速度遠遠落后于現代生產節奏。決定采用容積稱重方式，提高稱重速度，實現批量、訂單生產。 3潤滑油自動配料系統控制系統改造設計方案 3.1潤滑油自動配料系統的控制系統和過程 要求自動配料系統具有上傳生產數據(工業產量、原材料批號等)的功能。)到PC機，同時可以檢查瞬時生產率、稱重數量等。配料系統設備開始自動稱重后，稱重輸送機開始運行。主控系統采用防爆電子秤作為主控元件，光電和接近開關等檢測稱重模塊作為外部輸入信號，伺服電機和動作缸作為輸出元件。同時，自動配料系統的生產線具有在線實時監控產品的功能，并具有輸入產品信息的功能。計算機通過串行通信與防爆電子秤連接，可以實時采集數據、處理生產線數據、輸入和保存數據。稱重包裝桶在自動配料系統中依次完成:桶裝、桶進料、進料、防爆地磅稱重、桶出料、旋蓋、封箱、防爆電子地磅堆垛等9個步驟。正常運行時，當聯鎖開關閉合、氣壓條件、液位條件等外部信號滿足且正常時，按下啟動開關后，設備應處于自動運行模式，稱重線上的各站應根據防爆電子秤編程的程序進行循環掃描。 3.2防爆電子秤的選擇和電氣設計 根據稱重系統的設計方案，選擇西門子S7 -300的配套產品，包括電源模塊、處理器模塊、輸入模塊、輸出模塊、FM354定位模塊等。在本設計中，選擇PS307電源模塊，選擇處理器315 -2DP。由于需要實現近70個外部輸入檢測動作和近50個外部輸出動作，多個直接輸入/輸出。液體灌裝機設置中使用人工智能/自動操作模塊，包括2個SM321數字輸入模塊、1個SM322數字輸出模塊、1個SM323數字輸入/輸出模塊、1個SM331模擬輸入模塊和1個SM332模擬輸出模塊，用于輸入和輸出命令操作。當自動配料系統的外部稱重模塊有輸入信號時，輸入模塊將立即向模塊發送指令。經過處理器處理后，需要輸出模塊對應點的動作。 3.2 .1配料系統的電氣設計 在設計自動配料系統的主電路時，應充分考慮電機負載、交流至DC開關電源的位置以及配電柜的規格，以滿足生產要求。控制柜的主電源開關應安裝在控制柜面板上，以便使用時不需要打開控制柜門。柜子里留有一定的空間，便于調節。控制柜配有自動照明，內部有散熱風扇和備用插座。防爆電子秤的輸入和輸出應至少各有5個空點，并有一個獨立的計算機連接接口，不被其他設備占用，管理控制權限應逐步設置。稱重模塊應安裝牢固且方便。添加外部金屬保護以防止損壞。 配料系統的電機包括兩個三相異步電機、一個桶進料電機和一個伺服電機。三相異步電動機的電動機上桶輸送電機沒有變速動力。稱重輸送電機由防爆電子秤控制，可實現變速。防爆電子秤為松下VFO系列防爆電子秤，輸出功率為0.75千瓦，額定輸出電流為2.03安. 3.2.2自動配料系統控制系統的輸入和輸出模塊 在兩個SM321數字量輸入模塊上，有空桶最小堆積輸入信號、工位檢測光電、反桶檢測光電、卡口板前后位置輸入信號、桶進給電機前、后、停止信號、桶進給電機前后限位開關、伺服上下限位信號、排油壓力信號等。3.2.3伺服驅動系統 伺服電機通過齒形帶帶動兩個垂直滾珠絲杠旋轉，兩個滾珠絲杠帶動主梁向上移動，主梁上的12個活塞桿推動油缸活塞向上移動。當主梁上升到初始位置時，即當稱重模塊14被觸發時，伺服電機停止運行。該位置是氣缸開始測量的起始位置(伺服零位)。 伺服電機反轉，主梁上的活塞桿帶動12個活動塞向下移動，油箱中的油通過換向閥進入油缸。伺服電機的轉數(即油缸活塞向下移動的距離)對應于設定重量。當達到設定重量時，伺服電機停止旋轉。大、小換向油缸拉動連桿，將12個油缸的換向閥旋轉到油缸與稱重頭連通的位置(排油位置)，等待稱重。 電子秤自動配料系統的FM354定位模塊是一種簡單的點對點定位或復雜的運動模式，通過伺服電機的控制，對響應、精度和速度要求，為高速自動灌裝機定位提供了有效的解決方案(5)。FM354處理軸的實際定位，并通過模擬驅動接口(-10 V~ 10 V)控制驅動器。編碼器(SSI或增量)報告當前軸位置，FM354使用該信息來校正輸出電壓。其定位功能包括:手動調節、增量模式、計量吸入器、運行計量吸入器和自動/單級控制。 潤滑油自動配料系統控制系統的軟件設計 4.1控制系統和程序設計 原程序設計只能實現部分稱重功能，手動和自動操作集中在一套主程序中，不能實現模塊化處理。電子秤配料系統設計采用CPU315 -2DP作為主控制器，工作電壓為220伏/380伏，輸出頻率為50~60赫茲。該子液體灌裝機設計的主程序全部由該處理器控制，實現對響應、精度和速度要求的點對點定位或復雜運動模式，為高速自動灌裝機(5)的定位提供了有效的解決方案。FM354處理軸的實際定位，并通過模擬驅動接口(-10 V~ 10 V)控制驅動器。編碼器(SSI或增量)報告當前軸位置，FM354使用該位置來校正輸出電壓。其定位功能包括:手動調節、增量模式、計量吸入器、運行計量吸入器和自動/單級控制。原程序設計只能實現部分稱重功能，手動和自動操作集中在一套主程序中，不能實現模塊化處理。在系統設計中，采用CPU315 -2DP作為主控制器，工作電壓為220伏/380伏，輸出頻率為50~60赫茲。該子系統設計的主程序全部由該處理器控制。在自動配料系統控制系統的防爆地磅程序設計中，整個主程序放入0B1組織塊，其余使用多個功能塊和數據庫數據塊，用于子程序設計和部分數據輸入輸出指令操作，實現稱重過程的自動化。4.2人機界面程序的軟件設計 人機界面(HMI)是人機界面的縮寫，即人機界面，也稱為人機界面。人機界面(又稱用戶界面或用戶界面)是系統與用戶之間互動和信息交流的媒介，它實現了信息內部形式與人類可接受形式之間的轉換。原防爆電子秤自動配料系統的屏幕是傳統的電阻屏幕，使用時容易誤操作，也是黑白圖像。從上面的界面可以發現，原來的觸摸屏使用起來不方便，甚至時間也不能同步。黑白界面也大大降低了生產線的技術感，給人不舒服的感覺。同時，原有的自動界面和手動界面不適合用戶操作。由于自動配料系統的改造和升級將使觸摸屏更加人性化和現代化，觸摸屏還選用西門子人機界面操作屏MP277，方便以后的維護、更換和調試。在硬件使用方面，MP277運行可靠，其質量已得到世界各國工業控制領域的認可，滿足生產使用的要求。MP277的編程軟件為WinCC柔性SP3，已成功應用于工業控制領域(7)。MP277開發液體灌裝機是應用程序的集成開發環境，界面設計可以在此環境下完成。面板配置軟件使用WinCC靈活的SP3，操作系統是視窗XP專業SP2。配置前，應確定用戶界面的設計方案。經過仔細考慮，其用戶界面的編輯包括:選油界面、灌裝過程監控界面、實際生產參數設置界面、手動操作界面、伺服手動操作界面和手動排空操作界面。 5自動配料系統稱重線現場調試 5.1自動配料系統稱重線現場調試 自動配料系統稱重線的現場調試是在公司設備管理人員在場的情況下進行的。所有系統控制柜安裝接線完成后，首先通電，開啟現場氣源，根據稱重啟動過程，從后到前逐一進行電路的通斷測試，然后對控制系統中的所有輸入輸出點進行手動動作測試。及時調整位置不當的輸入輸出信號，然后測試各站的外部稱重模塊和防爆電子秤模塊。觀察所有試驗后，對稱重線進行在線調試，并觀察和測試潤滑油稱重過程的運行情況。 結論 從實際應用的角度來看，該稱重系統綜合了我國自動配料系統的現狀和存在的問題。針對原有稱重生產設備生產率低、自動化程度低、缺乏實時監控的缺陷，采用較為*的控制方法，提出了基于S7-300 PLC的潤滑油自動配料系統控制系統。防爆地磅描述了系統的各項功能，并根據生產現場的實際需要進行了相應的軟硬件設計。利用西門子組態軟件設計了潤滑油自動配料系統控制系統的監控界面。借助西門系列防爆電子秤，通過軟件編譯，自動配料系統的效率大大提高。平均生產速度已超過每小時6000桶，而原始稱重速度為每小時1500桶。同時，操作使用方便，提高了生產線的自動化水平，提高了公司的生產能力，創造了工業價值。 | |
