| 淺談PLC在粉體自動配料系統中的應用 | 2020-03-05 |
| 自動配料系統是工業生產中關鍵的生產環節之一，配料質量將直接影響到產品的生產質量。自動配料系統過程是一個多輸入輸出過程，每條配料生產線有序、協調的配合，準確的對料位及數量的進行控制。整個配料生產過程中，按照比例將主料與輔料進行配合，經過電子皮帶秤，準確計量由皮帶輸送機輸送的物料。利用PLC對整個輸料及配料過程進行監控，并完成對系統故障進行顯示及警報的作用，通過對變頻器傳輸信號來完成皮帶輸送機的速度。 一、自動化配料系統的基本構成及工作原理 稱重自動配料系統廣泛的應用于工業生產的各個方面，主要由料倉、稱料倉、中間倉、混合倉、倉壁振動器、喂料振動器、排料振動器以及傳送帶、攪拌機等部分組成。電機完成各振動器與攪拌機的控制；電磁閥則完成中間倉門與混合倉卸料門的控制。一旦出現一方面的故障，將發出鈴聲警告，并停止所有輸出動作，待故障排除方可繼續運轉。 當自動配料系統通電以后，電機帶動皮帶進行動作，微處理器進行電機轉速的控制。配料由料斗下落至落料區，經皮帶傳送至稱料區，電子皮帶稱將對皮帶上的物料進行稱重。稱重傳感器根據物料壓力大小輸出電壓信號，經放大，輸出一個計量電平信號，這個信號與物料重量成正比。接著將信號送至上位機接口，并轉換成一個流量信號，流量值在當前的上位機上進行顯示，同時送至PLC，PLC將與上位機設定的配料給定值進行比較并運算。將此控制量傳送至變頻器，改變變頻器的輸出值，以此來完成對轉速的控制。調整給定量與設定值相同，完成配料過程。 二、基于PLC的稱量自動配料系統的系統設計 1、計量自動配料系統的硬件設計 該稱重配料系統主要采用了SIMATIC S7-/300系列PLC，系統中由S7-/300以及上位機來實現對主、輔配料機的兩級控制。現在筆者以一號至四號的皮帶秤PLC控制為例，每一臺電子皮帶秤都是由一臺皮帶驅動電機；兩個料位傳感器；一個速度傳感器；一個稱重傳感器以及一臺變頻器構成。開關量控制著電機的運轉狀態，變頻器控制端輸入是由PLC的數字量輸入來決定的，經變頻器調出高頻脈沖，并輸送給皮帶驅動電機。料位傳感器開始檢測料斗中是否含有物料，電機的轉速由速度傳感器監控。該系統需8個數字量輸出信號，25個開關量輸入信號以及24個開關量輸出信號，I/O點總量是57。I/O點數量與類型如表1所示。 西門子公司的SIMATIC S7-/300，是一種小型模塊化的PLC，其優點就是可以對各種單獨的模塊可進行廣泛的組合，從而可以構成不同要求的系統。表1：PLC I/O口數量與類型 筆者選擇SIEMENS公司的S7-300系列PLC，是根據公司自動配料系統的被控對象的I/O點數以及工藝要求、掃描速度等方面實際情況進行考慮的，該PLC 為CPU 315-2DP 。該型號是一款帶現場總線SINEC L2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM以及80KB的裝載存儲器，其存儲容量可使用存儲卡進行擴充，可以擴充至521KB、 1024點數字量或者是128個模擬量。對系統I/O點數統計，選擇了一個32點SM322繼電器輸出模塊以及分別為直流32點和16點的SM321數字量輸入模塊。 2、自動配料系統的軟件設計 SIMATIC S7-300系列PLC是用SIMATIC語言來進行編寫的，是一種可在通用的微機中以及WINDOWS環境下運行的語言。通過編程軟件，不僅可以非常方便的進行程序的編寫，并通過轉接電纜將編寫好的程序直接輸入PLC進行執行，而且在調試時，還可以在線的對信號的輸入輸出情況進行監控調節，甚至可以進行在線的對程序值的修改，可以說是非常的方便。 將系統的一個工作的周期，來劃分為幾個有順序的布，每個步都用編程原件來代表，這就是順序功能圖設計的基本思想。步與步的劃分是根據輸出量狀態來進行的，在進行任意一步的情況下，輸出量的ON/OFF狀態是不變的，但是相鄰的兩個輸出量的總量狀態是不一樣的。這就是編程元件狀態與各個輸出量狀態之間的直接邏輯關系。在順序功能圖的各個步之間，只有一個活動步，每一步之間的裝換是需要一定條件來實現的，只有在前級步為活動步，并且滿足轉換條件的狀態下面，才能由前級步轉換到后續步，此時，后續步則變為活動步。在自動配料系統的生產線設計順序功能圖時，我們根據實際的控制要求將一個周期劃分成10個步驟，并用位存儲器N來代表各個步驟，將N0.0設為起始步，N0.1-N1.1代表每個步驟。 STEP 7語言將用戶程序劃分成不同類型的塊，程序塊可分為系統塊以及用戶塊兩個大類。用戶塊主要包括：組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能（FC）及數據塊（DB）幾類。系統主程序可以放入組織塊中，而子程序可以放入功能塊（FB或者FC）里面。 在系統中，PLC主要負責接收外部的開關信號以及傳感器輸入的數字信號，以此來判斷當前系統的運行狀態與輸出各種信號，來控制接觸器、繼電器、電磁閥等部件執行相應的任務。除了以上這些，還有一個重要的任務，就是接收上位機的控制命令，來完成自動配料的控制。 此自動配料系統程序共7個塊，分別是OB1與FC1至FC6。OB1是一個主程序，通過其他的6個“CALL”來調用當前語句，并以此調用FC1-FC6的功能模塊，以達到完成整個程序運行的目的。6個功能模塊的具體任務分配按下列分配進行：FC1主要完成系統運行以及運行方式設定；FC2主要完成系統的停止控制；FC3主要完成計量泵的配比及計量泵本身的控制；FC4主要負責故障及事故發生的處理控制；FC5主要完成對變頻器的控制作用；FC6則負責顯示相關的指示燈。 3、自動配料系統中梯形圖的設計 在程序設計中梯形圖的設計方法為起保停電路的設計法，這一方法僅適用了與觸電以及線圈相關的基本指令，是一種比較通用的編程方法，可以在任意型號的PLC當中適用。在程序中，利用初始化的脈沖SM0.1將與初始步相對應的編程元件M0.0達到置位，為完成轉換做好準備。 當按下啟動按鈕時，就按照順序功能圖設計好的順序來完成自動轉換，以前級步編程元件的常開觸點來作為由前級步轉換至后續步的先決條件并與轉換條件相串聯，只有前級步為活動步并且滿足了相應的轉換條件時，才能完成由前級步轉換至后續步的動作，后續步編程元件常閉觸電則串聯在前級步編程元件的線圈回路之中，當進行前級步轉換至后續步后，后續步變成活動步而前級步則變為不活動，其自保功能由后續步的常開觸點來實現，這樣來完成整個的轉換控制動作要求。 為了實現在自動工作方式下能夠連續不斷的來循環完成各個工作方式的轉換，而在單周期的方式下面，只執行一個工作周期便停止循環工作。在程序中使用上位寄存器M2.0在自動方式下，啟動電源后M2.0能得電并可以實現自保功能，而在進行單周期方式時，啟動電源后M2.0能得電，但是不能實現自保功能，在手動狀態下，啟動電源M2.0則不能通電。在進行初始步M0.0與步M0.1的轉換時，啟動按鈕I0.4并不是串聯于M0.1的線圈回路中，而是將M2.0的常開觸點串聯在M0.1的線圈回路之中，這樣就可以對自動及單周期工作方式的轉換控制進行實現。在手動的狀態下，通過I1.5使各種編程元件的步處于復位狀態，分別按下電動開關按鈕時可對應輸出得電，從而實現攪拌機以及1、2號傳送帶的點動控制。 三、結束語 采用了SIMATIC S7-/300系列PLC的系統，具有人性化的編程，自動的完成計量配料系統的所有動作，大大減少了客戶的工作量，對閉環控制系統進行了優化，不僅降低了成本，而且提高了控制的準確度，提高整個系統的高效穩定運行，減少后期維護。在現代社會人工成本的不斷上漲，采用這一解決方案，可以大大的提高生產效率，并且操作簡單，維護方便。是一種可行性很高的方案。 | |
