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| 基于PLC的分布式反應(yīng)罐配料系統(tǒng) | 2020-01-22 |
| 摘要：本文介紹了一個以PLC為核心的分布式反應(yīng)罐配料系統(tǒng)，給出了稱重配料系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和PL軟件的設(shè)計方法。 在化工企業(yè)中，許多物料儲存在反應(yīng)罐中，對反應(yīng)罐進(jìn)行有效的控制，實現(xiàn)物料的準(zhǔn)確計量顯得十分重要。 目前，許多企業(yè)反應(yīng)罐控制尚處在手動操作階段，勞動強度較大，另外，控制品質(zhì)常常受到人為因素（如操作經(jīng)驗、工作態(tài)度等）的影響，如計量精度不穩(wěn)定，容易造成貿(mào)易糾紛。 自動配料系統(tǒng)采用PLC作為控制核心對某企業(yè)的反應(yīng)罐控制進(jìn)行了技術(shù)改造，實現(xiàn)了反應(yīng)罐自動控制，使勞動強度有了明顯降低，計量精度得到有效提高，經(jīng)濟效益十分顯著。 1稱重配料系統(tǒng)功能 稱重配料系統(tǒng)主要功能如下： ⑴稱重配料系統(tǒng)最多能對16個位置分散的反應(yīng)罐同時進(jìn) 行控制（首期控制4個反應(yīng)罐）。稱重配料系統(tǒng)要有良好的擴展性，今后擴展只需要添加相應(yīng)的硬件設(shè)備并對配料系統(tǒng)軟件進(jìn)行簡單的設(shè)置。 ⑵對每個反應(yīng)釜的控制主要包括進(jìn)料、發(fā)料和標(biāo)定（標(biāo)定即采用標(biāo)準(zhǔn)計量罐對稱重模塊的計量精度進(jìn)行檢測，每天一次） ⑶稱重配料系統(tǒng)能實時得到個各個反應(yīng)釜狀態(tài)信息，如溫度、發(fā)料流量、累計發(fā)料量。 ⑷發(fā)料計量精度達(dá)到貿(mào)易結(jié)算要求（3‰） 2稱重配料系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 當(dāng)PLC上電自動配料系統(tǒng)啟動后，機器中喂料器就開始工作，所攪拌的物料開始下放，在稱重倉會逐漸加多。經(jīng)過一段時間后，無聊將附在稱重倉上的兩個感應(yīng)器覆蓋(即物料的體積達(dá)標(biāo))時便會對PLC輸出信號，PLC將控制系統(tǒng)進(jìn)行下一步，這時，對應(yīng)感應(yīng)器信號輸出的喂料振動器停止工作，且對應(yīng)皮帶啟動,經(jīng)過十秒后，清料振動器工作，物料開始下放到對應(yīng)傳送皮帶上。將物料送入攪拌倉,當(dāng)物料將附在倉壁上的感應(yīng)器M覆蓋時,同樣對PLC輸出信號控制攪拌器啟動開始攪拌,物料繼續(xù)進(jìn)入攪拌倉,當(dāng)物料將附在倉壁上的感應(yīng)器H覆蓋時,PLC控制送料帶3工作,且10秒后排料門打開,物料開始排出攪拌倉,當(dāng)物料上表面低于感應(yīng)器L的感應(yīng)區(qū)時開始計時,100秒后送料帶3停止,物料運送完畢；且開始啟動喂料振動器開始第二個循環(huán)。由此可知，此程序只要緊要一次啟動可以，PLC可以控制其自動循環(huán)運行。自動配料系統(tǒng)良好的接地是保證PLC可靠性工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC的接地線與設(shè)備的接地端相連，接地線的截面積應(yīng)不小于2mm2，接地電阻要小于100Ω。為了有效抑制加在電源和輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接上專用的地線，接地點應(yīng)與動力設(shè)備的接地點分開；如果達(dá)不到這種要求，也必須做到與其它設(shè)備公共接地，接地點要盡量靠近PLC，嚴(yán)禁PLC與其他設(shè)備串聯(lián)接地。 稱重配料系統(tǒng)硬件主要由上位機和PLC配料系統(tǒng)組成，采用兩層分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。上位機負(fù)責(zé)全稱重配料系統(tǒng)的管理和信息綜合，并通過PLC配料系統(tǒng)對個配料罐進(jìn)行控制。PLC配料系統(tǒng)根據(jù)上位機的命令對攪拌罐進(jìn)行具體的控制（如發(fā)料和進(jìn)料等），還采集反應(yīng)罐的各種狀態(tài)信息（如物料流量和物料溫度等）提供給上位機。每一臺PLC配料系統(tǒng)控制一個反應(yīng)罐，PLC配料系統(tǒng)通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與上位機相聯(lián)。該稱重配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，擴展方便，功能完備。 根據(jù)應(yīng)用稱重配料系統(tǒng)的特點，自動配料系統(tǒng)PLC選用西門子SIMATICS7-200系列PLC配料系統(tǒng)作為控制器。西門子SIMATICS7-200系列PLC配料系統(tǒng)具有豐富的內(nèi)置集成功能、強勁的通訊能力和的可靠性，可以獨立或聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，是一種性價比很高的PLC配料系統(tǒng)，在工業(yè)及民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 自動配料系統(tǒng)PLC不管是控制系統(tǒng)還是操作系統(tǒng)都有著不可比擬的性，因為它系統(tǒng)功能十分健全。此次兩料全自動攪拌控制系統(tǒng)主要是以中間繼電器、TIM時間繼電器控制操作的，有著良好的邏輯性能。PLC配料系統(tǒng)可編程控制器，能夠簡單扼要的對各種生產(chǎn)操作進(jìn)行有效的控制。兩料全自動稱重攪拌的操作重視高精度的配料控制，正是適合PLC配料系統(tǒng)控制的操作。對于生產(chǎn)過程中的給料配比通過傳感器的信號傳感，對PLC配料系統(tǒng)程序的控制有著很高的要求。周全的順序控制、運動控制、定時控制、循環(huán)控制是整個系統(tǒng)操作的關(guān)鍵。順序控制：在生產(chǎn)過程中離不開順序操作，它是PLC配料系統(tǒng)最基本、泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制對兩料全自動稱重攪拌的基本控制。運動控制：在機械加工行業(yè)，PLC配料系統(tǒng)與計算機數(shù)控集成在一起，用以完成機床的運動控制，并通過傳感器/稱重模塊的傳感信號隨時隨地的調(diào)整機床的運動。定時控制：PLC配料系統(tǒng)內(nèi)部一定數(shù)量的定時器通定時器指令對控制過程中需要定時處理的操作部件進(jìn)行定時操作，它使得操作系統(tǒng)更具靈活性的實用性。循環(huán)控制:PLC配料系統(tǒng)采用循環(huán)掃描方式工作，每個掃描周期都按順序把每項任務(wù)處理一次，并集中進(jìn)行I/O處理。通過以上幾個方面的說明，可以看出在PLC配料系統(tǒng)控制系統(tǒng)中有著完備功能應(yīng)用性。自動配料系統(tǒng)的性能很好的完成生產(chǎn)技術(shù)中的各項指標(biāo)，從而大大節(jié)約操作人員的時間和工作量，并且能做到精確的配比、攪拌充分和資源更節(jié)省,是一種高效的控制生產(chǎn)方式。在市場環(huán)境競爭下，誰的成本更低、誰的質(zhì)量越好、誰的高，誰就能取得市場的認(rèn)同，才能在激烈的競爭中獲得更多的優(yōu)勢。為此，對兩料全自動控制稱重攪拌的操作有著十分充足的理由去實現(xiàn)PLC配料系統(tǒng)系統(tǒng)控制。 3稱重配料系統(tǒng)配料系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 配料系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。下面對部分模塊的功能和實現(xiàn)方法簡單作一說明： ⑴初始化模塊初始化模塊完成稱重配料系統(tǒng)初始化等工作。其中參數(shù)初始化程序?qū)ΨQ重配料系統(tǒng)各標(biāo)志位、流量累加量初值進(jìn)行設(shè)置；端口初始化程序?qū)⑺休敵龆丝谥?（即初始狀態(tài)所有控制閥關(guān)閉）；定時及通信初始化程序?qū)ODBUS通信的波特率、數(shù)據(jù)格式、靜止線定時、采樣定時等進(jìn)行設(shè)置。 ⑵采樣模塊采樣模塊讀取各種開關(guān)量信號和模擬量信號，為了保證采樣的準(zhǔn)確性，對模擬量的采樣采用了簡單的濾波技術(shù)，即對一個信號連續(xù)采樣8次，去除其中的和最小值，將余 下的6個值的平均值作為該信號的采樣值。 ⑶通信模塊通信模塊負(fù)責(zé)PLC配料系統(tǒng)與上位機的通信，是稱重配料系統(tǒng)的核心模塊，它由若干中斷程序組成，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 ⑷命令處理模塊命令處理模塊命令譯碼，稱重配料系統(tǒng)共17個命令，如進(jìn)料、發(fā)料、標(biāo)定、復(fù)位等。 ⑸配料系統(tǒng)控制模塊完成進(jìn)料、發(fā)料、標(biāo)定等各種操作。稱重配料系統(tǒng)對各個閥門采用聯(lián)鎖控制，避免誤操作引起物料外泄等事故。 稱重系統(tǒng)主程序只在次時進(jìn)行配料系統(tǒng)初始化。在每一次掃描中，先判別是否有通信中斷，若有，則調(diào)用命令處理子程序，然后判別采樣時間是否到，若到，則調(diào)用采樣子程序，若進(jìn)料、發(fā)料等操作需初始及結(jié)束處理，則完成相應(yīng)操作，接著開始新一輪掃描。 4通信協(xié)議 上位機以輪詢方式訪問各PLC配料系統(tǒng)，傳送命令，對PLC配料系統(tǒng)進(jìn)行控制，通信協(xié)議如下： 02H（報文頭，1字節(jié)） 0DH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）COMMAND（命令代碼，1字節(jié)）RESERVE（保留，1字節(jié)）PA1~PA4（參數(shù)1，雙字）PB1~PB4（參數(shù)2，雙字）BCC（塊校驗和，1字節(jié)） PLC配料系統(tǒng)收到上位機的命令，按要求向上位機發(fā)送報文，報文分命令響應(yīng)（包含命令執(zhí)行的結(jié)果）和采樣數(shù)據(jù)兩類，下面是兩者的通信協(xié)議。 控制命令響應(yīng)（PLC配料系統(tǒng)→上位機）：02H（報文頭） 0DH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）RESULT（命令執(zhí)行正確時與命令代碼相同，否則為FFH） RESERVE（保留，1字節(jié)） PA1~PA4（參數(shù)1，雙字）PB1~PB4（參數(shù)2，雙字）BCC（塊校驗和，1字節(jié)）上傳數(shù)據(jù)（PLC配料系統(tǒng)→上位機）：02H（報文頭，1字節(jié)） 1EH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）DATA（反應(yīng)罐狀態(tài)，共30個字節(jié)，包括稱重配料系統(tǒng)工作狀態(tài)、模擬量和開關(guān)量等信息） BCC（塊校驗和，1字節(jié)） ５結(jié)束語 該稱重配料系統(tǒng)已在江蘇某化工廠投入使用，運行情況良好。實踐證明，該稱重配料系統(tǒng)具有可靠性好、計量精度高（稱重配料系統(tǒng)計量精度達(dá)到3‰）、擴展性強和價格低廉等特點，經(jīng)濟效益顯著，深受用戶好評。 | |
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