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| 染缸PLC自動配料系統(tǒng) | 2020-01-22 |
| 引言 染布工藝經(jīng)過長時(shí)間的積累，已經(jīng)形成一套相對固定的工藝流程。但是隨著布料種類、染料種類和印染要求的不同，染布工藝越來越復(fù)雜跟精細(xì)化，單純的人工處理，難以解決且效率較低，只能單純依靠人自身經(jīng)驗(yàn)。染缸PLC配料系統(tǒng)自動配料配料系統(tǒng)V1.0(簡稱染缸配料配料系統(tǒng))，正是基于提高工藝質(zhì)量跟效率而開發(fā)，本配料系統(tǒng)用于為布料著色，通過調(diào)節(jié)溫度，壓力，和顏料的稱重形成一定的工藝條件，在相對穩(wěn)定水位、壓力、溫度條件下對布料進(jìn)行染色。配料系統(tǒng)屬于全電腦控制，對各個控制量均實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，根據(jù)反饋實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償，以達(dá)到穩(wěn)定的控制效果。并且，配料系統(tǒng)可以根據(jù)用戶對于每種染色工藝的要求不同，要求程序按照功能進(jìn)行模塊式劃分，可以根據(jù)需求在進(jìn)行靈活調(diào)用，組成不同的個性化工藝方案。 配料系統(tǒng)基于PLC配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 本配料系統(tǒng)引用的PLC可編程序稱重控制器，具有以下特點(diǎn)： 靈活、通用 在繼電器配料配料系統(tǒng)中，使用的稱重控制器件是大量的繼電器，整個配料系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿系纳栽S變化，需要改變電氣配料配料系統(tǒng)的話，那么原先的整個電氣配料配料系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間。而PLC配料系統(tǒng)是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。而且，同一臺PLC配料系統(tǒng)還可以用于不同的控制對象，改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。另外，PLC配料系統(tǒng)產(chǎn)品還具有多樣化、系列化的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，同一系列又有低檔、中檔、高檔之分，因此可以適應(yīng)于各種不同規(guī)模、不同要求的工業(yè)控制。PLC配料系統(tǒng)還有多種功能模塊，可以根據(jù)需要靈活組合成各種不同功能的控制裝置，實(shí)現(xiàn)各種特殊的控制要求。 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 對工業(yè)稱重來講，可靠性是一個非常重要的指標(biāo)，如何能在各種惡劣的工業(yè)環(huán)境和條件(如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵、超高溫等)下，平穩(wěn)、可靠地工作，將故障率降至，是研制每一種稱重控制器件必須考慮的問題。PLC配料系統(tǒng)的研制者在這一方面采取了許多有力的措施，使PLC配料系統(tǒng)具有很高的可靠性和抗干擾能力，因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)” 。 首先，PLC配料系統(tǒng)采用的是微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，因此不會出現(xiàn)繼電器配料配料系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，提高了可靠性。另外，PLC配料系統(tǒng)還在硬件和軟件兩方面采取了以下主要措施來提高其可靠性。 ①硬件措施 對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，均采用嚴(yán)格措施進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾；對供電配料系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或II型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響；對CPU這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響；在CPU與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離了內(nèi)部電路與I/O間的聯(lián)系，減少故障和誤動作；采用模塊式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。因?yàn)橐坏┎槌瞿骋荒K出現(xiàn)故障就能迅速更換，使配料系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。 ②軟件措施 監(jiān)控程序定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、后備電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號等，以便及時(shí)進(jìn)行處理；當(dāng)檢測到故障時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，并對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作；設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器WDT，如果程序每次循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定時(shí)間，表明程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警；加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn)，一旦程序有錯，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行；對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，停電時(shí)利用后備電池供電，保證信息不丟失。由于采取了以上措施，使PLC配料系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力大大提高，這是PLC配料系統(tǒng)控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。 編程簡單、使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。而PLC配料系統(tǒng)采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”目前大多數(shù)PLC配料系統(tǒng)采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了繼電器控制線到大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平，很容易被電氣于編程，程序改變時(shí)也容易修改，靈活方便。這種面向控制過程與面前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC配料系統(tǒng)內(nèi)部增加了解釋程序，對大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，PLC配料系統(tǒng)的控制速度是足夠快的。 用微機(jī)控制，還要在輸入輸出接口上做大量工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也比較煩瑣。而PLC配料系統(tǒng)的輸入輸出接口已經(jīng)做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備連接。輸入接口可以與各種開關(guān)和傳感器連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接，使用很方便。 接線簡單、功能強(qiáng)、體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 PLC配料系統(tǒng)的接線只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與PLC配料系統(tǒng)輸入端子連接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與PLC配料系統(tǒng)輸出端子連接。接線工具僅為螺絲刀，接線工作極其簡單、工作量極少。 現(xiàn)代PLC配料系統(tǒng)不僅具有條件控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，它既可對開關(guān)量進(jìn)行控，又可對模擬量進(jìn)行控制；既可控制一臺單機(jī)、一條生產(chǎn)線，又可控制一個機(jī)群，多條生產(chǎn)線；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)距離控制；既可控制簡單配料系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜配料系統(tǒng)。 由于PLC配料系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成電路，因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。且由于PLC配料系統(tǒng)是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備。 配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及構(gòu)成 配料系統(tǒng)上位機(jī)采用工業(yè)平板PC機(jī)。PC機(jī)與PLC配料系統(tǒng)以RS232方式通信，上位機(jī)開發(fā)平臺采用Wonderware Intouch 9.5版組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)對整機(jī)運(yùn)行工作情況的監(jiān)控和歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)的保存。 在可編程稱重控制器（PLC配料系統(tǒng)）方面，選擇PLC配料系統(tǒng)作為核心稱重控制器，采用MODBUS通訊協(xié)議，與變頻器通過RS485總線通訊控制方式實(shí)現(xiàn)傳動控制，并可與稱重模塊通訊。根據(jù)配料系統(tǒng)要求，這些PLC配料系統(tǒng)分配在三個控制箱中。主控制箱中1臺PLC配料系統(tǒng)配置為MODBUS主站，由主站對全部從站PLC配料系統(tǒng)、變頻器、稱重模塊進(jìn)行監(jiān)控；上位機(jī)通過主站來進(jìn)行配料系統(tǒng)監(jiān)控。變頻器選型采用TD3000系列和SK系列產(chǎn)品。 TD3000系列變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器；SK系列變頻器具有體積小巧、操作簡便、功能實(shí)用、寬輸出頻率和低噪音等優(yōu)點(diǎn)。 配料系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)說明如下： PC作為配料系統(tǒng)的上位機(jī)通過串口與主控制箱的主站模塊的通訊口0連接，采用RS232通訊實(shí)現(xiàn)對>數(shù)據(jù)的采集和控制。 配料系統(tǒng)主干通訊網(wǎng)絡(luò)采用MODBUS協(xié)議。 配料系統(tǒng)分為三個控制箱：主控制箱、機(jī)身控制箱、機(jī)身電磁閥接線盒。配料系統(tǒng)需要配5個主模塊，以MODBUS總線協(xié)議進(jìn)行通訊。主控制箱內(nèi)有3個 主模塊，其中第1個主模塊配置為MODBUS主站。機(jī)身控制箱和機(jī)身電磁閥接線盒分別各配置1個主模塊。 主控制箱的主站采用EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出），擴(kuò)展了2個EC20-4PT模塊（溫度測量）、2個EC20-4AD模塊（4-20mA模擬量測量）；主控制箱的從站采用2個EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出）。 機(jī)身控制箱從站采用EC20-2012BRA主模塊（繼電器輸出），擴(kuò)展了1個EC20-4AD模塊（0-10VDC模擬量測量）。控制箱應(yīng)留出未來擴(kuò)展的空間，以便將來增加擴(kuò)展模塊。該控制箱上安裝1個無錫匯聯(lián)SLIAN的稱重顯示器，通訊線與的通訊口0連接（RS-232）。 機(jī)身電磁閥接線盒從站 采用EC20-3232BRA主模塊（繼電器輸出）。 5個比例閥分別由主控制箱的3個主模塊進(jìn)行控制。每個主模塊可控制2個比例閥。 4臺變頻器和2個稱重模塊都作為MODBUS從站，由主控制箱主站進(jìn)行監(jiān)控。 配料系統(tǒng)工作原理 人機(jī)交互通過PC實(shí)現(xiàn)，PC可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個配料系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)、動作過程及故障報(bào)警、實(shí)時(shí)曲線描繪和保存歷史數(shù)據(jù)等，同時(shí)可發(fā)送各種操作命令給以配料配料系統(tǒng)的運(yùn)行。 在主站與PC、從站變頻器和稱重模塊儀表通訊方面，EC20 充分利用自身的優(yōu)勢，由于EC20 本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協(xié)議/編程協(xié)議/MODBUS從站協(xié)議，1個RS232/485口，集成自由協(xié)議/MODBUS主站/從站協(xié)議），EC20 利用COM0口和PC進(jìn)行通信（EC20 做從站，設(shè)置成MODBUS從站協(xié)議），利用COM1和多臺從站、和稱重模塊表組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制（EC20 的COM1設(shè)置成MODBUS主站協(xié)議）。變頻器自帶RS485接口的通訊單元，用于實(shí)現(xiàn)與多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)。對 >變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，可省去變頻器的外部起?？刂凭€路。 5個比例閥稱重控制器均由步進(jìn)電機(jī)及放大器組成，由主站及2個從站通過高速脈沖輸出口來進(jìn)行控制。 稱重模塊表具有MODBUS協(xié)議，可由主站通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)訪問和監(jiān)控。另外，稱重模塊具有脈沖計(jì)數(shù)和頻率輸出，可用于計(jì)量，作為備用方案。脈沖輸出可以接入到EC20的高速輸入通道。 邏輯控制實(shí)現(xiàn) 此次編程采用順序功能圖（Sequential Function Chart），利用順序功能圖的過程劃分和步驟間轉(zhuǎn)換功能?？蓪⒊绦蚨芜M(jìn)行模塊化自由組合。由于順序功能圖編程具有直觀和流程化的特點(diǎn)，分解后的每一步驟和每個轉(zhuǎn)換條件都為相對簡單的程序過程，在順序控制領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。 模塊化的分解與實(shí)現(xiàn) 染布工藝經(jīng)過長時(shí)間的積累，已經(jīng)形成一套相對固定的工藝流程。但是隨著布料種類、染料種類和印染要求的不同，會在原有流程上進(jìn)行一定的增加、刪減或者參數(shù)的改變，因此需要將整個印染工藝分解為若干個小模塊以實(shí)現(xiàn)這一功能 。模塊功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用順序功能圖流程的概念。在一個關(guān)聯(lián)且封閉的順序流程中，每一時(shí)刻只有一個步驟在運(yùn)行，且各流程間互不干擾。而工藝模塊的劃分也正是本著一個模塊內(nèi)的工藝順序執(zhí)行、各個模塊間的工藝盡量獨(dú)立這一原則。因此，一個模塊對應(yīng)一個流程即可。 自由式組合編程的實(shí)現(xiàn) 工藝要求能夠自由的對功能模塊進(jìn)行順序組合和重組，而PLC配料系統(tǒng)的程序是通過軟件將PC中的內(nèi)容寫入到PLC配料系統(tǒng)固件中的，因此一經(jīng)寫入就不再可以更改，程序的執(zhí)行按照預(yù)定流程。于是我們通過與上位機(jī)的配合來實(shí)現(xiàn)自由編程。在上位機(jī)中對各個功能模塊進(jìn)行組合，通過組態(tài)軟件將這些模塊所對應(yīng)的流程的起始步進(jìn)號存儲到一個配方列表中。上位機(jī)PC發(fā)送配方當(dāng)前的步進(jìn)號給PLC配料系統(tǒng)，PLC配料系統(tǒng)接收到后啟動該步進(jìn)對應(yīng)的流程，并在流程的最后置位某固定的完成標(biāo)志，發(fā)送給上位機(jī)。PC收到完成標(biāo)志后，配方的步進(jìn)號向下傳遞并再發(fā)送，如此實(shí)現(xiàn)自由組合編程。 配料系統(tǒng)功能特點(diǎn) ◆具有面向設(shè)備對象的開放式軟硬件配料系統(tǒng) 本配料系統(tǒng)擴(kuò)展方便、組態(tài)靈活，具有的可靠性，能夠滿足離網(wǎng)太陽能發(fā)電站設(shè)備的擴(kuò)展和配料系統(tǒng)功能的增加。 ◆具有數(shù)據(jù)庫自動生成配料系統(tǒng) 本配料系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用開放的配料系統(tǒng)定義庫、實(shí)時(shí)庫、歷史庫操作接口，滿足多方應(yīng)用軟件集成化及一體化設(shè)計(jì)的要求。 ◆具有良好的人機(jī)界面 程序使用菜單（MENU）對話框（DIALOG BOX）和圖標(biāo)（ICON），操作簡便易學(xué)，便于現(xiàn)場運(yùn)行和維護(hù)人員了解配料系統(tǒng)狀態(tài)。 ◆具有良好的可移植性 配料系統(tǒng)獨(dú)立于硬件平臺，只要新的硬件平臺支持配料系統(tǒng)軟件的運(yùn)行，配料系統(tǒng)不需要修改，就能在新的平臺上運(yùn)行。 ◆具有良好的通用性 配料系統(tǒng)提供一系列實(shí)用工具，由用戶使用這些工具來構(gòu)筑配料系統(tǒng)。 ◆具有良好的開放性 向用戶提供不同層次的接口，用戶通過這些接口參與配料系統(tǒng)的二次開發(fā)，滿足不同用戶的不同要求。 | |
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