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| 淺談PLC在粉體自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用 | 2020-03-05 |
| 自動(dòng)配料系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，配料質(zhì)量將直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。自動(dòng)配料系統(tǒng)過程是一個(gè)多輸入輸出過程，每條配料生產(chǎn)線有序、協(xié)調(diào)的配合，準(zhǔn)確的對(duì)料位及數(shù)量的進(jìn)行控制。整個(gè)配料生產(chǎn)過程中，按照比例將主料與輔料進(jìn)行配合，經(jīng)過電子皮帶秤，準(zhǔn)確計(jì)量由皮帶輸送機(jī)輸送的物料。利用PLC對(duì)整個(gè)輸料及配料過程進(jìn)行監(jiān)控，并完成對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行顯示及警報(bào)的作用，通過對(duì)變頻器傳輸信號(hào)來完成皮帶輸送機(jī)的速度。 一、自動(dòng)化配料系統(tǒng)的基本構(gòu)成及工作原理 稱重自動(dòng)配料系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，主要由料倉(cāng)、稱料倉(cāng)、中間倉(cāng)、混合倉(cāng)、倉(cāng)壁振動(dòng)器、喂料振動(dòng)器、排料振動(dòng)器以及傳送帶、攪拌機(jī)等部分組成。電機(jī)完成各振動(dòng)器與攪拌機(jī)的控制；電磁閥則完成中間倉(cāng)門與混合倉(cāng)卸料門的控制。一旦出現(xiàn)一方面的故障，將發(fā)出鈴聲警告，并停止所有輸出動(dòng)作，待故障排除方可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)自動(dòng)配料系統(tǒng)通電以后，電機(jī)帶動(dòng)皮帶進(jìn)行動(dòng)作，微處理器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。配料由料斗下落至落料區(qū)，經(jīng)皮帶傳送至稱料區(qū)，電子皮帶稱將對(duì)皮帶上的物料進(jìn)行稱重。稱重傳感器根據(jù)物料壓力大小輸出電壓信號(hào)，經(jīng)放大，輸出一個(gè)計(jì)量電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)與物料重量成正比。接著將信號(hào)送至上位機(jī)接口，并轉(zhuǎn)換成一個(gè)流量信號(hào)，流量值在當(dāng)前的上位機(jī)上進(jìn)行顯示，同時(shí)送至PLC，PLC將與上位機(jī)設(shè)定的配料給定值進(jìn)行比較并運(yùn)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(duì)轉(zhuǎn)速的控制。調(diào)整給定量與設(shè)定值相同，完成配料過程。 二、基于PLC的稱量自動(dòng)配料系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、計(jì)量自動(dòng)配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 該稱重配料系統(tǒng)主要采用了SIMATIC S7-/300系列PLC，系統(tǒng)中由S7-/300以及上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)主、輔配料機(jī)的兩級(jí)控制?，F(xiàn)在筆者以一號(hào)至四號(hào)的皮帶秤PLC控制為例，每一臺(tái)電子皮帶秤都是由一臺(tái)皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)；兩個(gè)料位傳感器；一個(gè)速度傳感器；一個(gè)稱重傳感器以及一臺(tái)變頻器構(gòu)成。開關(guān)量控制著電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，變頻器控制端輸入是由PLC的數(shù)字量輸入來決定的，經(jīng)變頻器調(diào)出高頻脈沖，并輸送給皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)。料位傳感器開始檢測(cè)料斗中是否含有物料，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由速度傳感器監(jiān)控。該系統(tǒng)需8個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)，25個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)以及24個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，I/O點(diǎn)總量是57。I/O點(diǎn)數(shù)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(yōu)點(diǎn)就是可以對(duì)各種單獨(dú)的模塊可進(jìn)行廣泛的組合，從而可以構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。表1：PLC I/O口數(shù)量與類型 筆者選擇SIEMENS公司的S7-300系列PLC，是根據(jù)公司自動(dòng)配料系統(tǒng)的被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度等方面實(shí)際情況進(jìn)行考慮的，該P(yáng)LC 為CPU 315-2DP 。該型號(hào)是一款帶現(xiàn)場(chǎng)總線SINEC L2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM以及80KB的裝載存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)容量可使用存儲(chǔ)卡進(jìn)行擴(kuò)充，可以擴(kuò)充至521KB、 1024點(diǎn)數(shù)字量或者是128個(gè)模擬量。對(duì)系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，選擇了一個(gè)32點(diǎn)SM322繼電器輸出模塊以及分別為直流32點(diǎn)和16點(diǎn)的SM321數(shù)字量輸入模塊。 2、自動(dòng)配料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) SIMATIC S7-300系列PLC是用SIMATIC語言來進(jìn)行編寫的，是一種可在通用的微機(jī)中以及WINDOWS環(huán)境下運(yùn)行的語言。通過編程軟件，不僅可以非常方便的進(jìn)行程序的編寫，并通過轉(zhuǎn)接電纜將編寫好的程序直接輸入PLC進(jìn)行執(zhí)行，而且在調(diào)試時(shí)，還可以在線的對(duì)信號(hào)的輸入輸出情況進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)，甚至可以進(jìn)行在線的對(duì)程序值的修改，可以說是非常的方便。 將系統(tǒng)的一個(gè)工作的周期，來劃分為幾個(gè)有順序的布，每個(gè)步都用編程原件來代表，這就是順序功能圖設(shè)計(jì)的基本思想。步與步的劃分是根據(jù)輸出量狀態(tài)來進(jìn)行的，在進(jìn)行任意一步的情況下，輸出量的ON/OFF狀態(tài)是不變的，但是相鄰的兩個(gè)輸出量的總量狀態(tài)是不一樣的。這就是編程元件狀態(tài)與各個(gè)輸出量狀態(tài)之間的直接邏輯關(guān)系。在順序功能圖的各個(gè)步之間，只有一個(gè)活動(dòng)步，每一步之間的裝換是需要一定條件來實(shí)現(xiàn)的，只有在前級(jí)步為活動(dòng)步，并且滿足轉(zhuǎn)換條件的狀態(tài)下面，才能由前級(jí)步轉(zhuǎn)換到后續(xù)步，此時(shí)，后續(xù)步則變?yōu)榛顒?dòng)步。在自動(dòng)配料系統(tǒng)的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)順序功能圖時(shí)，我們根據(jù)實(shí)際的控制要求將一個(gè)周期劃分成10個(gè)步驟，并用位存儲(chǔ)器N來代表各個(gè)步驟，將N0.0設(shè)為起始步，N0.1-N1.1代表每個(gè)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(tǒng)塊以及用戶塊兩個(gè)大類。用戶塊主要包括：組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能（FC）及數(shù)據(jù)塊（DB）幾類。系統(tǒng)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(tǒng)中，PLC主要負(fù)責(zé)接收外部的開關(guān)信號(hào)以及傳感器輸入的數(shù)字信號(hào)，以此來判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與輸出各種信號(hào)，來控制接觸器、繼電器、電磁閥等部件執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。除了以上這些，還有一個(gè)重要的任務(wù)，就是接收上位機(jī)的控制命令，來完成自動(dòng)配料的控制。 此自動(dòng)配料系統(tǒng)程序共7個(gè)塊，分別是OB1與FC1至FC6。OB1是一個(gè)主程序，通過其他的6個(gè)“CALL”來調(diào)用當(dāng)前語句，并以此調(diào)用FC1-FC6的功能模塊，以達(dá)到完成整個(gè)程序運(yùn)行的目的。6個(gè)功能模塊的具體任務(wù)分配按下列分配進(jìn)行：FC1主要完成系統(tǒng)運(yùn)行以及運(yùn)行方式設(shè)定；FC2主要完成系統(tǒng)的停止控制；FC3主要完成計(jì)量泵的配比及計(jì)量泵本身的控制；FC4主要負(fù)責(zé)故障及事故發(fā)生的處理控制；FC5主要完成對(duì)變頻器的控制作用；FC6則負(fù)責(zé)顯示相關(guān)的指示燈。 3、自動(dòng)配料系統(tǒng)中梯形圖的設(shè)計(jì) 在程序設(shè)計(jì)中梯形圖的設(shè)計(jì)方法為起保停電路的設(shè)計(jì)法，這一方法僅適用了與觸電以及線圈相關(guān)的基本指令，是一種比較通用的編程方法，可以在任意型號(hào)的PLC當(dāng)中適用。在程序中，利用初始化的脈沖SM0.1將與初始步相對(duì)應(yīng)的編程元件M0.0達(dá)到置位，為完成轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，就按照順序功能圖設(shè)計(jì)好的順序來完成自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以前級(jí)步編程元件的常開觸點(diǎn)來作為由前級(jí)步轉(zhuǎn)換至后續(xù)步的先決條件并與轉(zhuǎn)換條件相串聯(lián)，只有前級(jí)步為活動(dòng)步并且滿足了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件時(shí)，才能完成由前級(jí)步轉(zhuǎn)換至后續(xù)步的動(dòng)作，后續(xù)步編程元件常閉觸電則串聯(lián)在前級(jí)步編程元件的線圈回路之中，當(dāng)進(jìn)行前級(jí)步轉(zhuǎn)換至后續(xù)步后，后續(xù)步變成活動(dòng)步而前級(jí)步則變?yōu)椴换顒?dòng)，其自保功能由后續(xù)步的常開觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，這樣來完成整個(gè)的轉(zhuǎn)換控制動(dòng)作要求。 為了實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)工作方式下能夠連續(xù)不斷的來循環(huán)完成各個(gè)工作方式的轉(zhuǎn)換，而在單周期的方式下面，只執(zhí)行一個(gè)工作周期便停止循環(huán)工作。在程序中使用上位寄存器M2.0在自動(dòng)方式下，啟動(dòng)電源后M2.0能得電并可以實(shí)現(xiàn)自保功能，而在進(jìn)行單周期方式時(shí)，啟動(dòng)電源后M2.0能得電，但是不能實(shí)現(xiàn)自保功能，在手動(dòng)狀態(tài)下，啟動(dòng)電源M2.0則不能通電。在進(jìn)行初始步M0.0與步M0.1的轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動(dòng)按鈕I0.4并不是串聯(lián)于M0.1的線圈回路中，而是將M2.0的常開觸點(diǎn)串聯(lián)在M0.1的線圈回路之中，這樣就可以對(duì)自動(dòng)及單周期工作方式的轉(zhuǎn)換控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在手動(dòng)的狀態(tài)下，通過I1.5使各種編程元件的步處于復(fù)位狀態(tài)，分別按下電動(dòng)開關(guān)按鈕時(shí)可對(duì)應(yīng)輸出得電，從而實(shí)現(xiàn)攪拌機(jī)以及1、2號(hào)傳送帶的點(diǎn)動(dòng)控制。 三、結(jié)束語 采用了SIMATIC S7-/300系列PLC的系統(tǒng)，具有人性化的編程，自動(dòng)的完成計(jì)量配料系統(tǒng)的所有動(dòng)作，大大減少了客戶的工作量，對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，不僅降低了成本，而且提高了控制的準(zhǔn)確度，提高整個(gè)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，減少后期維護(hù)。在現(xiàn)代社會(huì)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(chǎn)效率，并且操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。是一種可行性很高的方案。 | |
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