初探基于PLC控制的自动配料系统设计.docx

          初探基于PLC控制的自动配料系统设计                    摘要：配料在许多行业的生产工艺过程中都是非常重要的工序，而现在人工配料已经不能满足现实的需要，因此对自动配料系统的要求越来越迫切；针对这一问题设计开发了基于西门子ＰＬＣ的自动配料控制系统，阐述了控制系统的硬件及软件组成、控制系统的实现等一些重要的技术问题，生产实践证明此自动配料系统运行稳定，操作灵活，能达到工艺要求，有广阔的应用前景关键词：自动配料；ＰＬＣ；触摸屏；软件设计前言：随着我国工业生产自动化水平的不断提高，生产效率和质量也有了大幅度的提升而PLC是进行科学管理、实现生产过程自动化、安全生产和节能降耗的重要技术手段其应用已趋于完善，已成功地运用于化工、冶金、航天和煤炭等领域因此，在设计该配料系统时，采用可编程控制器、变频器等先进控制手段，可提高系统的稳定性和精度1配料系统工艺要求在配料系统中，配料子系统非常关键，它的主要功能是按照产品生产对各种物料的的需求量来计算、分配、控制各个原料槽口的下料量，从而保证原料的物料平衡和成分组成符合要求在配料过程中，对控制系统的主要工艺要求如下：（1）实现各个给料机、皮带秤和集料皮带的单机起停和联动起停，并实现故障联锁；（2）控制各个配料槽口下料量的配比；（3）原料配比计算。

根据总下料量和各个槽口的配比来计算每个槽口的流量设定值；（4）流量计算根据皮带秤的重量检测值皮带速度检测值，来计算一定时间段内的物料平均流量，并以此平均流量作为反馈值来进行PID调节；（5）故障处理对实际生产出现频率较高的故障（如堵料、皮带打滑、电机过载）等设置声光报警要求出现堵料时自动启动料斗上的振动电机，恢复下料后应自动停止如果长时间（启动震动电机后超过设定时间值）堵料，则应自动启动空气炮清堵；（6）系统热备要求系统上位机具有热备功能，即每台上位机可同时对系统的各PLC进行监控；（7）打印报表人工打印和定时自动打印报表，包括时报、班报、月报等；（8）断电电保护断电电后重新上电时，系统进行初始化复位，确保各台设备均处于停机状态，防止出现人身事故或设备事故2工作过程配料系统由上位机、下位机（PLC）、变频器、料仓、阀门、输料小车、防尘罩等组成系统共有5个配料仓，每个配料仓均有两个给料机构，各由一台电机及输送螺杆组成电机的转速决定螺杆转速，螺杆转速决定进料速度的快慢电机采用变频调速方式，一台变频器控制两个给料机构每个配料仓下面有一称重传感器，能称出配料仓与内部物料的重量底部有一个阀门和一个防尘罩，各由电机带动，控制其开关和升降螺杆，并由PLC的输出直接控制电机的正反转。

另外，对小车装料定位采用光电开关限位3硬件组成系统采用西门子Ｓ７－２００型ＰＬＣ作为下位机，用触摸屏作为上位机，二者通过ＲＳ－４８５电缆通讯，共同完成对机械部件的控制根据系统的控制要求和控制规模，需要的输入点和输出点至少各为１９个，因此选用的ＰＬＣ有２４个输入和１６个输出端口，为满足需要，外加一个具有８路数字量输出的ＥＭ２２２模块，由于ＰＬＣ要向步进驱动器发送高速脉冲，因此选用晶体管输出上位机选用威纶触摸屏，该触摸屏能够跟西门子ＰＬＣ实现无缝通讯，具有存储配方的功能，而且具有很强的宏指令功能，可以采用文本语言编程，从而能够将配方存储在触摸屏上，通过宏代码程序方便地向ＰＬＣ传送配方数据该触摸屏还具有强大的数据显示功能，能够将数据以表格的形式显示在触摸屏上，还可以以Ｅｘｃｅｌ的形式保存到Ｕ盘上，使得数据处理更加方便配料系统的其他主要部件有：１６个普通进料电机、１７个限位开关、１个可装电子称的步进电机平台、带串口的电子称、打印机、报警灯、导轨、丝杠、料筒等系统硬件总体结构如图１所示图１系统总体结构图4软件设计配料系统的功能包括自动配料、配方数据管理、故障诊断及报警等配料主控程序由ＰＬＣ完成，配方存储、表格生成、数据导出等由触摸屏完成。

配方传送、记录配方修改，记录配料实际值等功能由ＰＬＣ和触摸屏共同完成系统采用梯形图语言编程，整个控制系统包括一个主程序，三个子程序和三个中断服务程序主程序主要包括初始化程序、配料控制程序及配方、数据管理程序，中断程序为ＰＬＣ跟电子称采用自由口通讯的程序，三个子程序为步进电机平台控制子程序，结构如图２所示图２程序组织结构图4.1配料流程电子称固定在由步进电机驱动的主运动平台上，主运动平台沿导轨运动，导轨两侧是送料电机，整个机械结构由ＰＬＣ控制步进电机驱动主运动平台运动，当到达限位开关后，电子称定位，对应的进料电机启动，将料送到电子称上进行称量，当达到需要的重量时，停止加料；主运动平台继续向前运动，当到达下一个限位开关后停止，然后进行同样的送料动作当所有的料都配完后，平台返回初始位置，配料完成配料程序的流程图如图３所示图３配料流程图5控制过程5.1自动配料过程的控制5.1.1控制要求利用PLC中PID模块来实现对配料过程的动态控制，模拟量输入为0~5V，模拟量输出为0~10V，控制变频器的频率给定5.1.2控制过程首先要对系统的给定进行整定，因为存在空仓重量，而且利用PID模块进行控制时需要将信号整定至0~1，输出信号也得还原为0~10。

在整定过程中首先对上位机给定信号进行变换，对称重传感器传入PLC的当前值也要根据模块的设置和单双极性的选择进行整定采用中断来控制模拟信号的采集为了实现配料的快速和慢速控制，刚开始时配料过程全速进行，达到给定的90%以后引入PID控制，进入慢速给料，达到减少误差、快速准确配料的目的5.2自动输料的控制5.2.1控制要求小车从出发点出发，根据上位机给定的顺序行走，直到把要求的仓料都拉完，然后再回到出发点等待下一道工序5.2.2控制过程通过上位机给定5个顺序控制参数，地址分别为：VW11，VW13，VW15，VW17，VW19，VW21（小车出发点）当配料结束后，小车开始动作，通过小车目的地和当前位的差值决定其为正向还是反向运行，而且其差值也作为减计数的初始值6结语自动配料系统兼顾了功能和成本，一方面提高了配料效率，提高了配料精度，降低了原料对配料人员的伤害；另一方面，可以适度降低设备的总体造价，为企业节约成本，并取得好的经济效益，具有十分广阔的应用前景本文具体介绍了基于PLC控制的自动配料系统的设计，代替了传统的机械传动及庞大的控制电器，实现了电气的自动化控制参考文献：[1]熔铅炉自动配料生产线PLC控制系统设计[J].许全民.电气传动自动化.2001（02）[2]台方.可编程序控制器应用教程[M].北京：中国水利水电出版社，2001，32~33.[3]周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].北京：电子工业出版社，2004，160~161.[4]王亚平．基于ＰＬＣ的物料定量给料系统的设计［Ｊ］．自动化仪表，2006，27（8）：34-36．[5]何瑞．基于ＰＬＣ控制的自动配料系统［Ｄ］．大连：大连理工大学，2006：1－3．[6]王志诚．塑料制品自动混配料控制系统的设计与实现［Ｄ］．武汉：华中科技大学，2004：1－6．[7]烧结厂烧结配料专家系统设计[J].牛秦洲，叶恒舟，吴一峰.桂林工学院学报.2002（04）[8]一种自动配料系统的PLC控制[J].常发亮，吴有庆，任胜年.电气传动.2000（04）[9]浅谈自动配料系统设计[J].谢俊.电子制作.2013（07）  -全文完-。