基于PLC及觸摸屏技術(shù)配料控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

譚順學(xué)，溫傳懷

(1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，廣西 柳州 545006;2.柳州同方科技有限公司，廣西 柳州 545005)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長與電氣運行和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，新知識、新技能、新技術(shù)及新設(shè)備層出不窮。可編程序控制器(PLC)和觸摸屏在惡劣的物體配料環(huán)境中的穩(wěn)定性及抗干擾性的優(yōu)勢較明顯［1］，它們具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形精巧、反應(yīng)速度快、存儲容量大、易于操作、堅固耐用，并且其集成通用串行總線等優(yōu)點，使它們在工業(yè)控制領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。良好的控制系統(tǒng)可以提高工作效率，提高該物體配料系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、稱重準確性和實時性，同時也極大地降低工作者的勞動強度［2－3］。本文以DVP－ES2臺達PLC、MT6100I威綸通觸摸屏和PWC可編程稱重控制器為核心器件，設(shè)計某硅業(yè)有限公司物體配料控制系統(tǒng)，實現(xiàn)配料、卸料的自動控制。

1 系統(tǒng)工作工藝流程

所謂配料，即把不同種類粉狀物體按不同重量比例混合在一起而得到的新物料。本配料系統(tǒng)有三層配料斗，下層是計重量的4個卸料斗，中層是4個配料斗，上層是2個上料斗。從上層、中層料斗中把物料分別放到4個設(shè)定好重量卸料斗中，儲存4種不同類型物料，然后同時卸到卸料傳送帶上，從而得到不同比重的混合粉狀物料，即整個配料過程完成。電氣控制分上料和配料及卸料系統(tǒng)，分有手動控制或調(diào)整和全自動控制，這兩種工作方式可供選擇。系統(tǒng)工作過程描述如圖1所示:(1)上料系統(tǒng)工作過程:當雷達傳感器檢測到物料斗缺料時，上料傳送帶電動機啟動并運行，延時到設(shè)定的時間時上料振動器、上料給料電動機啟動并運行，一直到雷達傳感器檢測到給物料斗進料滿時所有的工作電動機才停止下來;(2)配料、卸料系統(tǒng)工作過程:當傳感器檢測到轉(zhuǎn)運車到位時并且判斷稱重傳感器計量斗計量是否達到設(shè)定值才能卸料，如計量斗計量未能達到設(shè)定值，則配料給料電動機啟動、投料閥開啟、配料振動器啟動，并且給計量斗進料直到設(shè)定值才能進入卸料工作過程，如計量斗計量達到了設(shè)定值，則直接進入卸料工作過程。每個工作過程都有延時時間的設(shè)定，如果是全自動控制工作方式，則先是上料系統(tǒng)過程工作，后配料、卸料系統(tǒng)過程工作。

圖1 系統(tǒng)總工藝流程方框圖

2 系統(tǒng)控制方案

本系統(tǒng)主要采用PLC、觸摸屏、可編程稱重控制器、稱重傳感器控制。PLC采用臺達DVP－ES2主 機 心，加 DVP32XP200R 和DVP24XP200R擴展模塊，觸摸屏采用威綸通觸摸屏MT6100I，稱重控制器采用MC700可編程稱重控制器，稱重傳感器采用GM－H8C。共有被控對象24個。其中主要的被控對象有給料電動機10臺、皮帶電動機7臺、振動器電動機6臺等。需要輸入點60個。PLC與其相應(yīng)的電控主電路安裝在電氣控制柜里，控制現(xiàn)場信號。控制柜柜面安裝觸摸屏HMI進行監(jiān)控調(diào)節(jié)，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、時間設(shè)置、配料調(diào)整參數(shù)、報警信息等，以提高系統(tǒng)安全運行的可靠性［5］。根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)實際工作過程，設(shè)計了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖(如圖2所示)，并列出輸入(如表1所示)、輸出(如表2所示)端口地址分配表。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖

表1 PLC輸入地址分配表

表2 PLC輸出地址分配表

3 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計

系統(tǒng)監(jiān)控軟件分為觸摸屏人機界面、PLC控制軟件和PWC可編程稱重控制器設(shè)定3部分。觸摸屏程序通過RS—232直接通信訪問和修改PLC變量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)、存儲和顯示等功能;PLC程序?qū)崿F(xiàn)邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與執(zhí)行控制等功能;PLC與MC700的數(shù)據(jù)交換，設(shè)定物料計重量的計量值。

3.1 觸摸屏界面設(shè)計

采用人機接口，更加直觀地了解設(shè)備運行狀況及參數(shù)值，而操作簡單，也便于調(diào)試。觸摸屏監(jiān)控界面軟件采用EB8000V451編程，是一款功能相當強大的觸摸屏人機界面設(shè)計軟件，為人機界面設(shè)備創(chuàng)建操作員面板、配置操作參數(shù)和根據(jù)監(jiān)控軟件實現(xiàn)具體功能［4］。通過觸摸屏還能對被控設(shè)備進行實時控制，如在線設(shè)置系統(tǒng)的某些工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)延時時間和不同粉狀物料的配方等，用圖形、數(shù)值實時顯示現(xiàn)場被控設(shè)備的運行情況以及狀態(tài)參數(shù)的實時畫面監(jiān)視，使生產(chǎn)工作人員快速了解整個系統(tǒng)主要的設(shè)備運行情況。主監(jiān)控觸摸屏界面如圖3所示。本軟件設(shè)計了以下界面:

(1)主監(jiān)控界面可直觀地顯示整個物體配料控制系統(tǒng)的工作狀況、物料配方方式和配料斗缺料的報警，底部為頁面切換按鈕。從主監(jiān)控界面單按下不同的按鈕，可分別進入不同的子界面;

(2)配方界面可進行不同粉狀物料的配方，如圖4所示;

(3)歷史記錄界面記錄物料配方的方式、日期、時間、序號和各種粉狀物料重量;

(4)時間設(shè)置界面設(shè)置系統(tǒng)每個工作過程延時時間參數(shù)的設(shè)定(如給物料、振打、循環(huán)延時時間參數(shù)的設(shè)定)。

3.2 PLC程序設(shè)計

PLC采用臺達DVP－ES2系列，用ISPSoft_V2.30軟件編程，是臺達新一代編輯軟件，將程序架構(gòu)以模塊化方式編輯，支持梯形圖、功能塊等多種編輯模塊，已制作完成的功能塊可重復(fù)利用，在大型專案的制作上更能節(jié)省開發(fā)時間。梯形圖的設(shè)計除了能準確實現(xiàn)系統(tǒng)需要的功能外，同時還要和觸摸屏設(shè)計相結(jié)合［6］。在PLC程序設(shè)計中主要分為兩部分:(1)實現(xiàn)對MC700可編程稱重控制器稱重數(shù)值控制功能;(2)實現(xiàn)對系統(tǒng)工藝流程的順序控制功能，以配、卸料系統(tǒng)軟件設(shè)計為例(如圖5所示)。

圖5 配、卸料系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.3 PWC可編程稱重控制器設(shè)定

PWC的中文名字是可編程稱重控制器，是一種采用模塊化設(shè)計、可分布式結(jié)構(gòu)的稱重系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于各式各樣的稱重現(xiàn)場。本系統(tǒng)選配MC700功能模塊，組建成高性價比的系統(tǒng)。它根據(jù)各個開關(guān)量的輸入輸出狀態(tài)進行邏輯判斷，把動作輸出信號如模擬量輸出、開關(guān)量輸出傳到控制設(shè)備。主要用于對重量的測量，用于現(xiàn)場開關(guān)量的輸入和輸出，輸入節(jié)點連接設(shè)備的無源接點(干接點)，如按鈕輸入、行程開關(guān)、接近開關(guān)等，輸出節(jié)點是繼電器輸出，接點容量為AC 250 V 5 A，DC 30 V 5 A，可以驅(qū)動交流接觸器，電磁閥等。

MC700與PLC的通信方式采用工業(yè)設(shè)置為RS—485通信，接485接口A信號端子上，地址設(shè)置1，設(shè)置為9 600 bit/s傳輸速率，8 bit數(shù)據(jù)長度，1 bit停止位，偶校驗。RS—485通信波特率和通信距離在同一通信網(wǎng)路中，系統(tǒng)必須使用同一種波特率，可根據(jù)現(xiàn)場情況選取合適的通信距離和對MC700的參數(shù)在“COM”模塊的菜單模式下設(shè)置參數(shù)值和查看參數(shù)值。建立通信后PLC執(zhí)行WRITE VAR和READ VAR通信指令實現(xiàn)與MC700的數(shù)據(jù)交換，確保了物料計重量的計量達到設(shè)定值。

4 結(jié)束語

根據(jù)功能要求，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，各功能模塊間采用總線式連接，模塊可以靠近設(shè)備安裝，減少現(xiàn)場布線、故障率低、抗干擾能力強、維護保養(yǎng)容易等優(yōu)勢，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性;通過在觸摸屏對物料的配方設(shè)定，同時從觸摸屏實時運行監(jiān)控反饋的數(shù)據(jù)來看，設(shè)定值與反饋值的誤差在0.5%以內(nèi)，能夠準確的對單個物料或多個物料稱重，并輸送至安裝好的輸送機開始輸送作業(yè)，達到了物料配方的要求，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的稱重準確性和實時性。基于PLC及觸摸屏技術(shù)配料控制系統(tǒng)運行一年多來，穩(wěn)定可靠性、稱重準確性和實時性達到了設(shè)計與應(yīng)用目標，自動化程度高，減輕了工作者的勞動強度，提高了作業(yè)效率。

［1］杜曉滔.基于PLC和串行通信的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)［D］.武漢:武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，2008.

［2］管洋，王碩豐，胡逢源.觸摸屏在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.機電設(shè)備，2007(6):16－19.

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