基于PLC的自動混配料控制系統(tǒng)

孟慶祥 姜永成 朱光強(qiáng) 張秀華 朱世偉

(佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

基于PLC的自動混配料控制系統(tǒng)

孟慶祥 姜永成 朱光強(qiáng) 張秀華 朱世偉

(佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

針對混配料機(jī)組計(jì)量精度不高、效率低、維修量大、對物料要求嚴(yán)格、人機(jī)界面差、擴(kuò)展功能低及無統(tǒng)計(jì)查詢管理功能等問題，將PLC、組態(tài)技術(shù)和精確稱重技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套自動混配料控制系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)，硬件配置和軟件流程。驗(yàn)證結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠自動、快捷、精確、可靠地實(shí)現(xiàn)按配方生產(chǎn)。

自動混配料控制系統(tǒng) PLC 組態(tài) 精確稱重技術(shù)

傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程中，是由工人根據(jù)生產(chǎn)要求，計(jì)算每種物料的配料比例，并根據(jù)計(jì)算出的比例手動控制每種物料的下料量，來滿足生產(chǎn)要求[1]。當(dāng)生產(chǎn)條件或環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，需再次計(jì)算每種物料的配比，再次分別設(shè)定下料量。操作流程復(fù)雜、耗時(shí)長、效率低、計(jì)量精度低且容易出錯(cuò)，同時(shí)生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2,3]。因此，自動混配料控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[4]。目前，全自動混配料控制系統(tǒng)在化工、冶金、建材及有色金屬等行業(yè)中應(yīng)用廣泛，是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是對連續(xù)供料要求嚴(yán)格的行業(yè)，其控制過程配比精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益。

在此，筆者將PLC、組態(tài)和精確稱重技術(shù)結(jié)合，利用穩(wěn)定的變頻調(diào)速進(jìn)料機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要智能配方生產(chǎn)、全自動控制物料輸送、實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)流程，并集統(tǒng)計(jì)、查詢、管理及報(bào)警記錄等功能為一體的全自動混配料控制系統(tǒng)[5,6]。

1 系統(tǒng)組成

自動混配料控制系統(tǒng)具有按設(shè)定配方對粉粒或液體物料進(jìn)行稱重混合并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。一般的工業(yè)自動混配料控制系統(tǒng)由進(jìn)料部分、稱量部分、排料設(shè)備、配料控制系統(tǒng)和校稱系統(tǒng)組成[7]。所有設(shè)備均根據(jù)現(xiàn)場工藝條件、物料性質(zhì)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)與選定：

a. 進(jìn)料部分。執(zhí)行從料倉或儲罐向稱重設(shè)備中加料的流程。依據(jù)物料的物理性質(zhì)，可選用單(雙)速電磁閥、螺旋給料機(jī)及電磁振動給料機(jī)等不同的進(jìn)料設(shè)備。

b. 稱量部分。由表、稱量斗、傳感器、接線盒和標(biāo)準(zhǔn)連接件組成，完成物料的稱量和誤差檢測。

c. 排料設(shè)備。通常由螺旋給料機(jī)、電磁振動給料機(jī)、電(氣)動閥及排空閥等組成。

d. 配料控制系統(tǒng)。由稱量儀表、PLC、工控機(jī)及其他控制器件等組成。

e. 校稱系統(tǒng)。負(fù)責(zé)定期調(diào)校系統(tǒng)的傳感器，保證系統(tǒng)各傳感器的精度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制要求

自動混配料控制系統(tǒng)啟動后，配料裝置按照配方自動配料，而且配料系統(tǒng)能夠自動關(guān)閉。要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對配料進(jìn)行全程監(jiān)控，包括對配料各階段的數(shù)據(jù)采集、對配料過程的流程控制、突發(fā)狀態(tài)下的報(bào)警及良好的人機(jī)界面等。

2.2控制方案

筆者以3種液體混合為例，根據(jù)系統(tǒng)控制要求擬定設(shè)計(jì)方案。

第一種液體的注入。當(dāng)PLC接通電源后，在觸摸屏上按下啟動按鈕，此時(shí)稱重傳感器會檢測儲料罐中是否有液體，當(dāng)檢測結(jié)果為零時(shí)，相連的電磁閥Y0接通并保持，變頻器控制1號泵使液體A開始流入，當(dāng)液體快要達(dá)到其設(shè)定量時(shí)，PLC控制變頻器油泵減速，直到達(dá)到液體A的設(shè)定量，然后關(guān)閉1號泵和1號閥。同時(shí)打開2號泵和2號閥。

第二種液體的注入。變頻器控制2號泵使液體B開始流入，當(dāng)液體B快要達(dá)到其設(shè)定量時(shí)，PLC控制變頻器油泵減速，直到達(dá)到液體B的設(shè)定量，然后關(guān)閉2號泵和2號閥。同時(shí)打開3號泵和3號閥。

第三種液體的注入。變頻器控制3號泵使液體C開始流入，當(dāng)快要達(dá)到液體C的設(shè)定量時(shí)，PLC控制變頻器油泵減速，直到達(dá)到液體C的設(shè)定量，關(guān)閉3號泵和3號閥。同時(shí)打開排料閥和排料泵，開啟攪拌電機(jī)。排料完成后再重復(fù)上述步驟依次注入新的液體。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

依據(jù)控制方案，設(shè)計(jì)的自動混配料控制系統(tǒng)(圖1)主要由PLC、觸摸屏、稱重傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

圖1 自動混配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4PLC

PLC具有操作簡單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便及自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可大幅提高系統(tǒng)的可靠性和工作效率。因此，采用PLC可較好地解決多種物料自動混配比控制、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)同及通信等技術(shù)難題。

考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、維修的方便性和順序控制的方式，選用開關(guān)量輸入36點(diǎn)、輸出24點(diǎn)的DVP-60 PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的控制單元，其CPU處理速度快，程序容量大；編程和監(jiān)控功能強(qiáng)大，維修簡單；抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格低，性價(jià)比高；指令系統(tǒng)豐富。PLC控制流程如圖2所示。

圖2 PLC控制流程

自動混配料控制系統(tǒng)中，PLC與硬件設(shè)備的電路連接如圖3所示。

2.5軟件部分

自動混配料控制系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

自動混配料控制系統(tǒng)由人工選擇自動/手動控制狀態(tài)。當(dāng)選擇自動狀態(tài)時(shí)，首先檢查電磁閥是否打開，如果打開則報(bào)警，如果關(guān)閉則檢測儲料罐中液體量是否為0。如果儲料罐中液體量為0則啟動相應(yīng)的閥和泵，當(dāng)物料達(dá)到其設(shè)定值后關(guān)閉泵和閥，然后啟動攪拌、排料，程序結(jié)束，進(jìn)入下次循環(huán)。如果系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障則系統(tǒng)自動觸發(fā)報(bào)警。

3 結(jié)束語

筆者將PLC、組態(tài)技術(shù)和精確稱重技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套具有物料全自動混合、精量配送、帶有故障檢測及配方統(tǒng)計(jì)查詢等功能的自動混配料控制系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：該系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)需求，智能識別配方情況，實(shí)現(xiàn)雙速或三速加料、自動順序配料、精確化、智能化混合與攪拌下料控制；基本實(shí)現(xiàn)了無人值守操作，極大地節(jié)省了人力勞動。與傳統(tǒng)混配料系統(tǒng)相比，基于PLC的自動混配料控制系統(tǒng)可靠性高、維護(hù)工作量少、工作速率高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

圖3 PLC與硬件設(shè)備的連接

圖4 系統(tǒng)流程

[1] 都麗紅.對難過濾物料強(qiáng)化過濾技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].化工機(jī)械,2011,38(2):149～154.

[2] 廖雪超,劉振興,阮航.S7-200 PLC與稱重儀的多機(jī)串口通信系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2014,41(4):437～441.

[3] 張華莎.石油化工油品儲罐計(jì)量與測量儀表設(shè)計(jì)方案[J].石油化工自動化，2015，51(5):1～7.

[4] 潘寶霞,賈朝陽.20kt/a聚丙烯擠壓造粒裝置配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].化工機(jī)械,2011,38(1):46～48.

[5] 李勝多.基于組態(tài)技術(shù)和PLC的節(jié)水灌溉控制技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,32(10):167～173.

[6] 張華莎.石油化工油品儲罐計(jì)量與測量儀表設(shè)計(jì)方案[J].石油化工自動化，2015，51(5):1～7.

[7] 孫明革.S7-300 PLC和梅特勒托利多稱重儀表的Profibus通信程序設(shè)計(jì)[J].化工自動化及儀表,2014,41(4):450～452,461.

TH862

A

1000-3932(2016)03-0321-03

2015-11-20(修改稿)

佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(LZZ2014_007,LZZ2015_002)