基于PLC與稱重模塊的配料系統的研究與開發

李冰

摘要：該文介紹了一種以維控LEVI7080觸摸屏為顯示單元，維控LX3V-1616MT可編程序控制器和LX3V-2WT稱重模塊為運算處理單元的配料稱重系統的工作原理及校準方法，闡述了配料稱重系統的主程序設計流程及相關程序，經實際應用表明，基于PLC與稱重模塊的配料稱重系統具有運行穩定，稱重準確，操作簡便的優點。

關鍵詞：稱重模塊;配料稱重系統;運算處理單元

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）26-0223-02

1 前言

耐火材料是高溫工業生產過程中必不可少的基本材料，其在鋼鐵及有色金屬等冶金行業，石化、玻璃、陶瓷加工生產領域中起著不可替代的重要作用，耐火材料質量的好壞將決定其生成的產品質量的優劣。在耐火材料的生產過程中，配料是其生產工藝的重要環節，配料生產中各個原材料的重量值將直接影響耐火材料的耐火效果。傳統的配料生產采用的是人工配料的形式，手工稱量各種原材料的重量后混合攪拌，工序煩瑣，計量不精確，配料的數據記錄不方便，效率低下，同時耐火材料的粉塵對工人的危害較大。隨著耐火材料需求量的增加，人工配料的生產方式已經很難在配料效率和精度上滿足生產需求。因此，設計研發現代化、高精度自動配料系統迫在眉睫。

目前，國內外在自動配料系統中應用的控制方式主要有兩大類：單片機控制和可編程控制器PLC 控制[1]。單片機控制系統廣泛地應用于各類工業生產領域，單片機稱量配料系統是以單片機為運算和控制單元，通過模數轉換將重量信號傳遞給單片機，經計算后通過數模轉換將控制信號傳遞給被控對象（電機或氣動單元），最終完成自動配料稱重。但是由于耐火材料的生產環境極其惡劣，對單片機的性能要求十分苛刻，同時單片機的開發成本較高和周期相對較長。 隨著數字控制技術、計算機技術及微電子技術的高速發展， 可編程控制器PLC在邏輯運算速度、通訊及控制等方面有了突飛猛進的提高，在電氣控制、變頻器控制、智能控制等機電一體化領域發揮了舉足輕重的作用。可編程控制器的抗干擾能力極強，能夠在環境較為惡劣的工況下連續工作，同時其擴展能力非常強大，輸入端通過稱重模塊精準的采集配料重量，經PLC高速運算后，可直接通過輸出端控制被控對象（電機或氣動單元）。為了提高配料稱量精度，同時實現配方設定，計量統計等可視化人機操作界面，設計了一套基于維控LEVI7080觸摸屏為顯示單元，維控LX3V-1616MT可編程序控制器和LX3V-2WT稱重模塊為運算處理單元的自動配料系統，通過控制氣動格柵控制下料的速度，控制傳送帶來完成配料生產。

2 配料系統的開發

2.1 配料系統工作流程

配料系統由6個錐形原料倉組成，每個原料倉下端安裝4個稱重傳感器，采用減重式計量方法。原料倉的出料口依據耐火材料的配料不同，分別采用氣動格柵和螺旋給料機進行下料。整個配料系統由一個傳送帶將下料口出來的指定重量的原材料運輸到混料倉。操作流程如下：首先標定稱重傳感器并進行去皮操作，然后給6個料倉分別加滿原料，在觸摸屏設定6個倉的配料重量，啟動配料系統，可以6個倉依次下料，也可以6個倉同時下料，下料的同時稱重傳感器將重量信號實時的傳輸給PLC，PLC與設定值比較，控制下料口完成快加、慢加、停加操作，傳送帶一直運轉，直到下料口停止工作后30S停止運轉，配料完畢，進入混料攪拌生產。

2.2 配料系統主要功能

傳感器的校準標定：配料前對傳感器的零點跟蹤、濾波方式、重量校準等參數進行設定。重量標定步驟是先按清零，在放置砝碼，設定砝碼重量，最后標定，建議砝碼重量不要超過60公斤。

物料參數的設定：設定每種物料的名稱，物料目標重量;粗加提前值=目標值-粗加量;精加提前值=目標值-精加量。

配料系統的控制方式：配料系統分為依次配料和同時配料兩種方式，同時設有手動、自動、啟動、停止、急停等按鈕。依次配料啟動后，可在觸摸屏上選擇依次下料的料倉。在配料過程中，如果按下停止按鈕，配料系統會停止下料，傳送帶會在30s后停止，再次按下啟動按鈕后，配料系統會繼續完成上次未完成的下料工作。如果配料過程中，出現緊急情況，可按下急停按鈕，急停按鈕分別設置在料倉的兩側各一個，便于工作人員及時操作，系統立即停止工作。

配料實時顯示：配料系統的觸摸屏實時顯示每個料倉的原材料重量值，同時顯示當前料倉的配料動作，傳送帶、氣動格柵和螺旋給料機的運行狀態。同時會根據對料倉的缺料及變頻器的工作異常發出報警功能。

配方選擇及數據記錄功能：整個配料系統可根據不同的耐火材料設置36組不同的配方，操作人員可根據配料情況進行配方選擇，同時設置了密碼管理，避免配方泄露。配料系統實時記錄配料的使用情況，其中包括各種原材料的總重量，配料成品的總重量，配料工人的配料總量，可按天或按月提取，便于結算和統籌。

2.3 配料系統的觸摸屏界面開發

觸摸屏是實現設備操作人員和配料稱重系統之間的人機交互界面，操作人員可通過觸摸屏實時了解系統的運轉情況、原材料的剩余情況、系統的報警狀況等;觸摸屏可對配料系統的稱重傳感器數據以及限位開關等數據進行實時采集、保存，以便后期查詢，進而實現了數據的安全性和可讀性。本系統設計的觸摸屏界面主要分為：主界面-用于顯示配料系統全部功能觸摸按鍵;系統校準標定界面-用于設定傳感器零點漂移、濾波系數及校準標定;系統監控界面-設定配料系統的啟動、停止、復位、依次和同時下料選擇等功能，并實時顯示各個原料倉的物料剩余情況;同時監控傳送帶運轉及混料倉的實時位置;配料設定界面-用于設定各個原料倉的下料重量、快加值、慢加值、倉位的選擇等功能;配方界面-用于設定耐火材料配方的名稱、原材料的種類及重量;統計界面-用于顯示當天、當月的配料總數、某個原材料的消耗總數、某個操作工人的配料總數等數據。

2.4 配料系統的PLC程序開發

配料控制系統是由PLC與稱重模塊通訊來完成數據傳輸的，因此通訊程序作為主程序的第一步;第二步完成通訊連接后進行傳感器校準子程序;第三步進行重量采集，由觸摸屏設置配料參數，PLC調用快加下料子程序，當與觸摸設定慢加值一致時，PLC調用慢加子程序。在此期間傳送帶始終運行直到配料結束后30S。配料系統可由觸摸屏設置依次配料或同時配料，設定后PLC根據設定結果調用相應的子程序。

2.5 提高配料稱重系統精度的有效方法

由于耐火材料部分原材顆粒度很小，黏度很大，極易粘黏在原料倉的內壁上，影響下料速度，需在原料倉下料口上方外壁處安裝振動器，可有效地防止內壁粘料的情況，從而保證下料速度。

由于料倉的在下料時會導致料倉晃動，因此在傳感器安裝時應選擇標準的安裝配件，精準的測量安裝位置，使4個傳感器合理的分配全部料倉重量，在安裝時采用3只固定安裝，1只浮動安裝的安裝方法。

下料速度的快慢是影響下料精度的重要因素，下料速度的快慢是由PLC控制螺旋給料機來實現的，因此控制螺旋給料機的控制方式十分重要，經試驗論證采用PLC控制變頻器的方式效果最佳，同時可通過更改變頻器的參數來控制電機的停車快慢。

由于變頻器對系統的干擾較大，因此在傳感器信號傳輸過程中，應采用帶屏蔽的功能的接線盒，并對變頻器控制柜做好接地處理。

3 結論

為了驗證本設計配料稱重系統的可行性及精準度，在大石橋某耐火材料廠涂抹料生產線上實際應用了本系統，運行之后的效果每1000公斤的涂抹料配料中，誤差不超過5公斤，滿足耐火材料的配料要求，由此可以看出本文設計的耐火材料的配料稱重系統大大提高了生產效率及配料精度。

參考文獻

[1] 田智慧，張永勝，王國平.自動稱量配料控制系統設計[J].包裝工程，2009（1）.

[2] 李亮，郁書中.PLC控制耐火材料配料系統的設計[J].耐火材料，2011（6）.

【通聯編輯：朱寶貴】