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甥叶赫那拉
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1 基于 PLC 控制的自动配料系统研究与应用 1 何瑞贾磊 HeRui JiaLei (1 黄河水利职业技术学院, 河南, 开封,475001) 摘要 : 自动配料系统的恒流量控制采用 PID 调节, 流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合依据系统工艺流程介绍了配料系统的流量控制方式和系统控制过程, 详细讲述了 PLC 的选型及 PLC 配料系统变频控制中的硬件设置参数设定和软件设计过程关键词 : 自动配料 ;PLC; 控制 ; 变频调速 Research and application of automatic dosage system based on control of PLC HeRui JiaLei Abstract: The auto-dispensation system permanent flow control uses the PID adjustment,the current capacity measurement control is measures the deviation and the frequency conversion velocity modulation union. Introduces the flow-control mode and control process of the system based on the systems manufacturing process of the allocation. This essay also illustrates the hardware setting and software designing of PLC selection, frequency conversion control of allocation system in detail. Key words: Auto-dispensation System; PLC; Control; Frequency conversion velocity modulation 0. 引言自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序, 配料工序质量对整个产品的质量举足轻重自动配料控制过程是一个多输入多输出系统, 各条配料输送生产线严格地协调控制, 对料位流量及时准确地进行监测和调节系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络, 通过现场总线连接现场仪器仪表控制计算机 PLC 变频器等智能程度较高处理速度快的设备在自动配料生产工艺过程中, 将主料与辅料按一定比例配合, 由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量 PLC 主要承担对输送设备秤量过程进行实时控制, 并完成对系统故障检测显示及报警, 同时向变频器输出信号调节皮带机转速的作用 1. 自动配料系统的构成该自动配料系统由 5 台电子皮带秤配料线组成, 编号分别为 1# 2# 3# 4# 5#, 其中 1#~ 4# 为一组,1# 为主料秤, 其余三台为辅料秤当不需要添加辅料时,5# 电子秤单独工作输送主料系统具有恒流量和配比控制两种功能对于恒流量控制时, 电子皮带秤根据皮带上物料的多少自动调节皮带速度, 以达到所设定流量要求以主秤 (1#) 系统工艺流程来分析, 工艺流程如图 1 所示自动配料系统加电后, 皮带驱动电机开始旋转, 微处理机根据当前操作控制电机转速料斗中的物料落在落料区, 经皮带运送到达称重区, 由电子皮带秤对皮带上的物料进行称重称重传感器根据所受力的大小输出一个电压信号, 经变送器放大, 输出一个正比于物料重量的计量电平信号该信号送至上位机的接口, 经采样后并转换成一个流量信号, 在上位机上显示当前流量值同时将此流量信号送至 PLC 接口, 与上位机设定的各种配料给定值进行比较, 然后进行调节运算, 其控制量送至变频器, 以此来改变变频器的输出值, 从而改变驱动电动机的转速调整给定量, 使之与设 1 基金项目 : 河南省科技攻关基金项目 ( )

2 定值相等, 完成自动配料过程图 1: 系统工艺流程流量就是一定时间内皮带上走过的物料量电子皮带秤称量的是瞬时流量, 上位机给出的是设定流量, 二者在实时计量中有所偏差在流量实际控制中采用工业控制中应用最为广泛的 PID 调节, 根据流量偏差, 利用比例积分微分计算出控制量进行控制, 控制量输入和输出 ( 误差 ) 之间的关系在时域中可用公式表示如下 : 1 = + t Td de( u( k p e( e( d( + T 0 i dt 公式中 e( 表示误差控制器输入,u( 是控制器的输出,kp 为比例系数,Ti 为积分时间常数, T d 为微分时间常数图 2 为系统流量 PID 闭环调节结构图在生产过程进行自动调节时, 以主料成分的流量计量为依据, 根据生产工艺要求通过上位机设定出总流量及主辅料配比参数, 按配方比例掺杂其余辅料流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合, 具有结构简单稳定性好工作可靠和调整方便等优点 2. 系统控制流程图 2: 流量 PID 闭环调节当系统开始工作时, 启动配料生产线首先系统程序进行初始化, 通过上位机或触摸屏设置配料配比, 检查料斗有无物料若无物料, 向料斗送料, 启动配料生产线, 由电子皮带秤进行称重并实时计量,CPU 计算得实时流量及累计流量若设定流量与实际流量有偏差, 调节器根据系统控制要求比较设定值与实际流量的偏差, 经 PID 调节改变输出信号以控制变频器对输送电机的速度调节, 从而实现恒流量控制根据配比各辅料同时混合计量, 并按配方工艺要求添加系统主程序控制流程如图 3 2

3 开始初始化预置配比料斗送料料斗有料? Y 启动生产线 N 皮带机运行实时计量流量累计添加辅料结束流量偏差 PID 调节变频器 3.PLC 控制系统硬件设置图 3: 系统主程序控制流程系统中主辅料秤由可编程控制器 (PLC) 和上位机实现两级控制现以 1#~4# 四台电子皮带秤的 PLC 控制分析为例, 每一电子皮带秤有一台皮带驱动电机, 两个料位传感器, 一个速度传感器, 一个称重传感器, 一台变频器, 它们构成了被控对象电动机的启停由开关量控制,PLC 数字量输出信号作为变频器的控制端输入信号, 经变频器调制输出高频脉冲给皮带驱动电机料位传感器检测料斗有无物料, 速度传感器测量电机的转速系统需 8 个数字量输入信号,25 个开关量输入信号和 24 个开关量输出信号,I/O 点总数量为 57 I/O 点数量和类型如表 1 所示表 1: PLC I/O 口数量和类型 I/O 类型数字量输入点数开关量输入点数开关量输出点数流量信号 4 按钮 3 电磁阀 4 速度信号 4 料位传感器 8 信号灯 8 信号变频器故障 4 接触器 9 类型变频器运行 4 变频器调速信号 3 自动手动切换开关 SA 2 跑偏检测电位器 RP2 4 小计总计 33/ CPU 及输入输出模块选择西门子公司的 SIMATIC S7-/300, 属于模块化小型 PLC 系统, 各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统根据系统被控对象的 I/O 点数以及工艺要求扫描速度自诊断功能等方面的考虑, 选用 SIEMENS 公司 S7-300 系列 PLC 的 CPU 315-2DP CPU 315-2DP 是唯一带现场总线 (PROFIBUS) SINEC L2-DP 接口的 CPU 模板, 具有 48KB 的 RAM,80KB 的装载存储器, 可用存储卡扩充装载存 3

4 储容量最大到 512KB, 最大可扩展 1024 点数字量或 128 个模拟量根据统计出的 I/O 点数选择一个直流 32 点和一个 16 点的 SM321 数字量输入模块和一个 32 点 SM322 继电器输出模块 3.2 变频器选型及其功能设定三菱公司提供了 FR-A540 系列变频器与该公司的标准电机相匹配时的技术参数采用三菱的标准电机,1# 皮带机额定功率 2.2KW,2~4# 皮带机额定功率为 0.4KW, 额定电压 380V, 额定电流 5A, 转速 1420r/ min, 调速范围 120~1200r/min 三菱 FR-A540 变频器自带有 PID 调节功能, 根据自动配料系统生产工艺要求进行 PID 控制, 需要检测设定的部分参数设定如下 : 1 Pr.1=50 Hz, Pr.2= 5 Hz, 本系统 Pr.18=120 Hz 不变 2 Pr.19=9999, 与电源电压相同 3 Pr.7=2s, 加速时间 (7.5K 以下出厂设定值 5s,0~3600s/0~360s) Pr.8=2s, 减速时间 (7.5K 以下出厂设定值 5s,0~3600s/0~360s) 4 Pr.9 由电机额定值决定 5 Pr.14=0, 适用恒转矩负载 6 Pr.79=3, 外部 /PU 组合操作模式 7 Pr.183=8, 实现 RT 开关 =REX 开关 8 Pr.128 Pr.129 Pr.130 Pr.131 Pr.132 Pr.133 Pr.134 根据现场 PID 调节具体要求来设定 4.PLC 控制系统软件设计 STEP 7 是西门子的 S7-300 系列 PLC 所用的编程语言, 它是一种可运行于通用微机中, 在 WINDOWS 环境下进行编程的语言通过 STEP 7 编程软件, 不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程, 并通过转接电缆可直接送入 PLC 的内存中执行, 而且在调试运行时, 还可在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断情况, 甚至进行在线修改程序中变量的值, 给调试工作也带来极大的方便 STEP 7 将用户程序分成不同的类型块程序块分为两大类 : 系统块和用户块用户块包括 : OB= 组织块,FB= 功能块,FC= 功能,DB= 数据块主程序可以放入组织块 (OB) 中, 而子程序可以放入功能块 (FB 或 FC) 中在本系统中,PLC 的主要任务是接受外部开关信号 ( 按钮继电器触点 ) 和传感器产生的数字信号的输入, 判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器继电器电磁阀等器件, 以完成相应的控制任务除此之外, 另一个重要的任务就是接受工控机 ( 上位机 ) 的控制命令, 以进行自动配料控制自动配料程序共有 OB 1 及 FC1 至 FC6 等 7 个块 OB1 是主程序, 通过 6 个 CALL 调用语句, 依次调用 FC1 至 FC6 等功能模块, 达到组织整个程序的目的程序中 6 个功能块的任务分配如下所示 : FC l 负责系统开始运行以及运行方式的设定 ; FC2 负责对系统的停止 ; FC3 负责计量泵和计量泵配比控制 ; FC4 负责故障事故处理控制 ; 4

5 FC5 负责对变频器的控制 ; FC6 负责指示灯的显示控制 5. 结束语 PLC 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通过对皮带电动机的变频调速, 达到节约能源和提高配料精度本文的创新点是 : 自动配料系统采用 PLC 控制方案, 具有功能强大方便灵活可靠性高低成本易维护等优点, 大大提高了配料精度, 便于计量的微机化控制, 实现网络化生产管理, 通过投产使用取得了良好的经济效益此项目的经济效益为 20 万元参考文献 : 1. 吴玉厚, 潘振宁, 张坷.MAC 控制器中 PID 调节的应用 [J]. 沈阳建筑下程学院学报 ( 自然科学版 ) 第 20 卷第 2 期 : 王志刚, 许晓鸣. PLC 在白动配煤控制系统中的应用 [J]. 电气传动 : 于庆广. 可编程控制器原理及系统设计 =Theory and System Design of Programmable Controller.[M] 北京 : 清华大学出版社张桂香, 张志军.PLC 的选型与系统配置 [J]. 微计算机信息 : 章皓, 王先忧, 应力刚. 可编程控制器在配料自动控制系统中的应用 [J]. 机电工程 : MITSUBISHI 三菱 FR-A540 系列变频器手册作者简介 : 何瑞 (1969~) 女, 汉族, 讲师, 大连理工大学硕士, 主要研究自动化控制机械电子工程贾磊 (1975-) 男, 汉族, 讲师, 大连理工研究生在读, 主要研究计算机控制机械电子工程 Biography: HeRui(1969-) Gender: Female (Han Nationality) The Dalian technical graduate,main research automatic control Mechanical electronic engineering Mechanical electronic engineering. Jialei(1975-) Gender: Male (Han Nationality) The Dalian technical graduate students are reading,main research computer control Mechanical electronic engineering Mechanical electronic engineering. 5

Microsoft Word - 工矿企业电气工程师手册P91例高压网络三相短路计算.do

Microsoft Word - 工矿企业电气工程师手册P91例高压网络三相短路计算.do 工矿企业电气工程师手册 P91 例高压网络三相短路计算 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 工矿企业电气工程师手册 P91 例高压网络三相短路计算菲律宾 BANAOANG 泵站工程 91 运行方式高压网络三相短路计算审查者: 校核者: 日期: 日期: 计算者: 日期: 1.网络结构数据高压网络总数: 12 高压网络节点总数: 7 2.基本数据 2. 1 基准值基准功率: