| 基于PLC的電解液自動稱重計量配料系統 | 2020-01-15 |
| 摘要:利用三菱公司生產的微型PLC-FX3UC和微型計算機,結合氣動、稱重模塊以及位置控制等技術,實現了對電解液液體的自動稱重計量。文中主要介紹了配料系統的硬件及軟件設計,并提供了主要的硬件原理圖和軟件框圖。該配料系統功能、實用,具有良好的應用前景。 1引言 某電解液生產公司,液體的稱重計量是采用人工來實現的,不僅效率低、消耗人力,而且由于每條生產線的液體生產速度每分鐘超過60片,人工稱重只能稱一小部分,所以總有一些次品流入下一道生產工序,從而降低了成品的合格率,增加了生產成本。本文介紹的基于PLC控制的液體自動稱重計量配料系統,提高了液體生產線的自動化程度和效率,降低了成品的次品率,從而提升了企業產品的市場競爭力。本配料系統適用于AA、AAA、18系列和17系列電解液的數十種規格液體的自動稱重計量,即能夠自動稱重計量的液體的參數數據為:長度范圍60～175mm,寬度范圍20～70mm,厚度范圍0.2～0.5mm,質量范圍8.00～60.00g,稱重的精度可以達到0.01g,每分鐘可以稱重液體60～80片。 2配料系統的組成及控制過程 2.1配料系統的組成 根據設備和工藝要求,自動稱重計量配料系統包括電氣部分和機械部分,其中電氣部分包括計算機、PLC、各種稱重模塊、電磁閥和電機等,計算機用于對整個配料系統的監控,PLC為配料系統的控制核心;機械部分包括初始運輸帶、1～4供料運輸帶、合格與非合格以及未稱重液體收料運輸帶、收料盒、各種氣缸和導軌以及支架等。 總體結構控制框圖如圖1所示。 2.2控制過程 ①剪裁機以每分鐘60～80片的速度裁下的液體經由初始運輸帶運送至1工位供料運輸帶,PLC通過1工位上的光電開關檢測到液體后,判斷1稱重稱重模塊上小盒是否為空和到位準備好。 ②如果小盒為空且到位準備好,則1工位電磁閥動作,氣缸下拉運輸帶,液體掉入1工位稱重稱重模塊上的小盒中,實現稱重過程,稱重數據傳入PLC。 ③稱重完畢,根據所稱液體為合格、偏輕、超重,導軌汽缸拉動小盒分別至合格片、輕片和重片收料運輸帶,液體由收料運輸帶運送至相應的收料盒中。 ④如果1工位小盒沒有準備到位或者小盒中有液體,則液體直接運送至2號工位供料運輸帶,判斷如果2稱重稱重模塊上小盒到位且準備好,則控制過程同②和 ③,否則轉入第⑤步。 ⑤2工位小盒沒有準備到位或者小盒中有液體,則液體直接運送至3號工位供料運輸帶,判斷如果3稱重稱重模塊上小盒到位且準備好,則控制過程同②和③,否則轉入第⑥步。 ⑥3工位小盒沒有準備到位或者小盒中有液體,則液體直接運送至4工位供料運輸帶,判斷如果4稱重稱重模塊上小盒到位且準備好,則控制過程同②和③,否則轉入第⑦步。 ⑦4工位小盒沒有準備到位或者小盒中有液體,則液體直接運送至未稱重收料運輸帶,運送至未稱重收料小盒中。 3控制配料系統硬件設計 3.1上位機 上位機采用微型計算機用于對整個控制配料系統的監控。它主要實現的功能有: 1)顯示功能:電解液型號及液體的規格與質量、設備運行狀態、操作模式、報警顯示等功能; 2)報警處理功能:記錄報警發生時間、報警內容 (包括設備本身故障和不合格液體過多故障等); 3)報表生成功能:報表記錄每種規格液體的數量和質量信息,并隨機抽取一批數據自動繪制X～R質量控制圖,包括時報、日報和月報等,均存入微機硬盤,以備查驗; 4)操作控制功能:對電解液型號及液體規格等參數進行修改,根據界面上的按鈕可以對設備進行操作,包括配料系統的自動/手動切換、啟動/停止以及手動狀態下對現場設備動作的操作; 5)管理權限:實現不同級別的配料系統管理權限,配料系統操作員可以選擇液體規格,操作設備,查看報表及X～R質量控制圖等;配料系統工程師可以對監控軟件和下位機軟件進行修改。 3.2下位機 下位機為配料系統控制的核心,采用PLC及其擴展模塊組成,其硬件結構配置如圖2所示。 1)配料系統主控核心采用三菱公司生產的微型可編程控制器FX3UC-32MT-LT,在三菱公司生產的微型可編程控制器中,這款PLC功能大,指令運行速度,而且它能夠實現復雜的數據處理和運算,自帶的RS422接口可以直接用來對PLC程序進行編寫,調試和監控,自帶的RS232接口可以直接和上位機通信,不需要另外加擴展通信模塊。它本身自帶的16個輸入點和16個輸出點的響應速度快,即每個點的響應時間不超過2毫秒, 輸入輸出點最多可擴展到256個點。這款PLC的基本指令執行速度僅為0.065微秒/條,每條應用指令的執行時間最長的也僅為十幾微秒,能夠滿足本配料系統控制對時間的嚴格要求。 2)擴展輸入輸出模塊:選用三塊16點的數字量輸入單元FX2N-16EX、二塊16點的數字量輸出單元FX2N-16EYR和一塊 4點的模擬量輸入單元FX3UC-4AD。數字量的輸入輸出點用于對配料系統的開關量檢測和控制,模擬量輸入單元用于檢測稱重信號。 1)電源單元:選用FX3UC-1PS-5V電源模塊給主控核心FX3UC-32MT-LT和模擬量輸入單元FX3UC-4AD供電,采用24V開關電源給FX3UC-1PS-5V電源模塊和數字量輸入輸出擴展模塊供電。 2)變量分配表:本控制配料系統的PLC變量分配情況如表1所示。 4配料系統軟件設計 4.1上位機監控軟件 建立動態數據顯示窗口,用于從PLC實時采集數據,對PLC發出控制命令并監控配料系統的運行等。其功能框圖如圖3所示。 4.2下位機PLC軟件編程 根據生產工藝和控制要求,實現對整個配料系統的自動化控制,配料系統采用PLC梯形圖編程實現各種邏輯順序控制和稱重檢測控制。配料系統軟件控制主程序流程圖如圖4所示。該控制配料系統可以實現自動/手動切換和手動狀態下的各種操作,從而滿足生產要求。 5主要抗干擾措施 5.1采用性能優良的開關電源,抑制電網諧波等因素對配料系統的干擾 電網干擾串入PLC控制配料系統主要通過PLC配料系統的供電電源和變送器供電電源等耦合進入的,所以配料系統采用了性能優良的開關電源以減少供電電源對PLC配料系統的干擾。 5.2電纜的選擇 為了減少動力電纜輻射的電磁干擾,本配料系統采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜,從而降低了動力線產生的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸,信號電纜按傳輸信號種類分層敷設,同時避免信號線與動力電纜靠近平行敷設,以減少電磁干擾。 5.3正確選擇接地點,*接地配料系統 *的接地配料系統是PLC控制配料系統抗電磁干擾的重要措施之一,有一點接地和多點接地等方式。一點接地是指在某一信號線電纜中選用一個點用來接地,多點接地是指在某一信號線電纜中分段多個點同時接地。本配料系統采用一點接地方式。 6結束語 該配料系統有以下幾個創新點:由PLC控制的液體分組同時稱重和計量;PLC與上位機之間信號傳輸可靠性和抗干擾能力強;配料系統的啟動/停止以及自動/手動的控制由上位機直接操作控制,減少了本配料系統的硬件成本。 該電解液液體自動稱重計量自動控制配料系統經過現場安裝調試,目前運行情況良好,達到了預期工藝要求和經濟效益的目標。配料系統操作簡便、開放性強、性價比高。充分發揮了PLC控制配料系統運行可靠、檢測靈活、維護方便等優點。配料系統的成功應用表明PLC在傳統行業技術改選中是大有作為的。 | |
