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| 基于PLC的分布式反應(yīng)罐配料系統(tǒng) | 2020-01-22 |
| 摘要：本文介紹了一個(gè)以PLC為核心的分布式反應(yīng)罐配料系統(tǒng)，給出了稱重配料系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和PL軟件的設(shè)計(jì)方法。 在化工企業(yè)中，許多物料儲(chǔ)存在反應(yīng)罐中，對反應(yīng)罐進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)確計(jì)量顯得十分重要。 目前，許多企業(yè)反應(yīng)罐控制尚處在手動(dòng)操作階段，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，另外，控制品質(zhì)常常受到人為因素（如操作經(jīng)驗(yàn)、工作態(tài)度等）的影響，如計(jì)量精度不穩(wěn)定，容易造成貿(mào)易糾紛。 自動(dòng)配料系統(tǒng)采用PLC作為控制核心對某企業(yè)的反應(yīng)罐控制進(jìn)行了技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)罐自動(dòng)控制，使勞動(dòng)強(qiáng)度有了明顯降低，計(jì)量精度得到有效提高，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 1稱重配料系統(tǒng)功能 稱重配料系統(tǒng)主要功能如下： ⑴稱重配料系統(tǒng)最多能對16個(gè)位置分散的反應(yīng)罐同時(shí)進(jìn) 行控制（首期控制4個(gè)反應(yīng)罐）。稱重配料系統(tǒng)要有良好的擴(kuò)展性，今后擴(kuò)展只需要添加相應(yīng)的硬件設(shè)備并對配料系統(tǒng)軟件進(jìn)行簡單的設(shè)置。 ⑵對每個(gè)反應(yīng)釜的控制主要包括進(jìn)料、發(fā)料和標(biāo)定（標(biāo)定即采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量罐對稱重模塊的計(jì)量精度進(jìn)行檢測，每天一次） ⑶稱重配料系統(tǒng)能實(shí)時(shí)得到個(gè)各個(gè)反應(yīng)釜狀態(tài)信息，如溫度、發(fā)料流量、累計(jì)發(fā)料量。 ⑷發(fā)料計(jì)量精度達(dá)到貿(mào)易結(jié)算要求（3‰） 2稱重配料系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 當(dāng)PLC上電自動(dòng)配料系統(tǒng)啟動(dòng)后，機(jī)器中喂料器就開始工作，所攪拌的物料開始下放，在稱重倉會(huì)逐漸加多。經(jīng)過一段時(shí)間后，無聊將附在稱重倉上的兩個(gè)感應(yīng)器覆蓋(即物料的體積達(dá)標(biāo))時(shí)便會(huì)對PLC輸出信號(hào)，PLC將控制系統(tǒng)進(jìn)行下一步，這時(shí)，對應(yīng)感應(yīng)器信號(hào)輸出的喂料振動(dòng)器停止工作，且對應(yīng)皮帶啟動(dòng),經(jīng)過十秒后，清料振動(dòng)器工作，物料開始下放到對應(yīng)傳送皮帶上。將物料送入攪拌倉,當(dāng)物料將附在倉壁上的感應(yīng)器M覆蓋時(shí),同樣對PLC輸出信號(hào)控制攪拌器啟動(dòng)開始攪拌,物料繼續(xù)進(jìn)入攪拌倉,當(dāng)物料將附在倉壁上的感應(yīng)器H覆蓋時(shí),PLC控制送料帶3工作,且10秒后排料門打開,物料開始排出攪拌倉,當(dāng)物料上表面低于感應(yīng)器L的感應(yīng)區(qū)時(shí)開始計(jì)時(shí),100秒后送料帶3停止,物料運(yùn)送完畢；且開始啟動(dòng)喂料振動(dòng)器開始第二個(gè)循環(huán)。由此可知，此程序只要緊要一次啟動(dòng)可以，PLC可以控制其自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。自動(dòng)配料系統(tǒng)良好的接地是保證PLC可靠性工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC的接地線與設(shè)備的接地端相連，接地線的截面積應(yīng)不小于2mm2，接地電阻要小于100Ω。為了有效抑制加在電源和輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接上專用的地線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開；如果達(dá)不到這種要求，也必須做到與其它設(shè)備公共接地，接地點(diǎn)要盡量靠近PLC，嚴(yán)禁PLC與其他設(shè)備串聯(lián)接地。 稱重配料系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)和PLC配料系統(tǒng)組成，采用兩層分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。上位機(jī)負(fù)責(zé)全稱重配料系統(tǒng)的管理和信息綜合，并通過PLC配料系統(tǒng)對個(gè)配料罐進(jìn)行控制。PLC配料系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)的命令對攪拌罐進(jìn)行具體的控制（如發(fā)料和進(jìn)料等），還采集反應(yīng)罐的各種狀態(tài)信息（如物料流量和物料溫度等）提供給上位機(jī)。每一臺(tái)PLC配料系統(tǒng)控制一個(gè)反應(yīng)罐，PLC配料系統(tǒng)通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)相聯(lián)。該稱重配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，擴(kuò)展方便，功能完備。 根據(jù)應(yīng)用稱重配料系統(tǒng)的特點(diǎn)，自動(dòng)配料系統(tǒng)PLC選用西門子SIMATICS7-200系列PLC配料系統(tǒng)作為控制器。西門子SIMATICS7-200系列PLC配料系統(tǒng)具有豐富的內(nèi)置集成功能、強(qiáng)勁的通訊能力和的可靠性，可以獨(dú)立或聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，是一種性價(jià)比很高的PLC配料系統(tǒng)，在工業(yè)及民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 自動(dòng)配料系統(tǒng)PLC不管是控制系統(tǒng)還是操作系統(tǒng)都有著不可比擬的性，因?yàn)樗到y(tǒng)功能十分健全。此次兩料全自動(dòng)攪拌控制系統(tǒng)主要是以中間繼電器、TIM時(shí)間繼電器控制操作的，有著良好的邏輯性能。PLC配料系統(tǒng)可編程控制器，能夠簡單扼要的對各種生產(chǎn)操作進(jìn)行有效的控制。兩料全自動(dòng)稱重?cái)嚢璧牟僮髦匾暩呔鹊呐淞峡刂疲沁m合PLC配料系統(tǒng)控制的操作。對于生產(chǎn)過程中的給料配比通過傳感器的信號(hào)傳感，對PLC配料系統(tǒng)程序的控制有著很高的要求。周全的順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、循環(huán)控制是整個(gè)系統(tǒng)操作的關(guān)鍵。順序控制：在生產(chǎn)過程中離不開順序操作，它是PLC配料系統(tǒng)最基本、泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制對兩料全自動(dòng)稱重?cái)嚢璧幕究刂啤＿\(yùn)動(dòng)控制：在機(jī)械加工行業(yè)，PLC配料系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制，并通過傳感器/稱重模塊的傳感信號(hào)隨時(shí)隨地的調(diào)整機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。定時(shí)控制：PLC配料系統(tǒng)內(nèi)部一定數(shù)量的定時(shí)器通定時(shí)器指令對控制過程中需要定時(shí)處理的操作部件進(jìn)行定時(shí)操作，它使得操作系統(tǒng)更具靈活性的實(shí)用性。循環(huán)控制:PLC配料系統(tǒng)采用循環(huán)掃描方式工作，每個(gè)掃描周期都按順序把每項(xiàng)任務(wù)處理一次，并集中進(jìn)行I/O處理。通過以上幾個(gè)方面的說明，可以看出在PLC配料系統(tǒng)控制系統(tǒng)中有著完備功能應(yīng)用性。自動(dòng)配料系統(tǒng)的性能很好的完成生產(chǎn)技術(shù)中的各項(xiàng)指標(biāo)，從而大大節(jié)約操作人員的時(shí)間和工作量，并且能做到精確的配比、攪拌充分和資源更節(jié)省,是一種高效的控制生產(chǎn)方式。在市場環(huán)境競爭下，誰的成本更低、誰的質(zhì)量越好、誰的高，誰就能取得市場的認(rèn)同，才能在激烈的競爭中獲得更多的優(yōu)勢。為此，對兩料全自動(dòng)控制稱重?cái)嚢璧牟僮饔兄殖渥愕睦碛扇?shí)現(xiàn)PLC配料系統(tǒng)系統(tǒng)控制。 3稱重配料系統(tǒng)配料系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 配料系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。下面對部分模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法簡單作一說明： ⑴初始化模塊初始化模塊完成稱重配料系統(tǒng)初始化等工作。其中參數(shù)初始化程序?qū)ΨQ重配料系統(tǒng)各標(biāo)志位、流量累加量初值進(jìn)行設(shè)置；端口初始化程序?qū)⑺休敵龆丝谥?（即初始狀態(tài)所有控制閥關(guān)閉）；定時(shí)及通信初始化程序?qū)ODBUS通信的波特率、數(shù)據(jù)格式、靜止線定時(shí)、采樣定時(shí)等進(jìn)行設(shè)置。 ⑵采樣模塊采樣模塊讀取各種開關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，為了保證采樣的準(zhǔn)確性，對模擬量的采樣采用了簡單的濾波技術(shù)，即對一個(gè)信號(hào)連續(xù)采樣8次，去除其中的和最小值，將余 下的6個(gè)值的平均值作為該信號(hào)的采樣值。 ⑶通信模塊通信模塊負(fù)責(zé)PLC配料系統(tǒng)與上位機(jī)的通信，是稱重配料系統(tǒng)的核心模塊，它由若干中斷程序組成，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 ⑷命令處理模塊命令處理模塊命令譯碼，稱重配料系統(tǒng)共17個(gè)命令，如進(jìn)料、發(fā)料、標(biāo)定、復(fù)位等。 ⑸配料系統(tǒng)控制模塊完成進(jìn)料、發(fā)料、標(biāo)定等各種操作。稱重配料系統(tǒng)對各個(gè)閥門采用聯(lián)鎖控制，避免誤操作引起物料外泄等事故。 稱重系統(tǒng)主程序只在次時(shí)進(jìn)行配料系統(tǒng)初始化。在每一次掃描中，先判別是否有通信中斷，若有，則調(diào)用命令處理子程序，然后判別采樣時(shí)間是否到，若到，則調(diào)用采樣子程序，若進(jìn)料、發(fā)料等操作需初始及結(jié)束處理，則完成相應(yīng)操作，接著開始新一輪掃描。 4通信協(xié)議 上位機(jī)以輪詢方式訪問各PLC配料系統(tǒng)，傳送命令，對PLC配料系統(tǒng)進(jìn)行控制，通信協(xié)議如下： 02H（報(bào)文頭，1字節(jié)） 0DH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）COMMAND（命令代碼，1字節(jié)）RESERVE（保留，1字節(jié)）PA1~PA4（參數(shù)1，雙字）PB1~PB4（參數(shù)2，雙字）BCC（塊校驗(yàn)和，1字節(jié)） PLC配料系統(tǒng)收到上位機(jī)的命令，按要求向上位機(jī)發(fā)送報(bào)文，報(bào)文分命令響應(yīng)（包含命令執(zhí)行的結(jié)果）和采樣數(shù)據(jù)兩類，下面是兩者的通信協(xié)議。 控制命令響應(yīng)（PLC配料系統(tǒng)→上位機(jī)）：02H（報(bào)文頭） 0DH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）RESULT（命令執(zhí)行正確時(shí)與命令代碼相同，否則為FFH） RESERVE（保留，1字節(jié)） PA1~PA4（參數(shù)1，雙字）PB1~PB4（參數(shù)2，雙字）BCC（塊校驗(yàn)和，1字節(jié)）上傳數(shù)據(jù)（PLC配料系統(tǒng)→上位機(jī)）：02H（報(bào)文頭，1字節(jié)） 1EH（信息長度，1字節(jié)）ADDR（設(shè)備地址，1字節(jié)）DATA（反應(yīng)罐狀態(tài)，共30個(gè)字節(jié)，包括稱重配料系統(tǒng)工作狀態(tài)、模擬量和開關(guān)量等信息） BCC（塊校驗(yàn)和，1字節(jié)） ５結(jié)束語 該稱重配料系統(tǒng)已在江蘇某化工廠投入使用，運(yùn)行情況良好。實(shí)踐證明，該稱重配料系統(tǒng)具有可靠性好、計(jì)量精度高（稱重配料系統(tǒng)計(jì)量精度達(dá)到3‰）、擴(kuò)展性強(qiáng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，深受用戶好評(píng)。 | |
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