基于PLC的自动配料系统设计.pdf
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基于PLC的自动配料系统设计刘大铭,于才,何萍(宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021)摘要针对配料系统提出的快速性和准确性等要求,以PLC为主控制器,通过485总线实现PLC与力控组态软件的通信,设计了基于S7-200系列的PLC自动饲料配料系统。
该系统具有配方设置、配料控制、物料混合、报表打印、远程报警等功能,实现了对配料系统的实时远程监视和控制。
实践表明,该系统具有配料精度高、配料周期短等优点,在实际生产中取得了良好的控制效果。
关键词可编程控制器;配料系统;组态软件;自动控制中图分类号TP2735文献标识码A文章编号05176611(2011)301902603AutomationForageBurdeningSystemBasedonPLCLIUDa-mingetal(SchoolofPhysicsandElectricalInformationEngineering,NingxiaUniversity,Yinchuan,Ningxia750021)AbstractAccordingtothedemandsforrapidandaccurateburdeningsystem,anautomationforageburdeningsystembasedonPLCwasde-signedusingPLCasthemaincontrollerThecommunicationbetweenPLCandforcecontrolwasachievedby485busThissystemhavemanyfunctionssuchasrecipesetup,burdeningcontrol,feedmixture,reportprinting,andremotealarmTheremotesurveillanceandcontrolofburde-ningsystemwererealizedThepracticeshowsthatthesystemhadhighprecisionandshortcycle,andgreatcontroleffectwasobtainedKeywordsProgrammablecontroller;Burdensystem;Configurationsoftware;Automationcontrol作者简介刘大铭(1969),男,宁夏银川人,副教授,硕士,从事智能仪器仪表及过程自动化控制研究,E-mail:
nxldmqqcom。
收稿日期2011-06-27产品的生产周期和生产设备的自动化程度是影响企业效益的重要因素。
针对某饲料厂设备陈旧、自动化程度低、配料精度差等缺点,在原有设备的基础上加以改进,设计了基于PLC的自动配料系统,并利用力控组态软件对生产过程进行远程实时监控,大大提高了系统的可靠性和自动化程度。
1配料系统的工艺要求由图1可见,S1-S20共有20个配料仓,将其分为2组,分别是S1-S8和S9-S20,分别对应1个称重仓。
首先,将20个物料仓中的物料按某种配方要求的重量进行称重,称重过程中每组配料仓的下料顺序可以在下料开始前任意设定,每组仓单独进行配料。
当2组配料都结束后,打开仓门F-U和F-V使得称好的物料进入混合仓H1进行混合。
当称重仓B1和B2为空时,仓门F-U和F-V自动关闭。
物料的混合采用定时控制。
定时时间结束说明饲料已经完全混合,此时由搅拌电机的负载电流控制的混合仓门F-W打开,物料经传送带C1送到提升机T,人工打包。
在物料开始混合的同时,启动泵M1从罐S21中抽出某种液体物料加入混合仓中。
图1配料系统工艺Fig1Burdensystemtechnology2硬件电路设计21总体设计方案全系统由核心控制器S7-200系列PLCCPU226、文本显示器TD400C、数字量输出扩展模块EM222、模拟量输入模块EM235、信号调理电路、称重传感器、电子秤、负载电流、通信模块及PC机等组成。
图2为控制系统的结构。
图2控制系统的结构Fig2Structureofcontrolsystem211负载电流检测电路。
由于该厂区控制区有一些强电设备,电磁干扰对系统的影响比较大,非常有必要对模拟信号进行滤波。
EM235要求输入模拟信号的直流电压,范围是0100mV,而电机的负载电流是220V/310A交流信号。
因此,必须要对其进行交直流转化、变压等。
图3为整流和滤波电路。
整个信号调理电路如下:
采用了1个变流比是3001的电流互感器将310A交流大电流转换为1043mA小电流;经过1个单向桥式整流电路将交流电转换为直流;由R1和R2将电流信号变化为电压信号;选用合适的型滤波电路滤去一些高频干扰。
经过Matlab仿真可知,采用该调理电路够使得220V/310A交流信号转换为0100mV内的直流电压信号,且其电压波动不超过01mV,完全满足了控制要求。
212称重信号检测电路。
除量程范围不同外,2个称重仓所采用的电路大致相同。
以1号秤为例来介绍称重信号的采集及调理电路。
由于称重仓的体积比较大,保持称重过程中仓的平衡是设计的关键问题。
为此,将3个称重传感器依次串联,并以等边三角形的形式安装于称重仓的底部,所监测的信号为3个传感器的电压之和。
其滤波电路的设计与责任编辑张明明责任校对卢瑶安徽农业科学,JournalofAnhuiAgriSci2011,39(30):
1902619028图3负载电流的采集转换电路Fig3Gatherandswitchcircuitofloadcurrent负载电流检测电路相同。
实践证明,这种安装方式解决了称重仓称重过程中的平衡问题,提高了测量精度。
213通信模块。
虽然仅使用PLC作为控制系统能够完成基本的控制功能,但是还不够完善,存在一定的局限性。
它不能直接显示各种运行曲线和当前值与设定值,也不能显示故障报警原因,更不能保存历史数据和打印报表等。
为了解决上述问题,可采用PLC配套组态软件来组成显示监控给定单元。
由于现场的上下位之间大约有200m,采用RS485即可完成信号的传输。
但是,由于PC机的通信接口为RS232接口,要在传输之前加1个232到485总线的电平转化的模块1。
22主电路电路电气原理图系统有手动和自动2种控制方式。
其主电路见图4。
3配料系统的软件设计31下位机软件设计由于被控对象以电机为主,输出信号均为开关信号。
根据配料生产控制过程及被控制对象的复杂程度,进行I/O点数和I/O的类型统计。
I/O点数分配清单见表1。
图4配料系统的主电路图Fig4Maincircuitofburdeningsystem表1I/O点数分配表Table1AllocationofI/Opoints输入Input名称Name地址Address代码名称Code输出Output名称Name地址Address代码名称Code手自动切换I00QK11号仓电机M1起停控制Q00KM1Hand/automationStartandstopcontrolofstore-1一号秤门开行程开关I01ST12号仓电机M2起停控制Q01KM2Openpositionswitchesofscales-1Startandstopcontrolofstore-2一号秤门关行程开关I02ST2Olosepositionswitchesofscales-1二号秤门开行程开关I03ST320号仓电机M20起停Q23KM20Openpositionswitchesofscales-2Startandstopcontrolofstore-20二号秤门关行程开关I04ST4一号秤门电机M21正转Q24KM21Closepositionswitchesofscales-2Motorforwardofscales-1混合仓门开行程开关I05ST5一号秤门电机M21反转Q25KM22OpenpositionswitchesofmixstoreMotorreversalofscales-1混合仓门关行程开关I06ST6二号秤门电机M22正转Q26KM23ClosepositionswitchesofmixstoreMotorforwardofscales-2一号秤信号输入AI0SP1二号秤门电机M22反转Q27KM24Signlinputofscales-1Motorreversalofscales-2二号秤信号输入AI2SP2混合仓门电机M23正转Q30KM25Signlinputofscales-2Motorforwardofmixstore电子秤信号输入AI4SP3混合仓门电机M23反转Q31KM26SignlinputofelectronicscaleMotorreversalofmixstore负载电流输入AI6TA1液体物料泵M24起停Q32KM27InputofloadcurrentStartandstopcontrolofpump负载电流输入PLC程序控制的配料系统有自动和手动2种控制方式。
在自动状态下,核心程序算法的流程见图5和图62。
为了提高系统的抗干扰性能,在数据采集部分软件上采用了均值滤波算法3。
值得注意的是,用S7-200进行编程时,当内存变量冗余比较多时,尽量避免使用临时变量,以避免在多个子程序中应用同一个临时变量引起的程序混乱以及由此导致的不可预料的情况。
32上位机软件设计上位机软件采用的是北京三维力控7209139卷30期刘大铭等基于PLC的自动配料系统设计公司的力控组态软件。
组态软件的设计包括画面创建、I/O设备连接、数据库组态和动画连接4个步骤4。
图5配料子程序Fig5Burdeningsubroutine图6单仓下料子程序Fig6Singlestoreburdeningsubroutine在利用力控对PLC进行监控时,力控系统与PLC之间必须进行数据交换。
把与力控进行交换数据的设备统称为I/O设备。
I/O设备的连接主要包括2个部分4,即I/O设备的建立与连接。
建立I/O设备的方法是双击力控的工程项目中的I/O设备组态,在PLC项中选择双击S7-200,然后根据向导设置即可完成设备组态的建立。
需要设置的项目主要包括PLC地址、通信方式(在此选用串口方式)及波特率等。
连接I/O设备的方法是在数据库组态的I/O连接项中输入需要与力控进行交换数据的PLC参数地址即可。
但是,值得注意的是,在利用力控对PLC进行监控的时候,必须先关闭西门子编程软件。
图8为系统配料过程中1号秤的3个配料周期内数据的变化情况。
从图中可以看出,3个周期内数据变化基本一致。
图8一号秤三个配料周期内数据的变化Fig8Datachangesofscales-1duringthreeburdeningcycles力控中的点数主要指的是建立了I/O设备的变量的总数。
为了节约系统点数,把PLC中地址连续的8个开关量(1个开关量只占1位)结合成1个字节型变量进行传输,上位机使用时再把其拆分为位变量。
4结论基于PLC的自动配料系统已在某饲料厂投入使用。
通过软件算法的优化,每秤料(约
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