PDF《based on control of PLC》

基金项目:河南省科技攻关基金项目(0424300007) 基于 PLC 控制的自动配料系统研究与应用 何瑞1贾磊1HeRui 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

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: ? ? ? ? ? ? + + = ∫ t d i p dt t de T t d t e T t e k t u

0 ) ( ) ( ) (

1 ) ( ) ( 公式中 e(t)表示误差、控制器输入,u(t)是控制器的输出,kp 为比例系数,Ti 为积分时间常数, Td 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. 图2: 流量 PID 闭环调节 2.系统控制流程 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.

3 开始 初始化 预置配比 料斗送料 料斗有料? Y N 启动生产线 实时计量 流量累计 添加辅料 结束 流量偏差 PID调节 变频器 皮带机运行 图3: 系统主程序控制流程 3.PLC 控制系统硬件设置 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 3.1 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 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 变频器故障

4 接触器

9 变频器运行

4 变频器调速信号

3 自动、手动切换开关 SA

2 信号 类型 跑偏检测电位器 RP2

4 小计

33 24 总计 33/24

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,........