三菱PLC在稱重系統(tǒng)的應(yīng)用.doc

PLC 在配料稱重控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘要：介紹了以三菱可編程序控制器，模擬量輸入模塊，COM口232無(wú)協(xié)議通信模塊和觸摸屏面板為組合處理單元的配料稱重控制系統(tǒng)的組成原理，給出了系統(tǒng)的主要程序設(shè)計(jì)流程。實(shí)踐表明：該系統(tǒng)運(yùn)行正確可靠且具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉的特點(diǎn)?？刂颇Ｊ剑悍Q重傳感器、信號(hào)變送器控制器執(zhí)行器配方；控制器是上位機(jī)程序PLC程序,執(zhí)行器是指電磁閥和電動(dòng)機(jī)電磁離合器等等。一、引言配料秤重控制系統(tǒng)即將兩種或兩種以上的物料按一定重量配比自動(dòng)定量加入到混合機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)混合達(dá)到預(yù)定要求后自動(dòng)出料的過(guò)程。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于化工，醫(yī)藥，飼料，建材，冶金等行業(yè)的配料混合過(guò)程控制。與傳統(tǒng)繼電器接觸裝置相比，PLC具有體積小抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；雖然PLC在數(shù)據(jù)處理和顯示功能方面有些不足，但若采用性能穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)來(lái)完成數(shù)據(jù)采集與通信處理，不但便于提供處理精度和降低成本，而且便于通過(guò)計(jì)算機(jī)本身的COM通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出和管理；選用三菱F900觸摸屏代替常規(guī)顯示器做人機(jī)界面，將使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本大為降低，使PLC與顯示器的接口編程變得更加簡(jiǎn)單，并能使顯示功能得到增強(qiáng)。混凝土攪拌站控制計(jì)量系統(tǒng)中共有11個(gè)計(jì)量秤控制16中配料配重即11路傳感器信號(hào)輸入，11個(gè)變送器，每個(gè)計(jì)量秤都是3或4個(gè)傳感器組成每組傳感器并聯(lián)或串聯(lián)由4或6跟信號(hào)線接入傳感器信號(hào)線接線盒，再接入TR200H變送器傳感器信號(hào)是2MV/V,靈敏度高低信號(hào)傳輸，須經(jīng)過(guò)變送器識(shí)別轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，送入PLC的模擬量信號(hào)采集模塊；整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)需秤重計(jì)量?jī)x表與主控制臺(tái)，只需傳感器接線盒、信號(hào)變送器、接線柜、PLC、模擬量輸入模塊、通信模塊、觸摸屏，HZS(HLS) 系列混凝土攪拌站控制雙機(jī)同步控制系統(tǒng)，主要硬件由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)、高性能的微電腦控制器、人機(jī)界面、高速高精度的稱重單元和國(guó)際著名低壓電器組成，結(jié)合自主研發(fā)的專業(yè)控制軟件實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量精度高，制造成本低；在混凝土攪拌站電控系統(tǒng)的故障率調(diào)查中，計(jì)算機(jī)故障排在第一位，一旦發(fā)生故障將造成停機(jī)、停產(chǎn)。雙機(jī)同步控制系統(tǒng)的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)也可單獨(dú)完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程的控制和管理，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以由另一臺(tái)計(jì)算機(jī)承擔(dān)控制任務(wù)，從而在不需要人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)保證系統(tǒng)能持續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)控制，將因計(jì)算機(jī)故障的停機(jī)率降到最低；傳統(tǒng)上一般都采用工業(yè)計(jì)算進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的控制，但因工業(yè)計(jì)算機(jī)配件和軟件的原因，一旦發(fā)生故障一般計(jì)算機(jī)維修人員都難以處理，給用戶的維護(hù)帶來(lái)了很大的困難和隱患，某某某電控通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，降低了對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求，不但可以使用工業(yè)計(jì)算機(jī)而且可使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)完成控制功能，方便了用戶的維護(hù)和升級(jí)，可徹底解決用戶的后顧之憂。1高性能的硬件配置確?？刂频姆€(wěn)定、可靠：（1）ADLINK 工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)。（2） 高性能長(zhǎng)壽命的 MITSUBISHI PLC ：超高速的運(yùn)行速度，基本指令 0.08 s ，平均無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行 30 萬(wàn)小時(shí)。性能可靠。（3）MITSUBISHI 人機(jī)界面：全中文、寬視角、高速回應(yīng)、性能可靠。（4）MITSUBISHI AD 模塊： 500 s 高速轉(zhuǎn)換， 1/20000 的分辨率。 （5）主要低壓電器采用 Schneider 、 ABB 、 Rmron 等世界知名品牌。2完善的控制功能：（1）軟件登陸和電子秤調(diào)校需要用戶密碼，有效的保證了重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全。（2）全立體界面動(dòng)畫模擬生產(chǎn)工況，實(shí)時(shí)顯示配料值、稱量值、誤差值等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。（3）可預(yù)先安排生產(chǎn)任務(wù)單并可重新調(diào)整生產(chǎn)順序。（4）自動(dòng)根據(jù)批次產(chǎn)量和拌缸容量自動(dòng)分配單罐產(chǎn)量。（5）全中文快速校稱并具有自診斷和提示功能，提供在線使用幫助。（6）自動(dòng)調(diào)整落差并具有趨勢(shì)判斷功能、負(fù)值自動(dòng)修正、零位自動(dòng)跟蹤、按鍵去皮等。（7）欠稱自動(dòng)補(bǔ)稱、超稱自動(dòng)扣稱，各種物料的計(jì)量和卸料允差范圍皆單獨(dú)可調(diào)。（8）提供骨料含水率修正窗口，方便增砂減水。（9）水計(jì)量可隨時(shí)進(jìn)行暫停和調(diào)整水配方。（10）提供發(fā)貨單加載功能，用戶需要修改時(shí)可在辦公軟件完成發(fā)貨單表格設(shè)計(jì)，加載到控制系統(tǒng)即可使用。（11）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)方便用戶對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、瀏覽或?qū)⑵漭敵龅酱蛴C(jī)。3操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便：（1）自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種工作方式使生產(chǎn)流程的控制更為自如，真正體現(xiàn)出控制方便。（2）傻瓜化參數(shù)設(shè)定，所有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)一鍵完成。（3）生產(chǎn)流程、卸料順序、攪拌時(shí)間計(jì)算方式可由用戶根據(jù)生產(chǎn)需要和操作習(xí)慣進(jìn)行自定義。（4）拌缸卸料門在有效行程內(nèi)可任意調(diào)整關(guān)閉、半開、全開的位置，由系統(tǒng)自動(dòng)控制。并提供手動(dòng)開門定位功能，操作簡(jiǎn)單、靈活、方便。（5）全方位在線實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，并進(jìn)行安全連鎖管制。若出現(xiàn)異常工況，可準(zhǔn)確提示設(shè)備故障點(diǎn)提醒工作人員進(jìn)行定位查看與檢修，實(shí)現(xiàn)故障定位排除。二、系統(tǒng)組成及主要功能21系統(tǒng)組成原理:整個(gè)配料稱重系統(tǒng)由攪拌倉(cāng)儲(chǔ)料罐稱重傳感器料位計(jì)三菱FX2N128點(diǎn)PLC三菱特殊模塊FX4AD模擬量輸入采集模塊與FX232IFCOM口通信模塊F900系列觸摸屏和多個(gè)控制閥門等裝置構(gòu)成，分機(jī)械和控制兩大部分。機(jī)械部分示意圖如圖1所示，由進(jìn)料倉(cāng)秤斗攪拌機(jī)三部分組成，進(jìn)料倉(cāng)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向秤斗送出物料，秤斗支撐在稱重傳感器上，由傳感器及變送器產(chǎn)生的代表重量的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大模塊后再由PLC與計(jì)算機(jī)采集，當(dāng)達(dá)到預(yù)定重量時(shí)，PLC 驅(qū)動(dòng)電機(jī)開啟秤斗門，物料進(jìn)入攪拌機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)攪拌電機(jī)，攪拌到規(guī)定時(shí)間后開啟出料口放料，一次配料過(guò)程完成?？刂葡到y(tǒng)組成框圖如圖2所示，稱重傳感器的信號(hào)0-30mV接進(jìn)變送器信號(hào)器放大模塊處理后，將其重量變化為0-30mV(可用于1-3 mV/V電阻應(yīng)變傳感器)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC電壓輸出：0-5V，1-5V，0-10V或電流輸出：0-10mA，0-20mA，4-20mA，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后以串行通信方式傳給PLC的AD采集模塊，PLC 將接收的數(shù)據(jù)送入觸摸屏或上位機(jī)程序界面里顯示，供操作員監(jiān)控；當(dāng)需進(jìn)行混合配料時(shí)，由用戶按自動(dòng)鍵，PLC 啟動(dòng)加料閥門，將所需物料（本系統(tǒng)中含三種物料）按一定配比依次加入攪拌倉(cāng)中，同時(shí)PLC監(jiān)測(cè)料位計(jì)送來(lái)的脈沖信號(hào)判定物料所處倉(cāng)中位置，從而控制加料閥門的通斷；加料完成后，根據(jù)預(yù)置的混和延遲時(shí)間，PLC 啟動(dòng)攪拌電機(jī)，保證物料在攪拌倉(cāng)中充分?jǐn)嚢?，完成混料操?然后進(jìn)入放料和壓料階段，由PLC 控制出料閥門動(dòng)作，將物料從攪拌倉(cāng)中輸出，壓入儲(chǔ)料罐中，完成一個(gè)周期的自動(dòng)配料控制工藝流程。其中稱重采用梅特勒-托利多稱重傳感器，信號(hào)變送器采用TR200H。F900是三菱公司推出的通過(guò)密封鍵盤提供操控和過(guò)程監(jiān)視的操作員面板，它支持文本和圖形顯示。五種骨料倉(cāng)，每種倉(cāng)都有慢、快配料門，卸料門 共三種門五個(gè)骨料倉(cāng)共五個(gè)骨料秤骨料1配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值無(wú)振 重量值顯示： 目標(biāo)值顯示： 粗配 精配 卸料骨料2配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有振 重量值顯示： 振 共是兩個(gè)振動(dòng)器 目標(biāo)值顯示： 振 粗配 精配 卸料骨料3配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值無(wú)振 重量值顯示： 目標(biāo)值顯示： 粗配 精配 卸料骨料4配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有振 重量值顯示： 振 共是兩個(gè)振動(dòng)器 目標(biāo)值顯示： 振 粗配 精配 卸料骨料5配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有振 重量值顯示： 振 共是兩個(gè)振動(dòng)器 目標(biāo)值顯示： 振 粗配 精配 卸料外加粉2個(gè)倉(cāng)疊加一起共用一個(gè)秤：外加粉1加料門 外加粉2加料門 共用1個(gè)卸料門外加粉配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有振 重量值顯示： 振 目標(biāo)值顯示： 振 螺旋1 螺旋2 卸料煤粉灰2個(gè)罐疊加一起共用一個(gè)秤：煤粉灰1加料門 煤粉灰2加料門 共用1個(gè)卸料門 煤粉灰配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有拱振 重量值顯示： 拱 目標(biāo)值顯示： 振 螺旋1 螺旋2 卸料煤粉灰2個(gè)都有高位與低位檢視水泥4個(gè)罐疊加一起共用一個(gè)秤：1 2 3 4 加料門 共用1個(gè)卸料門煤粉灰配料秤：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值有拱振 重量值顯示： 拱 目標(biāo)值顯示： 振 螺旋1 螺旋2 3 4 卸料水泥4個(gè)罐都有高位與與低位檢視外加劑1倉(cāng)：外加劑配料稱：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值無(wú)拱無(wú)振 重量值顯示： 目標(biāo)值顯示： 計(jì)量 卸料外加劑2倉(cāng)：外加劑配料稱：?jiǎn)?dòng) 停止 完成 歸零 重量值與目標(biāo)值無(wú)拱無(wú)振 重量值顯示： 目標(biāo)值顯示： 計(jì)量 卸料水箱：大管進(jìn)水快水配料門 小管進(jìn)水慢水配料門 配料秤： 啟動(dòng) 停止 完成 歸零 重量值顯示： 目標(biāo)值顯示： 粗配 精配 清洗 卸料按鈕開關(guān)控制：面板骨料下方的平帶輸送：?jiǎn)?dòng) 停止 斜帶：?jiǎn)?dòng) 停止攪拌機(jī)：?jiǎn)?dòng) 停止攪拌缸：開門 關(guān)門電鈴：自動(dòng)響鈴 手動(dòng)響鈴水箱：大管進(jìn)水 小管進(jìn)水 卸水傳感器信號(hào)傳感器接線盒，再由接線盒接入變送器，變送器技術(shù)資料：工作電源：DC11-33V（AC15-24V） 耗電量：1-3W工作溫度：-5攝氏度至+50攝氏度 工作濕度：小于90%相對(duì)濕度傳感器型式：所有電阻應(yīng)變測(cè)力傳感器或0-30mV信號(hào)轉(zhuǎn)換傳感器激勵(lì)：提供直流10伏2%，最大供電120毫安。輸入靈敏度：訊號(hào)輸入0-30mV(可用于1-3 mV/V電阻應(yīng)變傳感器)濾波：第一級(jí)10ms固定動(dòng)態(tài)濾波（開/關(guān)選擇）第二級(jí)5-250ms可調(diào)濾波（9檔可選）精度：分辨率65000分度，線性度：0.003%，溫度系數(shù)：25ppm/ 輸出：（紋波5mvpp）第一路DC電壓輸出：0-5V，1-5V，0-10V負(fù)載電阻2K第二路電流輸出：0-10mA，0-20mA，4-20mA負(fù)載電阻420零位可調(diào)范圍：0-20mV，量程可調(diào)范圍：2-30mV，以上為25轉(zhuǎn)可調(diào)式電位器。22 主要控制功能設(shè)計(jì)（1）具有斷電保護(hù)功能：如果在加料過(guò)程中出現(xiàn)斷電情況，則應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，一旦來(lái)電后先顯示提示畫面等待按鍵，如果是停止鍵，則清除斷電保護(hù)狀態(tài)，返回初始工作狀態(tài)；如果是暫停鍵，則恢復(fù)斷電時(shí)的工作狀態(tài)繼續(xù)工作； 圖4 單獨(dú)加料子程序流程圖（2）設(shè)置“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種工作方式：“手動(dòng)”工作是單獨(dú)完成某個(gè)控制環(huán)節(jié)，如單獨(dú)“加料”，單獨(dú)“攪拌”和單獨(dú)“放料”，它允許用“暫停/繼續(xù)”鍵進(jìn)行暫停，允許在暫停狀態(tài)修改參數(shù)；“自動(dòng)”工作是完成一個(gè)完整的循環(huán)控制周期，它包括加料、攪拌、放料等環(huán)節(jié)，“自動(dòng)”操作時(shí)只允許“暫停/繼續(xù)”鍵有效，各“手動(dòng)”鍵無(wú)效，且不能修改參數(shù)；（3）具有立即停止功能：當(dāng)“停止”鍵有效時(shí)，任何控制過(guò)程中將停止并返回到重量顯示狀態(tài)；（4）具有置零功能：在稱重狀態(tài)下按“置零”鍵，可使顯示值回零，如果超過(guò)置零范圍則不能置零并顯示出錯(cuò)信息；（5）具有去皮功能：在稱重狀態(tài)下按“去皮”鍵可將顯示重量作為皮重扣除，再按一次“去皮”鍵將恢復(fù)原來(lái)的顯示重量。3提高系統(tǒng)稱重精度的措施系統(tǒng)的精度主要由傳感器和信號(hào)放大模塊決定，但由于系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，控制過(guò)程中的某些操作將直接影響到系統(tǒng)的精度，因此在軟件上采取了以下措施：（1）在每一配料周期開始時(shí)，將此前設(shè)定的加料量與實(shí)際的加料量求差值，作為本周期設(shè)定的加料量的補(bǔ)償值，以消除每一秤加料量的累計(jì)誤差；（2）不采用開機(jī)自動(dòng)置零方式，目的是為了便于觀察稱重傳感器的工作情況，在稱重罐無(wú)附加重量的情況下開機(jī)后所顯示的重量值如果超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)重量的30%，則應(yīng)考慮傳感器是否出現(xiàn)故障需要更換；（3）在系統(tǒng)實(shí)際工作過(guò)程中,由于機(jī)械振動(dòng)設(shè)備磨損及秤體積塵等原因還會(huì)造成預(yù)加壓力的改變而使零點(diǎn)電壓變化，為了確保測(cè)量值的準(zhǔn)確,系統(tǒng)軟件定時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,然后在計(jì)算中扣除零點(diǎn)值。自動(dòng)測(cè)量的方法如下:在單片機(jī)定時(shí)中斷周期到時(shí),單片機(jī)系統(tǒng)輸出復(fù)位信號(hào)傳給PLC，由PLC 關(guān)閉電機(jī),停止加料,然后控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間,將料放盡后進(jìn)行測(cè)量,將測(cè)量出的零點(diǎn)電壓值存入暫存區(qū)；（4）加料過(guò)程中，當(dāng)理論用料量和實(shí)際的加料量的差值小于加料提前量時(shí)，關(guān)閉加料閥門，停止加料，靠慣性和閥門關(guān)閉后的物料流量補(bǔ)足理論料量，若提前量太大，采用點(diǎn)動(dòng)方式完成（即對(duì)送料電機(jī)采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式，每啟動(dòng)一次，只送入少量物料），以保證稱重的準(zhǔn)確性。通過(guò)采取以上措施后，系統(tǒng)的稱重精度達(dá)到了3/1000。備注：本混凝土攪拌站生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是不需要秤重儀表的，計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量值在計(jì)量局檢驗(yàn)的實(shí)際過(guò)程中，按照我們以往的經(jīng)驗(yàn)，往往不是說(shuō)去針對(duì)某個(gè)傳感器，某個(gè)信號(hào)變送器，或者別的零配件進(jìn)行檢定，而是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢定。檢定的方法也很簡(jiǎn)單，就是放置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，如500kg，看在我們系統(tǒng)的終端顯示上面，如電腦或PLC或儀表上面，是否也是顯示500kg這個(gè)數(shù)值（當(dāng)然，允許有一定范圍的誤差的），如果是，那這個(gè)系統(tǒng)就是合格的。像現(xiàn)在比較常見的地磅、汽車衡等都是檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的，而不是說(shuō)要把我們自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器什么的單獨(dú)拿出