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本文簡要介紹了油料散料秤利用可編程序控制器(PLC),來控制自動稱量的過程以及現(xiàn)場總線技術在油脂行業(yè)稱重系統(tǒng)中的應用實例。本系統(tǒng)具有自動化程度高、通訊速率高、擴展性好、維護方便等特點。
關鍵詞:油料散料秤;電子稱量;PLC;梯形圖編程;觸摸屏
為了解決長期以來在油脂稱重行業(yè)勞動強度大、速度慢、計量準確度低的問題,本設計開發(fā)了一種電子散裝液體料的收/發(fā)貨計量系統(tǒng),有效地解決了上述問題。采用微機技術,以人機對話的方式,成功地對大宗散料液體物料進行連續(xù)、快速、準確地稱量和全過程自動化控制。本設計的油料散料秤利用PLC[1]的開關邏輯量、數(shù)據(jù)處理及通訊功能來控制自動稱量的過程,通過PROFIBUS-DP實現(xiàn)觸摸屏和計算機與PLC的通訊,主站(PC和TP)實時采集從站(PLC)的稱重數(shù)據(jù),監(jiān)控從站的工作狀態(tài),并完成對從站稱重控制參數(shù)的設定。
一、系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理
系統(tǒng)主要由進/出料泵、進料球閥、稱重單元、用戶自備的下儲料槽(含料位器)以及系統(tǒng)控制柜等部分組成。其中進/出料泵為散裝液體料連續(xù)輸送提供動力;進料球閥用來實現(xiàn)物料的自動進料,當接受到進料命令后,氣動進料閥線圈通電,進料閥打開,自動進料開始,當稱斗中物料重量達到設定值時,進料閥線圈斷電,進料閥關閉,進料過程自動結(jié)束;稱重單元包括稱重斗(用來盛放被稱物料)、氣動放料蝶閥(用來實現(xiàn)物料的快速自動放料)、稱重傳感器(采用三只FW-10型靜載稱重模塊);下儲料槽用于已計量過物料的過渡性存儲;系統(tǒng)控制柜,包括儀表、SIEMENS可編程邏輯控制器SIEMENS Corp. SIMATICS7-200 Programmable Controller System Manual.2000.3,DP通訊模塊等,控制著油料計量散料秤的動作。
本系統(tǒng)包含兩組秤,有四種工作方式:1#秤單獨工作;2#秤單獨工作;1#、2#秤交替工作運送同一種油料;1#,2#同時工作,運送兩種油料。下面以第三種工作方式為例來說明本系統(tǒng)的工作流程:
自動工作開始后,首先啟動進料泵,然后自動打開1#進料泵,1#秤自動進料開始,當1#秤量斗中的物料重量達到單秤設定值時,1#秤進料結(jié)束。等秤穩(wěn)定后,系統(tǒng)將穩(wěn)定的重量值進行自動累計、打印,然后進行自動放料,直至放空,至此,1#秤的一個稱量循環(huán)結(jié)束,下一循環(huán)自動開始。2#的稱量循環(huán)與1#秤*一致,只是1#秤的進/放料與2#秤的進/放料動作互鎖,即1#秤進料時2#秤正在放料,而2#秤進料時1#秤正在放料,從而保證兩臺秤的交替工作。當zui后一秤進料結(jié)束后,進料泵自動停止;zui后一秤放料結(jié)束后,兩臺秤的稱量循環(huán)全部結(jié)束。
另外,在*秤放料的同時,系統(tǒng)自動啟動出料泵,當zui后一秤放料結(jié)束,且下儲料槽中再無物料時,出料泵自動停止。
本系統(tǒng)利用可編程序控制器PLC來進行稱重過程的控制。本設計采用SIMATICS7-200CPU226型PLC及I/O擴展模塊若干:兩個數(shù)字量輸入模塊EM221和一個數(shù)字量混合模塊EM223。電氣控制系統(tǒng)實際上是一種開關電路,系統(tǒng)中的許多開關(也就是電器的常開、常閉觸點)按照一定的邏輯關系動作,實際是開關量的控制。一般電氣控制系統(tǒng)中都是利用觸點的通或斷來接通或斷開繼電器電源,以實現(xiàn)對輸出量的控制。根據(jù)對整個自動稱量過程的分析,確定必須的輸入輸出觸點,進行分配。
設計選用了梯形邏輯編輯器[2]來進行程序的編寫,利用STEP7-Micro/WIN32梯形邏輯(LAD)編輯器可以建立與電氣連接圖等價的類似程序。梯形圖程序讓CPU仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件,根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出允許條件。
二、系統(tǒng)通訊
PLC的通訊包括各PLC之間、PLC與上位計算機之間以及其他智能設備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡,以實現(xiàn)信息的交換,并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。本設計中的通訊是指PLC與TP(或PC)間的通訊。
PROFIBUS(過程現(xiàn)場總線)有很多安裝基礎的開放式現(xiàn)場總線,廣泛用于各種應用場合。所有自動化設備均可以通過一條統(tǒng)一的總線彼此交換數(shù)據(jù)和進行通訊,通訊速率可以達12Mbit/s,zui大通訊距離可達90km。在本系統(tǒng)的設計中采用的PROFIBUS-DP通訊協(xié)議(DecentralizeDPeriphery分散型外圍設備)是一種優(yōu)化的通訊模塊,適用于小數(shù)據(jù)量高速通訊的通訊任務,特別是適合于自動化系統(tǒng)和分布的外圍設備/現(xiàn)場設備之間通訊。通訊速率設定為1.5Mbit/s。PROFIBUS網(wǎng)絡使用RS-485標準雙絞線。協(xié)議定義了兩類網(wǎng)絡設備:主站和從站。協(xié)議支持一個網(wǎng)絡上的127個地址(0~126),網(wǎng)絡上zui多有32個主站。為了通訊,網(wǎng)絡上的所有設備必須有不同的地址。運行STEP7-Wicro/WIN32的計算機的缺省地址是0,觸摸屏的缺省地址是1,可編程序控制器的缺省地址是2。整個油料散料秤的電氣部分是由兩個稱重儀表,一個PLC,若干I/O擴展模塊,一個DP通訊模塊,TP(觸摸屏)以及PC構(gòu)成的。油料
散料秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1
通過EM277PROFIBUS-DP擴展從站模塊,可以將PLC連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。EM277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡經(jīng)過其DP通信端口,連接到EM277PROFIBUS-DP模塊。這個端口可運行9600波特到12M波特之間的任何PROFIBUS波特率。作為DP從站,EM277模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置,向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。首先將數(shù)據(jù)移到S7-200CPU中的變量存儲器,就可以將輸入、計數(shù)值、定時器值或其他計算值傳送到主站。類似的,從主站出來的數(shù)據(jù)存儲在S7-200CPU中的變量存儲器,并可移到其他數(shù)據(jù)區(qū)。系統(tǒng)各部分功能及實現(xiàn)方法描述如下:
1.PLC(從站)
現(xiàn)場的設備主要由PLC來實現(xiàn)控制,根據(jù)設定的參數(shù)(參數(shù)可由TP、PC設定)完成對所屬設備的管理與控制,主要功能如下:(1)讀取稱重儀表的數(shù)據(jù);(2)接受TP和PC設定的參數(shù);(3)接受TP的直接控制;(4)接受PC的控制,向PC提供過程數(shù)據(jù)。
2.觸摸屏TP(主站)
為了方便用戶操作與PC故障時系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,系統(tǒng)中配備了操作方便直觀的觸摸屏TP27SIEMENSCorp.SIMATICTP27和TP37觸摸面板使用手冊,中文顯示界面。用戶可以用手指根據(jù)系統(tǒng)的中文提示直接在TP27上操作,實現(xiàn)對系統(tǒng)中的任一PLC實施控制,通過對PLC的控制,能實現(xiàn)的主要功能為:讀取PLC單元的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對現(xiàn)場設備運轉(zhuǎn)情況的了解;稱量過程文字與圖形動態(tài)顯示;改寫PLC單元的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制,控制參數(shù)的調(diào)整;實現(xiàn)對所有稱重設備的啟動和停止等操作。
3.計算機PC(主站)
計算機主站的主要功能為:(1)通過現(xiàn)場總線進行編程、啟動、測試和診斷整個自動化系統(tǒng);(2)對通訊從站的實時數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)對從站的實時監(jiān)控;(3)對通訊從站的PLC可以寫入控制參數(shù),實現(xiàn)對自動化過程參數(shù)的調(diào)節(jié);(4)與企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)相聯(lián)接,實現(xiàn)信息互通與資源共享。
三、結(jié)束語
將PLC應用于自動稱重系統(tǒng),利用PROFIBUS-DP進行系統(tǒng)的通訊,安裝、調(diào)試與維護都是極其方便,而且自動化程度和通訊速率高。目前,該稱重系統(tǒng)在實際應用中效果良好,是應用前景的油料稱重系統(tǒng)。
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