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輪胎稱重配料控制儀表的設計與應用

發布時間:2019-10-24 09:44:15 |來源:中國知網

      本文針對輪胎行業中的配料儀表中計量設備落后、稱量精度低等現狀,介紹了一種以三菱Q系列PLC為核心的自動配料控制儀表,對系統的硬件組成及軟件設計做了較為詳細的描述,現場的應用情況表明,該配料儀表工作可靠,操作方便,具有很高的精度。

     在輪胎行業,橡膠原料配比的精確性直接影響產品的質量。當前我國輪胎橡膠配料設備的自動化水平偏低,配料的準確性很難保證。為保證產品質量,原料的配比要嚴格按工藝要求。自動稱重配料控制儀表將兩種或兩種以上的物料按一定重量配比自動加入到混合機內,經過混合后達到預定要求后自動處理出料。PLC具有體積小,可讀性好,抗干擾能力強及可靠性高等優點,Pro-faceGLC2000系列觸摸屏具有強大的顯示功能和數據記錄能力,以它們為基礎的稱重配料控制儀表能夠實現高精度要求的配料。本文介紹某輪胎生產廠的橡膠配料控制儀表的工作原理、硬件組成與功能設計。

 

1、配料稱重系統組成及主要功能

1.1系統組成原理

      某廠的輪胎配料稱重系統的工作流程圖,整個系統分為兩層,一層為主配料系統,主要負責將更各種物料混合攪拌,經過一層混合好的物料通過吸風通道到達二層,二層有四組一樣的稱重系統,主要負責對一層配好的物料進行檢測和對流量的控制。其工作原理如下所述。當需要配料時,1#配料稱稱根據配方中每種料的設置重量,首先打開1#料倉的閘門,當達到預定重量時,關閉1#料倉閘門,打開2#料倉閘門,依此類推,直到每一種料都放完,然后1#配料稱判斷此次的物料是否合格,至此1#稱完成一次配料,1#配料稱進行下一次的配料。當配料的批次到時,1#稱停止配料。由于一層的配料速度很快,所以在第二層分為四組對配好的物料進行分流。二層的四組中哪一個組中沒有料,可以從一層的緩沖倉中進料,當進完料后,通過檢驗稱再一次判斷物料是否合格,合格品通過減量稱把物料以一定的流速輸送到下一個工藝流程中。

1.2主要控制功能

1)具有配方儲存功能和實際配料數據存儲功能:系統能夠存儲100個預置配方,并能保存至少兩周的實際配料數據。

2)對現場的生產過程進行監控:通過觸摸屏能控制現場的生產并能實時顯示現場的工作情況。

3)設置“自動”和“手動”兩種工作方式:“手動”方式就是手圖1配料稱重系統工作流程圖動單獨完成某個控制某個環節,“自動”方式就是完成一個完整的循環周期。

4)具有斷電保護功能:如果在工作工程中突然停電,可以保護現場,一旦來電可以恢復生產。

5)具有故障診斷能力:當現場出現故障時能夠提示報警,當出現嚴重的故障時能夠停止整個工廠的生產。

1.3系統的控制流程

     當系統開始工作時,啟動配料生產線。首先對系統進行初始化,通過上位機確定配方號,檢查1~6號料倉有無物料,若無物料,提示報警并向料斗送料。稱重配料控制儀表對物料進行稱重并實時計量,同時把數據傳入到PLC中進行相應的計算和處理,當流量稱的實際流量數據與設定的流量數據有偏差,PLC根據其偏差值能夠進行PID整定,從而實現對流量的控制。系統的控制流程如圖2所示。

2、配料儀表控制系統的硬件組成及功能

   控制系統的主要的硬件組成見圖3。它主要包括:1臺三菱Q系列PLC,2臺Pro-face觸摸屏,1臺工控機,9臺稱重配料控制儀表(每個稱量料倉放置2個稱量傳感器)。

2.1三菱Q系列

PLC三菱Q系列PLC是整個控制系統的核心部分,他負責接受外部信號(按鈕,繼電器觸點)等外部數字信號的輸入,同時根據當前的系統狀態以及輸出信號去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件,以完成相應的控制。此外,還要接受上位機(觸摸屏,工控機)的控制命令并完成與9臺配料控制儀表的通訊任務。三菱Q02H型號PLC是三菱公司的高性能PLC,具有運算速度快,通訊功能強,I/O擴展方便,指令豐富等特點。

2.2上位機系統

     上位機系統由2臺Pro-face觸摸屏和1臺工控機組成。兩臺觸摸屏分別被放置在現場的一層和二層(見圖1),觸摸屏能監視圖2配料儀表控制流程圖現場的工作情況并能完成相應的參數設置和控制任務,同時在第一層的觸摸屏還要儲存100個配方數據,兩臺觸摸屏要保存實際生產中的實際數據。由于現場環境比較惡劣,所以對觸摸屏的要求比較高。Pro-faceGLC2601T型號觸摸屏是Pro-face公司一體式控制的先進的HMI,采用鋁制型材,具有極好的散熱和防塵功能。GLC2601T擁有4MBFEPROM,具有強大的配方數據儲存和管理功能。上位機通過監視和管理整個工廠的生產情況,來協調整整個工藝流水線的生產。對于配料稱重系統,上位機可以控制具體的生產中使用哪一種配方,并能夠隨時調用儲存在觸摸屏中實際配方數據,實現報表及打印功能。

2.3稱重配料控制儀表

     稱重儀表分為配料稱,檢驗稱和流量稱。配料秤與檢驗秤為西泰克PLAC-1型,流量稱為科豐XK3201P01型。配料稱通過設定的目標量、提前量、慢進量進行1?!?#物料的配料工作并檢查配好的物料是否合格;檢驗稱是為了防止在物料的傳輸工程中有物料的損失從而對物料進行又一次的檢測;流量稱接受來自PLC的流量PID整定數據進行流量控制。在每個料斗的底部有兩個應變力式重力傳感器,將輸出信號傳入稱重配料控制儀表,稱重儀表計算兩個傳感器數值的平均值并作為實際數值,配料控制儀表還具有100/s的高速A/D轉換處理,對于瞬間的重量變化能迅速反應。該稱重儀表具有1/1000kg的測量精度。2.4系統的通訊方式的實現整個通訊系統是以三菱Q02HPLC為核心而建立起來的。如圖3所示,C24是三菱Q02HPLC的串行通訊模塊,有兩個通訊口,一個是RS232,另一個是RS485/422,其中RS232口通過RS232/RS485轉換器與9臺稱重配料控制儀表進行自由口通訊,RS485/422口連接兩臺Pro-face觸摸屏,兩臺觸摸屏的站地址分別為0和2;三菱Q02HPLC通過QJ71網絡模塊與工控機進行數據交換,作為MELSECNET/H網絡(整個工廠所采用的網絡通訊方式)的一部分,它們之間通過光纖電纜能夠以10Mbps的速度進行通訊;QJ61是CC-Link系統主/本地模塊,它與遠程I/O模塊以CC-Link的通訊方式進行連接,其通訊速率為152.5Mbps,這兩個模塊上分別要進行主站和從站的站號設定,Q61作為主站地址為0,遠程I/O模塊作為從站地址為1。

 

3、PLC控制系統的軟件設計

      根據前面介紹的控制原理及主要控制功能設計的要求,可在GX-DEVELOPER的軟件平臺上設計PLC的控制程序,整個程序可分為初始化、主程序、通訊讀程序、通訊寫程序、PID控制五個部分。其中主程序和通訊讀程序是循環掃描進行的,通訊寫程序為條件執行的,只有當要對稱重配料控制儀表設定數據時才執行。PID控制程序是定時中斷程序,中斷時間為50ms,與PID的采樣時間相同。PLC與九臺稱重儀表通過自由口進行通訊。在通訊讀程序中PLC實時的讀儀表的數據,PLC發送的報文格式為“起始字節站號數據校驗碼”,稱重儀表根據接收到的信息返回相應的數據。讀程序按1~9臺儀表的順序循環讀儀表的數據,每個儀表的通訊等待時間為0.5s,及若當PLC發送讀某個儀表的數據后,在0.5s后稱重配料控制儀表沒有返回數據就進行下一個儀表的通訊。通訊寫程序是把觸摸屏設定的數據寫入到稱重儀表中,由于稱重儀表是RS485接口,為半雙工通訊方式,所以在進行通訊寫程序時要先暫時終止通訊讀程序,在寫入完成后再次開啟通訊讀程序。

 

4、結束語

稱重配料控制儀表應用比較廣泛,采用了可編程控制技術,使系統的可靠性和精度大大提高,實現了自動控制。Pro-face觸摸屏提供了良好的人機界面并具有強大的數據管理功能,為稱重配料控制儀表安全、可靠、方便的控制與監視提供了保障;工控機將整個工廠的控制和管理集成在一起。本系統自投入運行以來,運行狀態良好,自動化水平達到國內同行業的領先水平,取得了良好的經濟效益和社會效益。

 

作者:曾建平、王憲

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