PLC在配料生產(chǎn)線上的應(yīng)用

四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉 帥

自動(dòng)配料系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)各種不同類型的物料（固體或液體）進(jìn)行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建材、食品、飼料加工等行業(yè)。

由于在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到多種配比控制情況。在手動(dòng)狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況計(jì)算出各物料的配比，再根據(jù)配比分別計(jì)算出各物料的理想下料量，對(duì)各臺(tái)設(shè)備分別設(shè)定，從而滿足配比的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化時(shí)，需要改變下料量，則需要再次分別計(jì)算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。這種人工操作方式計(jì)算，操作時(shí)間長(zhǎng)，且容易出錯(cuò)，給生產(chǎn)帶來(lái)許多不良因素。

而采用PLC控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機(jī)構(gòu)，配合配料控制軟件包，實(shí)現(xiàn)物料傳送、配比控制、配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配料系統(tǒng)的集合控制[1]。

1.生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于工業(yè)生產(chǎn)需求，利用PLC完成生產(chǎn)配料系統(tǒng)過(guò)程的自動(dòng)控制，并采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)仿真與監(jiān)控。

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定

1.1.1 設(shè)計(jì)要求

使用西門子公司的S7-200 PLC及MCGS組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)滿足控制要求的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)。并完成以下任務(wù)：

1)主電路設(shè)計(jì)，并畫出接線示意圖。

2)分配I/O地址，列出分配表。

3)設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的程序框圖。

4)根據(jù)程序框圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的控制梯形圖。

5)上機(jī)調(diào)試通過(guò)。

6)利用MCGS組態(tài)軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行。

表1 l/O地址分配

圖1 生產(chǎn)配料控制系統(tǒng)原理圖

圖2 系統(tǒng)硬件連線圖

圖3 程序流程圖

1.1.2 控制要求

本設(shè)計(jì)自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成如下：

1)本自動(dòng)配料系統(tǒng)能夠完成2種物料的自動(dòng)配料控制。

2)基于PLC控制，實(shí)現(xiàn)各種物料的下料，喂料電機(jī)的控制以及物料下料量的精確控制。

3)應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件，對(duì)此操作系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢以及電機(jī)故障的報(bào)警和報(bào)表查詢。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)總貌圖

1.2 生產(chǎn)配料系統(tǒng)控制原理

根據(jù)以上控制要求設(shè)計(jì)如圖1所示的配料系統(tǒng)控制原理圖，本設(shè)計(jì)以PC機(jī)為上位機(jī)。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，PLC根據(jù)輸入命令，發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)控制各功能電機(jī)動(dòng)作，從而完成配料線控制要求。

1.3 生產(chǎn)配料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.3.1 系統(tǒng)硬件連線圖

本設(shè)計(jì)以開(kāi)關(guān)按鈕的開(kāi)閉作為輸入信號(hào)，經(jīng)CPU計(jì)算處理后送出輸出信號(hào)，控制功能電機(jī)及電磁閥動(dòng)作。外圍硬件連接圖如圖2所示。

1.3.2 系統(tǒng)I/O地址分配

本設(shè)計(jì)I/O地址具體分配表如表1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求分配I/O點(diǎn)，由表1可知本設(shè)計(jì)共有12個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，為滿足設(shè)計(jì)要求故選擇24輸入/16輸出的S7-200 CPU226型號(hào)的PLC。

2.PLC程序設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)的主要思路是使用起保停電路的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法，先根據(jù)系統(tǒng)控制要求和工藝流程設(shè)計(jì)出程序流程圖，再根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)順序功能圖，最后根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出梯形圖，其中梯形圖使用起保停電路[2]。

系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)。程序流程圖可謂是整個(gè)設(shè)計(jì)的縮影，可以直觀的看出本設(shè)計(jì)控制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，是PLC和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的靈魂。在實(shí)際操作中，開(kāi)展設(shè)計(jì)之前只有明確設(shè)計(jì)目標(biāo)才能夠根據(jù)工藝流程畫出對(duì)應(yīng)的程序流程圖，從而根據(jù)此程序流程圖分幾步設(shè)計(jì)出順序流程圖。由于本設(shè)計(jì)采用的是使用起保停電路的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法，所以更加體現(xiàn)了程序流程框圖設(shè)計(jì)的重要性。本設(shè)計(jì)程序流程框圖如圖3所示。

3.監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和工藝流程的“可視化”，本設(shè)計(jì)采用MCGS組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)配料系統(tǒng)的監(jiān)控管理[3]，監(jiān)控系統(tǒng)總貌圖見(jiàn)圖4。

4.結(jié)束語(yǔ)

配料控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程邏輯控制器，使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。同時(shí)由于PLC擴(kuò)展容易，可以對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，如只需增加I/O接口模塊就可以擴(kuò)展原料系統(tǒng)的輸送控制，增加通信模塊就可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理。

本設(shè)計(jì)采用工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的S7-200 PLC，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的自動(dòng)配料生產(chǎn)流程，并且用MCGS開(kāi)發(fā)監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，完成系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、安全報(bào)警機(jī)制、動(dòng)畫顯示以及報(bào)表輸出等日常性監(jiān)控事務(wù)。本系統(tǒng)結(jié)合了PLC及組態(tài)軟件的優(yōu)點(diǎn)于一身，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，用戶使用簡(jiǎn)單方便，并且滿足了精細(xì)化工生產(chǎn)的要求，保證了生產(chǎn)配料線的自動(dòng)化和配料精度的準(zhǔn)確性[4]。

[1]張本舉.自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)鋁業(yè)中州分公司計(jì)控室,2000.

[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3]MCGS用戶指南.北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司,2006,5-10.

[4]馬國(guó)華.監(jiān)控組態(tài)軟件及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001:23-70.