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        基于PLC的顆粒狀填充物自動(dòng)稱量及裝入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2013-04-16 12:44:52吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系孫學(xué)智
        電子世界 2013年1期
        關(guān)鍵詞:顆粒狀填充物蝶閥

        吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系 孫學(xué)智

        1.前言

        在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)顆粒狀填充物進(jìn)行稱重及裝入,是一種常見的生產(chǎn)過程。有些散裝物料比如說火藥,人工填充具有高危險(xiǎn)性。還有石灰,會(huì)產(chǎn)生很大的粉塵,采用人工填充時(shí),操作人員會(huì)把粉塵吸入肺部,對(duì)人體傷害很大。因此實(shí)現(xiàn)散裝物料自動(dòng)稱量及填充,可以提高生產(chǎn)效率,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,保證操作人員的人身安全。自動(dòng)稱量及裝入工序是整條生產(chǎn)線上關(guān)鍵而又復(fù)雜的工序。本文介紹了西門子S7-300型PLC在顆粒狀填充物自動(dòng)稱量及裝入系統(tǒng)中的應(yīng)用,設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)諸如石灰、尿素、火藥等顆粒狀填充物自動(dòng)稱量與裝入,可以廣泛用于石油化工、化肥、飼料、建材等行業(yè)散裝物料的自動(dòng)稱重與包裝。

        2.稱量裝入系統(tǒng)組成和工作原理

        對(duì)顆粒狀填充物的自動(dòng)稱量分為粗稱和細(xì)稱兩步。首先設(shè)置好要稱量的重量。當(dāng)載有填充筒的輸送車在PLC控制下準(zhǔn)確運(yùn)至該工位后,鎖緊填充筒。②號(hào)蝶閥關(guān)閉,①號(hào)蝶閥完全打開,斗內(nèi)的顆粒狀填充物開始從①號(hào)蝶閥上面漏到②號(hào)蝶閥上面的空間內(nèi),空間下面裝有電子稱重天平。當(dāng)天平指示重量為設(shè)置重量的90%時(shí)①號(hào)蝶閥關(guān)閉80%完成粗稱。①號(hào)蝶閥打開20%,繼續(xù)漏料當(dāng)電子天平所指示的值與設(shè)置值吻合時(shí),完成細(xì)稱。PLC會(huì)控制氣動(dòng)開關(guān)動(dòng)作,使①號(hào)蝶閥關(guān)閉。①號(hào)蝶閥關(guān)閉后系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)(比如判斷填充筒是否夾緊),如果滿足排料條件,②號(hào)蝶閥打開,開始向填充筒填充,直到將稱量的顆粒狀填充物裝入填充筒內(nèi)后,②號(hào)蝶閥關(guān)閉,稱量與包裝工位工作完畢。

        顆粒狀填充物稱量工位由填充斗、蝶閥、天平、支撐架、步進(jìn)電機(jī)、汽缸、填充筒、夾具、機(jī)械手、和承接平板等組成。其機(jī)械結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

        稱重天平電路為惠更斯電路。電路的功能是把電阻阻值變換量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。?dāng)有散裝物料稱重時(shí),電路中電阻應(yīng)變片阻值R1R2R3R4發(fā)生變化使重量信號(hào)轉(zhuǎn)變成電橋輸出的電壓信號(hào),然后通過A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字量,通過數(shù)字量輸入模塊送入PLC中。整個(gè)系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        表1 輸入/輸出接口分配表

        表2 模塊功能表

        3.稱量裝入系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        稱重裝入系統(tǒng)控制采用半自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種方式。本系統(tǒng)采用西門子S7-300型PLC進(jìn)行控制。S7-300型PLC在工控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,具有高電磁兼容性、強(qiáng)抗震性、抗沖擊性??梢赃m應(yīng)許多的生產(chǎn)環(huán)境。S7-300型PLC最大的特點(diǎn)是其模塊化功能,方便用戶掌握。本控制系統(tǒng)主要模塊組成如下:電源模塊PS307;CPU模塊CPU315;數(shù)字量輸入模塊SM321;數(shù)字量輸出模塊SM322;模擬量輸入模塊SM331;模擬量輸輸出模塊SM332。為了與工控機(jī)實(shí)現(xiàn)通信,還有接口模塊IM365;通信處理模塊CP341其中輸入點(diǎn)13個(gè)。輸出點(diǎn)13個(gè)。預(yù)留輸入點(diǎn)5個(gè),輸出點(diǎn)5個(gè)。系統(tǒng)硬件組成如圖3所示。

        輸入/輸出地址分配情況如表1所示。

        4.稱量裝入系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        稱量裝入系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖所示。該軟件是基于西門子PLC的開發(fā)平臺(tái)STEP7開發(fā)完成的S7-300可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件,功能強(qiáng)大,主要用于開發(fā)程序,也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序,可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。本系統(tǒng)采用語(yǔ)句表(STL)開發(fā)方式,可以實(shí)現(xiàn)梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。類似于匯編語(yǔ)言,由各條語(yǔ)句組成程序。S7-300型PLC的最大特點(diǎn)是模塊化編程。本系統(tǒng)中應(yīng)用模塊功能如表2所示。

        在模塊FC220中存放有本系統(tǒng)的主要應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)夾緊,釋放,稱重,填充手動(dòng),自動(dòng),報(bào)警等功能,如圖4所示為模塊FC220的流程圖。

        本系統(tǒng)中工控機(jī)的控制軟件采用的是WINCC語(yǔ)言,通過該軟件的編程,實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)界面的控制,比較和分析等功能。如要顯著地降低這種成本,就必須使用簡(jiǎn)單、高效的組態(tài)工具,以及直觀、友好的系統(tǒng)。WINCC再一次指明了這一道路。WINCC組態(tài)軟件為實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫,以及將一個(gè)畫面對(duì)象和一個(gè)內(nèi)部PLC變量相連接是十分簡(jiǎn)便的。一旦將一個(gè)新的對(duì)象放置在畫面內(nèi),就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)易于編輯的對(duì)話框。WINCC圖形設(shè)計(jì)器能夠使用戶非常簡(jiǎn)單地對(duì)自己所需要的任何對(duì)象屬性進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)定,并且進(jìn)行預(yù)覽。為了保證總體的靈活性,甚至可以用腳本來增強(qiáng)一個(gè)對(duì)象的功能。如圖5所示為中控機(jī)控制界面。

        圖1 顆粒狀填充物稱量及裝入工位結(jié)構(gòu)原理

        圖2 電氣控制圖

        圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

        圖4 FC220模塊流程圖

        圖5 稱量裝入系統(tǒng)控制界面

        首先在界面設(shè)置稱量重量。在自動(dòng)控制下,操作者可以在控制界面對(duì)稱量裝入系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。觀察指示燈的顏色。①號(hào)蝶閥有三種狀態(tài):綠色為蝶閥全打開進(jìn)行粗稱;半紅半綠為蝶閥不完全打開進(jìn)行細(xì)稱;紅色為蝶閥關(guān)閉狀態(tài)。②號(hào)蝶閥有兩種狀態(tài):紅色為關(guān)閉;綠色為打開。填充筒也有兩種狀態(tài):紅色亮起為鎖緊;綠色亮起為釋放。在界面中還設(shè)置有人工操作按鈕,在特殊情況下實(shí)現(xiàn)人工的手動(dòng)控制。

        5.結(jié)論

        自動(dòng)稱量裝入系統(tǒng),是自動(dòng)化生產(chǎn)線中一個(gè)重要工位。采用PLC控制散裝物料稱量與裝入,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義??梢酝茝V到彈藥裝配(裝入火藥),奶粉的生產(chǎn),尿素包裝等工業(yè)場(chǎng)合,可以提高生產(chǎn)效率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,保證人身安全等優(yōu)點(diǎn)。

        [1]何玉安.基于PLC的散裝粒子自動(dòng)稱量包裝系統(tǒng)[J].電氣自動(dòng)化,2006,28(2):72-74.

        [2]周雪會(huì).基于PLC和工控機(jī)的玻璃配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2010,290(20):37-39.

        [3]路林吉.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002:68-69.

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