王衛(wèi)華，趙慶云，王巧娟

（1.天津金牛電源材料有限責(zé)任公司，天津 300400；2.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院，天津 300131）

0 引言

美國(guó)羅克韋爾公司CompactLogix 系列PLC，不斷推出新的機(jī)型，用戶(hù)可以根據(jù)需要選擇各種I/O，例如可以通過(guò)以太網(wǎng)識(shí)別器1769-AENTR擴(kuò)展1769 I/O模塊，還可以通過(guò)1794-AENT擴(kuò)展1794分布式I/O模塊[1]。在稱(chēng)重計(jì)量控制當(dāng)中，需通過(guò)通信模塊讀取稱(chēng)重控制器的重量， 1769 ASCII通信模塊集成有兩個(gè)串口，可以方便進(jìn)行ASCII碼通信，利于系統(tǒng)集成，性?xún)r(jià)比高。

1 系統(tǒng)背景

隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)快速發(fā)展，鋰電池動(dòng)力電解液產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，面對(duì)不同廠家的不同品種，需要準(zhǔn)備多條生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。鋰電池用電解液的生產(chǎn)是將多種有機(jī)溶劑按比例進(jìn)行混合配制，手動(dòng)操作時(shí)，需要人工將脫水凈化后的單劑從儲(chǔ)罐內(nèi)放入到200Kg桶中，通過(guò)臺(tái)秤計(jì)量，再將單劑壓入到配置釜內(nèi)，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，效率低下，同時(shí)配制多個(gè)電解液，容易出錯(cuò)。在產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的背景下，電解液自動(dòng)化配制的需求越來(lái)越迫切。實(shí)現(xiàn)自控后，只需在觸摸屏上設(shè)定進(jìn)料量，啟動(dòng)相應(yīng)的進(jìn)料程序，即可完成進(jìn)料。進(jìn)料時(shí)間相對(duì)手動(dòng)進(jìn)料縮短一半，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了配制效率。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

電解液車(chē)間設(shè)置9個(gè)4噸配置釜，需要增加9個(gè)1.2噸計(jì)量罐，每個(gè)計(jì)量罐對(duì)應(yīng)一種原料，要求每個(gè)計(jì)量罐分別對(duì)應(yīng)9個(gè)配制釜，這樣系統(tǒng)包括81種進(jìn)料方式，如果一對(duì)一制作原料管道需要81條線路，加上計(jì)量罐上的進(jìn)氣、放空閥門(mén)，共計(jì)200多個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)，互鎖復(fù)雜。9臺(tái)配制釜布置在一樓，9臺(tái)計(jì)量罐布置在二樓，為了節(jié)省物料管道安裝，在二樓設(shè)置5個(gè)積液罐，9個(gè)計(jì)量罐分別連接到這五個(gè)積液管中，積液管的出料閥門(mén)采用三通氣動(dòng)球閥，分出兩條出料管道，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)配制釜，這樣可節(jié)省一半氣動(dòng)閥門(mén)及施工工作量，縮短了工程時(shí)間。工藝流程圖如圖1所示，其他配制釜的工藝流程與之類(lèi)似。

圖1 工藝流程圖

現(xiàn)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分布式控制系統(tǒng)，將主控制器和觸摸屏設(shè)置在主控室，在二樓設(shè)置以太網(wǎng)識(shí)別器，以及通信模塊等。由于物料易燃易爆，系統(tǒng)在二樓設(shè)置一臺(tái)隔爆配電柜，整個(gè)系統(tǒng)按照防爆要求進(jìn)行布線。

2.2 設(shè)備選型

系統(tǒng)選用羅克韋爾公司CompactLogix 5370 L3控制器，該控制器集成雙口以太網(wǎng)模塊, 1M內(nèi)存，1G擴(kuò)展卡，通信功能強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高[2]。以太網(wǎng)識(shí)別器選用1769-AENTR，該適配器可擴(kuò)展1769 ASCII通信模塊，模擬量輸入模塊1769-IF16C，開(kāi)關(guān)量輸入模塊1769-IQ32，以及開(kāi)關(guān)量輸出模塊1769-OB32，另需要兩臺(tái)機(jī)架電源1769-PA4。分布式系統(tǒng)的設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 模塊布置圖

罐區(qū)每個(gè)計(jì)量罐分別用4個(gè)梅特勒-托利多SB-1x稱(chēng)重傳感器，一個(gè)AJB-005接線盒，9個(gè)計(jì)量罐的稱(chēng)重控制器分別與1769 ASCII模塊進(jìn)行通信。9臺(tái)計(jì)量罐共需要9臺(tái)壓力變送器，9臺(tái)磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)，系統(tǒng)所用的氣動(dòng)閥門(mén)均為單作用帶反饋的防爆氣動(dòng)閥門(mén)。觸摸屏選用臺(tái)灣威綸科技的MT8100iE觸摸屏。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 通信程序設(shè)計(jì)

隨著產(chǎn)品的不斷更新、完善，各個(gè)廠家的通信模塊越來(lái)越簡(jiǎn)便易用，幾乎不用專(zhuān)門(mén)做通信程序，只需進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，即可在指定存儲(chǔ)區(qū)域接收、發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所用的重量變送器是成都聚飛科技的JF-300A，每臺(tái)重量變送器單獨(dú)對(duì)應(yīng)1769 ASCII模塊的一個(gè)串口，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一通信，這樣系統(tǒng)共需要5臺(tái)1769 ASCII通信模塊。變送器的通訊格式選擇連續(xù)通訊方式，在這種方式下，重量變送器通過(guò)RS485自動(dòng)地、不間斷地輸出當(dāng)前顯示值以及錯(cuò)誤代碼。這種方式通信速度最快，控制器只需要做接收數(shù)據(jù)程序即可。例如儀表顯示值是968.6，變送器不斷輸出“@01b1,+ 9686CRLF”，如果顯示異常，則返回相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼，具體格式如表1所示。

其起始符和終止符均為固定特殊字符，CR表示“回車(chē)”，LF表示“換行”。

在1769 ASCII通信模塊的參數(shù)設(shè)置中，直接設(shè)定起始符、終止符、奇、偶校驗(yàn)以及通信波特率即可[3]。

1769 ASCII模塊的標(biāo)簽地址當(dāng)中，可讀取相應(yīng)的稱(chēng)重?cái)?shù)值，這里以第5插槽的01串口為例，可在ONE:5:I. Ch1RxData中找到對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重變送器數(shù)值為968.6Kg，接收的數(shù)據(jù)標(biāo)簽

如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)標(biāo)簽圖

在主程序里，需要編譯轉(zhuǎn)換功能塊，將輸入的ASCII碼轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)。

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的控制程序主要內(nèi)容是自動(dòng)計(jì)量控制，各個(gè)計(jì)量罐進(jìn)料之間的互鎖，應(yīng)急處理緊急停車(chē)，以及各種誤操作報(bào)警。進(jìn)料互鎖要確保同一時(shí)間一個(gè)計(jì)量罐只能向一個(gè)配制釜進(jìn)料，由于進(jìn)料情況太多，所以制作配制釜進(jìn)料功能塊，計(jì)量罐加料功能塊。對(duì)于液位、壓力需要制作相應(yīng)的轉(zhuǎn)換功能塊進(jìn)行數(shù)據(jù)工程轉(zhuǎn)換。Studio 5000編程軟件的數(shù)學(xué)計(jì)算、數(shù)值轉(zhuǎn)換等功能強(qiáng)大，非常利于編程，例如功能塊CPT，可進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算，直接將結(jié)果輸出到目標(biāo)標(biāo)簽中。

表1 數(shù)據(jù)通信格式

計(jì)量罐及配制釜的選擇，以及加料量的設(shè)定等主要操作主要通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，在觸摸屏中設(shè)定哪個(gè)計(jì)量罐進(jìn)哪個(gè)配制釜，然后啟動(dòng)進(jìn)料程序即可。主程序判斷該計(jì)量罐到其他配制釜的閥門(mén)是否關(guān)閉，以及計(jì)量罐里的物料重量是否大于設(shè)定量，如以上條件都滿(mǎn)足則打開(kāi)相應(yīng)閥門(mén)開(kāi)始進(jìn)料，達(dá)到進(jìn)料量后自動(dòng)關(guān)閉計(jì)量罐出料閥門(mén)，打開(kāi)積液罐進(jìn)氣閥門(mén)，用氮?dú)獯祾吖艿?0秒，將殘存物料吹掃干凈，關(guān)閉配制釜進(jìn)料閥門(mén)，進(jìn)料程序執(zhí)行完畢。以DMC計(jì)量罐向JNSDI-01進(jìn)料800Kg為例，進(jìn)料程序流程圖如圖4所示。

4 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

觸摸屏MT8100iE的編程軟件為EasyBuilder Pro，臺(tái)灣威綸科技的觸摸屏最大的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，9個(gè)計(jì)量罐的重量、壓力、液位等浮點(diǎn)數(shù)可按天進(jìn)行存儲(chǔ)，按照特定格式解壓縮速度快，提取數(shù)據(jù)時(shí)可直接轉(zhuǎn)化為EXCEL表格。系統(tǒng)分為主頁(yè)面及各個(gè)配制釜的進(jìn)料頁(yè)面，各開(kāi)關(guān)及計(jì)量罐的選擇互鎖在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)。觸摸屏與CompactLogix 5370 L3 控制器的標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，需要在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”“設(shè)備列表”“設(shè)備屬性”當(dāng)中選擇“Rockwell EtherNet/IP(CompactLogix) - Free Tag Names”然后將控制器的標(biāo)簽導(dǎo)入到觸摸屏中即可使用，但是直接和輸入、輸出I/O關(guān)聯(lián)的標(biāo)簽無(wú)法顯示，需要定義新標(biāo)簽在主程序中進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

在觸摸屏中主要的程序是各開(kāi)關(guān)及計(jì)量罐的選擇互鎖，通過(guò)循環(huán)執(zhí)行的宏，以及按鈕觸發(fā)的宏來(lái)實(shí)現(xiàn)。宏程序主要用到GetData（）和SetData（）函數(shù)，進(jìn)行讀取和置位標(biāo)簽。

圖4 進(jìn)料程序流程圖

5 結(jié)論

本控制系統(tǒng)已投入實(shí)際生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定。CompactLogix 系列PLC擴(kuò)展靈活，不但主控器可實(shí)現(xiàn)本地機(jī)架擴(kuò)展，分布式網(wǎng)絡(luò)適配器也可實(shí)現(xiàn)機(jī)架擴(kuò)展，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本。1769 ASCII通信模塊集成兩個(gè)通信端口，可一對(duì)一連接2臺(tái)稱(chēng)重變送器，參數(shù)設(shè)置方便，價(jià)格也相對(duì)便宜。整個(gè)系統(tǒng)組成以太網(wǎng)絡(luò)，能很方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。系統(tǒng)將每個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行反饋，所有氣動(dòng)閥門(mén)選用單作用閥門(mén)，在停電的情況下，可以迅速關(guān)閉閥門(mén)，防止物料溢出，提高了系統(tǒng)的安全性。

[1] Compact I/O Modules[M].Rockwell Automation, Inc.2011

[2] 1769 CompactLogix Controllers User Manual[M].Rockwell Automation, Inc. 2013

[3] Compact I/O ASCII Module [M]. Rockwell Automation,Inc.2014.