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轮胎称重配料控制仪表的设计与应用

本文针对轮胎行业中的配料仪表中计量设备落后、称量精度低等现状,介绍了一种以三菱Q系列PLC为核心的自动配料控制仪表,对系统的硬件组成及软件设计做了较为详细的描述,现场的应用情况表明,该配料仪表工作可靠,操作方便,具有很高的精度。

在轮胎行业,橡胶原料配比的精确性直接影响产品的质量。当前我国轮胎橡胶配料设备的自动化水平偏低,配料的准确性很难保证。为保证产品质量,原料的配比要严格按工艺要求。自动称重配料控制仪表将两种或两种以上的物料按一定重量配比自动加入到混合机内,经过混合后达到预定要求后自动处理出料。PLC具有体积小,可读性好,抗干扰能力强及可靠性高等优点,Pro-faceGLC2000系列触摸屏具有强大的显示功能和数据记录能力,以它们为基础的称重配料控制仪表能够实现高精度要求的配料。本文介绍某轮胎生产厂的橡胶配料控制仪表的工作原理、硬件组成与功能设计。

1配料称重系统组成及主要功能

1.1系统组成原理

某厂的轮胎配料称重系统的工作流程图如图1所示。整个系统分为两层,一层为主配料系统,主要负责将更各种物料混合搅拌,经过一层混合好的物料通过吸风通道到达二层,二层有四组一样的称重系统,主要负责对一层配好的物料进行检测和对流量的控制。其工作原理如下所述。当需要配料时,1#配料称称根据配方中每种料的设置重量,首先打开1#料仓的闸门,当达到预定重量时,关闭1#料仓闸门,打开2#料仓闸门,依此类推,直到每一种料都放完,然后1#配料称判断此次的物料是否合格,至此1#称完成一次配料,1#配料称进行下一次的配料。当配料的批次到时,1#称停止配料。由于一层的配料速度很快,所以在第二层分为四组对配好的物料进行分流。二层的四组中哪一个组中没有料,可以从一层的缓冲仓中进料,当进完料后,通过检验称再一次判断物料是否合格,合格品通过减量称把物料以一定的流速输送到下一个工艺流程中。
称重配料仪表的系统原理

1.2主要控制功能

1)具有配方储存功能和实际配料数据存储功能:系统能够存储100个预置配方,并能保存至少两周的实际配料数据。

2)对现场的生产过程进行监控:通过触摸屏能控制现场的生产并能实时显示现场的工作情况。

3)设置“自动”和“手动”两种工作方式:“手动”方式就是手图1配料称重系统工作流程图动单独完成某个控制某个环节,“自动”方式就是完成一个完整的循环周期。

4)具有断电保护功能:如果在工作工程中突然停电,可以保护现场,一旦来电可以恢复生产。

5)具有故障诊断能力:当现场出现故障时能够提示报警,当出现严重的故障时能够停止整个工厂的生产。

1.3系统的控制流程

当系统开始工作时,启动配料生产线。首先对系统进行初始化,通过上位机确定配方号,检查1~6号料仓有无物料,若无物料,提示报警并向料斗送料。称重配料控制仪表对物料进行称重并实时计量,同时把数据传入到PLC中进行相应的计算和处理,当流量称的实际流量数据与设定的流量数据有偏差,PLC根据其偏差值能够进行PID整定,从而实现对流量的控制。系统的控制流程如图2所示。

2配料仪表控制系统的硬件组成及功能

控制系统的主要的硬件组成见图3。它主要包括:1台三菱Q系列PLC,2台Pro-face触摸屏,1台工控机,9台称重配料控制仪表(每个称量料仓放置2个称量传感器)。

2.1三菱Q系列

PLC三菱Q系列PLC是整个控制系统的核心部分,他负责接受外部信号(按钮,继电器触点)等外部数字信号的输入,同时根据当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器、电磁阀等器件,以完成相应的控制。此外,还要接受上位机(触摸屏,工控机)的控制命令并完成与9台配料控制仪表的通讯任务。三菱Q02H型号PLC是三菱公司的高性能PLC,具有运算速度快,通讯功能强,I/O扩展方便,指令丰富等特点。

2.2上位机系统

上位机系统由2台Pro-face触摸屏和1台工控机组成。两台触摸屏分别被放置在现场的一层和二层(见图1),触摸屏能监视图2配料仪表控制流程图现场的工作情况并能完成相应的参数设置和控制任务,同时在第一层的触摸屏还要储存100个配方数据,两台触摸屏要保存实际生产中的实际数据。由于现场环境比较恶劣,所以对触摸屏的要求比较高。Pro-faceGLC2601T型号触摸屏是Pro-face公司一体式控制的先进的HMI,采用铝制型材,具有极好的散热和防尘功能。GLC2601T拥有4MBFEPROM,具有强大的配方数据储存和管理功能。上位机通过监视和管理整个工厂的生产情况,来协调整整个工艺流水线的生产。对于配料称重系统,上位机可以控制具体的生产中使用哪一种配方,并能够随时调用储存在触摸屏中实际配方数据,实现报表及打印功能。

2.3称重配料控制仪表

称重仪表分为配料称,检验称和流量称。配料秤与检验秤为西泰克PLAC-1型,流量称为科丰XK3201P01型。配料称通过设定的目标量、提前量、慢进量进行1#~6#物料的配料工作并检查配好的物料是否合格;检验称是为了防止在物料的传输工程中有物料的损失从而对物料进行又一次的检测;流量称接受来自PLC的流量PID整定数据进行流量控制。在每个料斗的底部有两个应变力式重力传感器,将输出信号传入称重配料控制仪表,称重仪表计算两个传感器数值的平均值并作为实际数值,配料控制仪表还具有100/s的高速A/D转换处理,对于瞬间的重量变化能迅速反应。该称重仪表具有1/1000kg的测量精度。2.4系统的通讯方式的实现整个通讯系统是以三菱Q02HPLC为核心而建立起来的。如图3所示,C24是三菱Q02HPLC的串行通讯模块,有两个通讯口,一个是RS232,另一个是RS485/422,其中RS232口通过RS232/RS485转换器与9台称重配料控制仪表进行自由口通讯,RS485/422口连接两台Pro-face触摸屏,两台触摸屏的站地址分别为0和2;三菱Q02HPLC通过QJ71网络模块与工控机进行数据交换,作为MELSECNET/H网络(整个工厂所采用的网络通讯方式)的一部分,它们之间通过光纤电缆能够以10Mbps的速度进行通讯;QJ61是CC-Link系统主/本地模块,它与远程I/O模块以CC-Link的通讯方式进行连接,其通讯速率为152.5Mbps,这两个模块上分别要进行主站和从站的站号设定,Q61作为主站地址为0,远程I/O模块作为从站地址为1。


图3称重配料控制系统结构

3PLC控制系统的软件设计

根据前面介绍的控制原理及主要控制功能设计的要求,可在GX-DEVELOPER的软件平台上设计PLC的控制程序,整个程序可分为初始化、主程序、通讯读程序、通讯写程序、PID控制五个部分。其中主程序和通讯读程序是循环扫描进行的,通讯写程序为条件执行的,只有当要对称重配料控制仪表设定数据时才执行。PID控制程序是定时中断程序,中断时间为50ms,与PID的采样时间相同。PLC与九台称重仪表通过自由口进行通讯。在通讯读程序中PLC实时的读仪表的数据,PLC发送的报文格式为“起始字节站号数据校验码”,称重仪表根据接收到的信息返回相应的数据。读程序按1~9台仪表的顺序循环读仪表的数据,每个仪表的通讯等待时间为0.5s,及若当PLC发送读某个仪表的数据后,在0.5s后称重配料控制仪表没有返回数据就进行下一个仪表的通讯。通讯写程序是把触摸屏设定的数据写入到称重仪表中,由于称重仪表是RS485接口,为半双工通讯方式,所以在进行通讯写程序时要先暂时终止通讯读程序,在写入完成后再次开启通讯读程序。

4结束语

称重配料控制仪表应用比较广泛,采用了可编程控制技术,使系统的可靠性和精度大大提高,实现了自动控制。Pro-face触摸屏提供了良好的人机界面并具有强大的数据管理功能,为称重配料控制仪表安全、可靠、方便的控制与监视提供了保障;工控机将整个工厂的控制和管理集成在一起。本系统自投入运行以来,运行状态良好,自动化水平达到国内同行业的领先水平,取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献[1]何瑞,贾磊.基于PLC控制的自动配料仪表研究与应用[J].微计算机信息,2007(4):86-87[2]三菱Q系列PLC用户手册[K][收稿日期:2008.7.14]

曾建平 王宪(江南大学通信与控制工程学院,江苏无锡214122)
 

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