| 染缸PLC自動配料系統 | 2020-01-22 |
| 引言 染布工藝經過長時間的積累，已經形成一套相對固定的工藝流程。但是隨著布料種類、染料種類和印染要求的不同，染布工藝越來越復雜跟精細化，單純的人工處理，難以解決且效率較低，只能單純依靠人自身經驗。染缸PLC配料系統自動配料配料系統V1.0(簡稱染缸配料配料系統)，正是基于提高工藝質量跟效率而開發，本配料系統用于為布料著色，通過調節溫度，壓力，和顏料的稱重形成一定的工藝條件，在相對穩定水位、壓力、溫度條件下對布料進行染色。配料系統屬于全電腦控制，對各個控制量均實現閉環控制，根據反饋實時調節補償，以達到穩定的控制效果。并且，配料系統可以根據用戶對于每種染色工藝的要求不同，要求程序按照功能進行模塊式劃分，可以根據需求在進行靈活調用，組成不同的個性化工藝方案。 配料系統基于PLC配料系統設計的特點 本配料系統引用的PLC可編程序稱重控制器，具有以下特點： 靈活、通用 在繼電器配料配料系統中，使用的稱重控制器件是大量的繼電器，整個配料系統是根據設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上的稍許變化，需要改變電氣配料配料系統的話，那么原先的整個電氣配料配料系統將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費了大量的人力、物力和時間。而PLC配料系統是通過存儲在存儲器中的程序實現控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。而且，同一臺PLC配料系統還可以用于不同的控制對象，改變軟件就可以實現不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。另外，PLC配料系統產品還具有多樣化、系列化的特點，其結構形式多種多樣，同一系列又有低檔、中檔、高檔之分，因此可以適應于各種不同規模、不同要求的工業控制。PLC配料系統還有多種功能模塊，可以根據需要靈活組合成各種不同功能的控制裝置，實現各種特殊的控制要求。 可靠性高、抗干擾能力強 對工業稱重來講，可靠性是一個非常重要的指標，如何能在各種惡劣的工業環境和條件(如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵、超高溫等)下，平穩、可靠地工作，將故障率降至，是研制每一種稱重控制器件必須考慮的問題。PLC配料系統的研制者在這一方面采取了許多有力的措施，使PLC配料系統具有很高的可靠性和抗干擾能力，因此被稱為“專為適應惡劣的工業環境而設計的計算機” 。 首先，PLC配料系統采用的是微電子技術，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，因此不會出現繼電器配料配料系統中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現象，提高了可靠性。另外，PLC配料系統還在硬件和軟件兩方面采取了以下主要措施來提高其可靠性。 ①硬件措施 對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，均采用嚴格措施進行屏蔽，以防外界干擾；對供電配料系統及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或II型濾波網絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響；對CPU這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、欠電壓的影響；在CPU與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離了內部電路與I/O間的聯系，減少故障和誤動作；采用模塊式結構，這種結構有助于在故障情況下短時修復。因為一旦查出某一模塊出現故障就能迅速更換，使配料系統恢復正常工作。 ②軟件措施 監控程序定期地檢測外界環境，如掉電、欠電壓、后備電池電壓過低及強干擾信號等，以便及時進行處理；當檢測到故障時，立即把現狀態存入存儲器，并對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。這樣，一旦檢測到外界環境正常后，便可恢復到故障發生前的狀態，繼續原來的程序工作；設置監視定時器WDT，如果程序每次循環執行時間超過了WDT規定時間，表明程序進入死循環，立即報警；加強對程序的檢查和校驗，一旦程序有錯，立即報警，并停止執行；對用戶程序及動態數據進行電池后備，停電時利用后備電池供電，保證信息不丟失。由于采取了以上措施，使PLC配料系統的可靠性、抗干擾能力大大提高，這是PLC配料系統控制優于微機控制的一大特點。 編程簡單、使用方便 用微機實現控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。而PLC配料系統采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”目前大多數PLC配料系統采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了繼電器控制線到大多數電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被電氣于編程，程序改變時也容易修改，靈活方便。這種面向控制過程與面前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC配料系統內部增加了解釋程序，對大多數的機電控制設備來說，PLC配料系統的控制速度是足夠快的。 用微機控制，還要在輸入輸出接口上做大量工作，才能與控制現場連接起來，調試也比較煩瑣。而PLC配料系統的輸入輸出接口已經做好，可直接與控制現場的用戶設備連接。輸入接口可以與各種開關和傳感器連接，輸出接口具有較強的驅動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接，使用很方便。 接線簡單、功能強、體積小、重量輕、易于實現機電一體化 PLC配料系統的接線只需將輸入設備(如按鈕、開關等)與PLC配料系統輸入端子連接，將輸出設備(如接觸器、電磁閥等)與PLC配料系統輸出端子連接。接線工具僅為螺絲刀，接線工作極其簡單、工作量極少。 現代PLC配料系統不僅具有條件控制、計時、計數、步進等控制功能，而且還能完成A/D、D/A轉換、數字運算和數據處理以及通信聯網、生產過程監控等。因此，它既可對開關量進行控，又可對模擬量進行控制；既可控制一臺單機、一條生產線，又可控制一個機群，多條生產線；既可現場控制，又可遠距離控制；既可控制簡單配料系統，又可控制復雜配料系統。 由于PLC配料系統采用半導體集成電路，因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點。且由于PLC配料系統是專為工業控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機械設備內部，因而成為實現機電一體化十分理想的控制設備。 配料系統設計原理及構成 配料系統上位機采用工業平板PC機。PC機與PLC配料系統以RS232方式通信，上位機開發平臺采用Wonderware Intouch 9.5版組態軟件，可實現對整機運行工作情況的監控和歷史紀錄數據的保存。 在可編程稱重控制器（PLC配料系統）方面，選擇PLC配料系統作為核心稱重控制器，采用MODBUS通訊協議，與變頻器通過RS485總線通訊控制方式實現傳動控制，并可與稱重模塊通訊。根據配料系統要求，這些PLC配料系統分配在三個控制箱中。主控制箱中1臺PLC配料系統配置為MODBUS主站，由主站對全部從站PLC配料系統、變頻器、稱重模塊進行監控；上位機通過主站來進行配料系統監控。變頻器選型采用TD3000系列和SK系列產品。 TD3000系列變頻器是高品質、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器；SK系列變頻器具有體積小巧、操作簡便、功能實用、寬輸出頻率和低噪音等優點。 配料系統具體結構說明如下： PC作為配料系統的上位機通過串口與主控制箱的主站模塊的通訊口0連接，采用RS232通訊實現對>數據的采集和控制。 配料系統主干通訊網絡采用MODBUS協議。 配料系統分為三個控制箱：主控制箱、機身控制箱、機身電磁閥接線盒。配料系統需要配5個主模塊，以MODBUS總線協議進行通訊。主控制箱內有3個 主模塊，其中第1個主模塊配置為MODBUS主站。機身控制箱和機身電磁閥接線盒分別各配置1個主模塊。 主控制箱的主站采用EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出），擴展了2個EC20-4PT模塊（溫度測量）、2個EC20-4AD模塊（4-20mA模擬量測量）；主控制箱的從站采用2個EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出）。 機身控制箱從站采用EC20-2012BRA主模塊（繼電器輸出），擴展了1個EC20-4AD模塊（0-10VDC模擬量測量）。控制箱應留出未來擴展的空間，以便將來增加擴展模塊。該控制箱上安裝1個無錫匯聯SLIAN的稱重顯示器，通訊線與的通訊口0連接（RS-232）。 機身電磁閥接線盒從站 采用EC20-3232BRA主模塊（繼電器輸出）。 5個比例閥分別由主控制箱的3個主模塊進行控制。每個主模塊可控制2個比例閥。 4臺變頻器和2個稱重模塊都作為MODBUS從站，由主控制箱主站進行監控。 配料系統工作原理 人機交互通過PC實現，PC可以實時監控整個配料系統的工作運行狀態、動作過程及故障報警、實時曲線描繪和保存歷史數據等，同時可發送各種操作命令給以配料配料系統的運行。 在主站與PC、從站變頻器和稱重模塊儀表通訊方面，EC20 充分利用自身的優勢，由于EC20 本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協議/編程協議/MODBUS從站協議，1個RS232/485口，集成自由協議/MODBUS主站/從站協議），EC20 利用COM0口和PC進行通信（EC20 做從站，設置成MODBUS從站協議），利用COM1和多臺從站、和稱重模塊表組成網絡進行集中控制（EC20 的COM1設置成MODBUS主站協議）。變頻器自帶RS485接口的通訊單元，用于實現與多臺變頻器的聯網。對 >變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，可省去變頻器的外部起停控制線路。 5個比例閥稱重控制器均由步進電機及放大器組成，由主站及2個從站通過高速脈沖輸出口來進行控制。 稱重模塊表具有MODBUS協議，可由主站通過MODBUS網絡訪問和監控。另外，稱重模塊具有脈沖計數和頻率輸出，可用于計量，作為備用方案。脈沖輸出可以接入到EC20的高速輸入通道。 邏輯控制實現 此次編程采用順序功能圖（Sequential Function Chart），利用順序功能圖的過程劃分和步驟間轉換功能。可將程序段進行模塊化自由組合。由于順序功能圖編程具有直觀和流程化的特點，分解后的每一步驟和每個轉換條件都為相對簡單的程序過程，在順序控制領域應用比較廣泛。 模塊化的分解與實現 染布工藝經過長時間的積累，已經形成一套相對固定的工藝流程。但是隨著布料種類、染料種類和印染要求的不同，會在原有流程上進行一定的增加、刪減或者參數的改變，因此需要將整個印染工藝分解為若干個小模塊以實現這一功能 。模塊功能的實現應用順序功能圖流程的概念。在一個關聯且封閉的順序流程中，每一時刻只有一個步驟在運行，且各流程間互不干擾。而工藝模塊的劃分也正是本著一個模塊內的工藝順序執行、各個模塊間的工藝盡量獨立這一原則。因此，一個模塊對應一個流程即可。 自由式組合編程的實現 工藝要求能夠自由的對功能模塊進行順序組合和重組，而PLC配料系統的程序是通過軟件將PC中的內容寫入到PLC配料系統固件中的，因此一經寫入就不再可以更改，程序的執行按照預定流程。于是我們通過與上位機的配合來實現自由編程。在上位機中對各個功能模塊進行組合，通過組態軟件將這些模塊所對應的流程的起始步進號存儲到一個配方列表中。上位機PC發送配方當前的步進號給PLC配料系統，PLC配料系統接收到后啟動該步進對應的流程，并在流程的最后置位某固定的完成標志，發送給上位機。PC收到完成標志后，配方的步進號向下傳遞并再發送，如此實現自由組合編程。 配料系統功能特點 ◆具有面向設備對象的開放式軟硬件配料系統 本配料系統擴展方便、組態靈活，具有的可靠性，能夠滿足離網太陽能發電站設備的擴展和配料系統功能的增加。 ◆具有數據庫自動生成配料系統 本配料系統數據采用開放的配料系統定義庫、實時庫、歷史庫操作接口，滿足多方應用軟件集成化及一體化設計的要求。 ◆具有良好的人機界面 程序使用菜單（MENU）對話框（DIALOG BOX）和圖標（ICON），操作簡便易學，便于現場運行和維護人員了解配料系統狀態。 ◆具有良好的可移植性 配料系統獨立于硬件平臺，只要新的硬件平臺支持配料系統軟件的運行，配料系統不需要修改，就能在新的平臺上運行。 ◆具有良好的通用性 配料系統提供一系列實用工具，由用戶使用這些工具來構筑配料系統。 ◆具有良好的開放性 向用戶提供不同層次的接口，用戶通過這些接口參與配料系統的二次開發，滿足不同用戶的不同要求。 | |
