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（一）設(shè)計(jì)來(lái)源與現(xiàn)實(shí)意義
目前，配料系統(tǒng)在用量大的物料（固體或液體）稱量中被廣泛使用，實(shí)現(xiàn)了稱量配料的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。而我所見的塑料煉膠中，對(duì)使用相對(duì)較少的小粉料，有的還不太重視，仍存在小作坊配料的形式。人工按照配方用臺(tái)秤、電子秤對(duì)各項(xiàng)小粉料稱量，混合，包裝。這樣的配料方式，人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境差，稱量精度差，易配錯(cuò)，不易滿足快速、連續(xù)的生產(chǎn)，給生產(chǎn)帶來(lái)不良因素。
（二）設(shè)計(jì)方案確定
智能PLC小粉料配料系統(tǒng)：由工控機(jī)（電腦），把配方發(fā)送到PLC，稱重控制器通過(guò)PROFIBUS（現(xiàn)場(chǎng)總線），實(shí)時(shí)與PLC通信，PLC控制整個(gè)配方的自動(dòng)稱量。電腦通過(guò)軟件包對(duì)整個(gè)自動(dòng)稱量過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。從而實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)稱量。
二、PLC 的基本知識(shí)
（一）PLC的基本概念
稱量配料系統(tǒng)可編程邏輯控制器，為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。配料控制系統(tǒng)PLC主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍。
（二）PLC的產(chǎn)生與發(fā)展
配料系統(tǒng)在PLC出現(xiàn)前，配料設(shè)備在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是繼電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。
1969年美國(guó)稱重設(shè)備公司成功研制了一臺(tái)可編程稱重控制器，這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，灌裝設(shè)備這項(xiàng)技術(shù)很快發(fā)展起來(lái)。
20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等電子秤技術(shù)的迅速發(fā)展，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC成為把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，自動(dòng)化配料系統(tǒng)而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。
(三）PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域
1、PLC的特點(diǎn)
電子秤PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)榫哂性S多優(yōu)點(diǎn)：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用方便；功能完善、通用性強(qiáng)；設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；體積小、重量輕、能耗低等。自動(dòng)配料系統(tǒng)較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。
2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，稱重配料機(jī)在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各行各業(yè)，從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為開關(guān)量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制 、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等幾個(gè)方面。
（四）PLC的工作原理
配料秤PLC采取每個(gè)掃描周期內(nèi)，輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新的工作方式，在掃描周期內(nèi)用戶程序按順序執(zhí)行。
1、工作過(guò)程
稱量設(shè)備當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，稱作一個(gè)掃描周期，也稱為蓄電池叉車一個(gè)工作周期。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
2、工作流程圖
配料設(shè)備PLC的工作過(guò)程包括送電、運(yùn)行、自診斷、通訊等。一個(gè)工作周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。
三、PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟
1、深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求
被控對(duì)象就是受控的灌裝設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過(guò)程。自動(dòng)配料秤控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。稱重配料機(jī)對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。
2、確定輸入輸出設(shè)備
根據(jù)被控對(duì)象PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、稱重模塊等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
3、選擇合適的PLC類型
稱重配料系統(tǒng)根據(jù)已確定的用戶輸入輸出設(shè)備，配液罐統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、計(jì)量罐輸入輸出模塊的選擇、配料罐電源模塊的選擇等。
4、分配 I/O點(diǎn)
自動(dòng)配料系統(tǒng)分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，稱重控制系統(tǒng)編制出輸入輸出分配表或者畫出輸入輸出端子的接線圖。接著就可以進(jìn)行自動(dòng)灌裝機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。
5、設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序
根據(jù)工作狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出灌裝配料流程。自動(dòng)控制系統(tǒng)這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
6、將程序輸入 PLC
配料罐當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入PLC時(shí)，配料釜需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，攪拌釜以便輸入。配液罐當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，計(jì)量罐可通過(guò)上位機(jī)的連接電纜將程序下載到PLC中去。
7、進(jìn)行軟件測(cè)試
稱重系統(tǒng)程序輸入PLC后，應(yīng)行測(cè)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。
8、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)核對(duì)調(diào)試
防爆電子秤在控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，要用反應(yīng)罐PLC對(duì)輸入設(shè)備如按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，輸出設(shè)備如繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥、電機(jī)等進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試，看安裝、接線是否正確，該點(diǎn)動(dòng)作是否正確，若有誤并及時(shí)改正。
9、應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試
稱重系統(tǒng)在PLC軟硬件測(cè)試完成后，計(jì)量罐就可以進(jìn)行整個(gè)稱重系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，配料罐然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可行分段調(diào)試，然后再連接起來(lái)總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。
（二） PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是指硬件選型。合理選擇搪瓷釜PLC，對(duì)提高反應(yīng)釜PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要作用。
1、PLC 機(jī)型選擇
稱重配料機(jī)機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證稱重系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及的性能價(jià)格比。稱量配料系統(tǒng)具體應(yīng)考慮機(jī)型結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、功能強(qiáng)弱適當(dāng)、PLC環(huán)境的適應(yīng)性等因素。
2、PLC容量的選擇
稱重配料系統(tǒng)PLC容量包括兩個(gè)方面: 一是I/O的點(diǎn)數(shù):二是用戶存儲(chǔ)器的容量(字?jǐn)?shù))。I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)裕量。
3、I/O模塊的選擇
根據(jù)PLC輸入量和輸出量的點(diǎn)數(shù)和性質(zhì)，可以確定 I/O模塊的型號(hào)和數(shù)量，PLC相應(yīng)有許多種I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入、輸出模塊、模擬量輸入、輸出模塊，智能式輸入、輸出模塊，自動(dòng)灌裝機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。
4、電源模塊的選擇
電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。稱重裝置電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。
（三）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的過(guò)程與任何軟件的開發(fā)一樣，先要進(jìn)行可行性研究， 計(jì)量罐然后還要經(jīng)歷需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。配料罐PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，稱重設(shè)備要求既要有液體灌裝機(jī)PLC、防爆地磅計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動(dòng)控制的知識(shí)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
計(jì)量罐軟件設(shè)計(jì)過(guò)程是對(duì)程序結(jié)構(gòu)、配料罐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和過(guò)程細(xì)節(jié)逐步求精的過(guò)程，攪拌罐是將需求規(guī)格說(shuō)明逐步轉(zhuǎn)化為源代碼的過(guò)程。
計(jì)量罐軟件過(guò)程設(shè)計(jì)考慮軟件總體結(jié)構(gòu)中模塊之間的控制分層關(guān)系，配料罐而軟件過(guò)程設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是描述算法的細(xì)節(jié)，以及模塊間的處理順序。地磅稱重裝置可用流程圖、框圖、梯形圖等工具來(lái)描述。
（四）PLC控制系統(tǒng)的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。計(jì)量罐PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，配料罐使PLC與PLC 之間、鋼瓶秤PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠?qū)崟r(shí)交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，計(jì)量罐實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)料斗秤PLC具有RS-232或RS-485接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的PN、DP接口。
四、智能PLC小粉料自動(dòng)配料系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
（一） 智能PLC小粉料自動(dòng)稱量系統(tǒng)簡(jiǎn)介
智能PLC配料系統(tǒng)：適用于小粉料（包括小粒料）的配料。主要面向于煉膠行業(yè)設(shè)計(jì)，類似的輪胎行業(yè)的自動(dòng)稱量也可以使用。由工控機(jī)（電腦），把配方發(fā)送到PLC，稱重顯示控制器通過(guò)PROFIBUS（現(xiàn)場(chǎng)總線），實(shí)時(shí)與PLC通信，電動(dòng)叉車PLC控制整個(gè)配方的自動(dòng)稱量。工控機(jī)通過(guò)軟件包對(duì)整個(gè)自動(dòng)稱量過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。叉車從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量的智能化。
此智能PLC小粉料配料，對(duì)煉膠過(guò)程中小用量的小粉（粒）料進(jìn)行自動(dòng)稱量。有20種小粉（粒）料自動(dòng)稱量，加上2種人工離線稱量，電腦自動(dòng)記錄。蓄電池叉車能滿足煉膠系統(tǒng)小粉（粒）料的配料需要。
（二） 小粉料自動(dòng)配料系統(tǒng)
1、稱量系統(tǒng)中的加料方式
小粉料自動(dòng)配料系統(tǒng)：有兩種配料系統(tǒng)，電磁振動(dòng)加料器配料，雙螺桿加料器稱量系統(tǒng)。前8儲(chǔ)斗裝小顆粒配料，采用電磁振動(dòng)加料裝置，加料控制采用雙速控制，以保證稱量精度和稱量效率，震蕩頻率按物料特性及誤差要求，每一物料逐一加以設(shè)定，分別由A、B兩個(gè)電子配料秤自動(dòng)稱量。電磁振動(dòng)加料器配液罐兩個(gè)配料秤所示。
后12種儲(chǔ)斗裝小粉料，采用雙螺桿加料裝置，螺旋加料機(jī)由變頻器控制，分快速、慢速，點(diǎn)動(dòng)加料，以保證稱量精度和稱量能力，分別由C、D、E、三個(gè)電子配料秤自動(dòng)稱量。雙螺桿加料器如圖4-2后三個(gè)配料秤所示。
2、 自動(dòng)稱量過(guò)程
小粉配料：有五個(gè)自動(dòng)電子秤，一個(gè)手動(dòng)電子秤，一個(gè)校核秤組成。人工將配料袋套于配料筐上，配料筐在運(yùn)輸定位軌道、自動(dòng)配料秤、核子電子秤上自動(dòng)運(yùn)行。電子秤分布與料筐運(yùn)轉(zhuǎn)所示。
配料時(shí)，各料筐按工藝配方要求，自動(dòng)運(yùn)行至相應(yīng)配料秤上并定位，自動(dòng)扣除皮重，加料器便向配料筐內(nèi)加料，運(yùn)行計(jì)量配料。當(dāng)A、B、C、D、E秤都有配料稱量時(shí)，五個(gè)電子秤可以同時(shí)進(jìn)行稱量。計(jì)量完畢，各配料筐自動(dòng)運(yùn)行至下一工位。按工藝配方各種物料配料完畢，人工取出配料筐內(nèi)已經(jīng)加料完畢的配料袋，并套入新的配料袋，經(jīng)校核秤檢驗(yàn)物料已取出，則繼續(xù)循環(huán)工作。如物料未取出，則有聲光報(bào)警通知工人，直至完成按此工藝配方設(shè)定的車數(shù)。再通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定新的工藝配方或調(diào)出已存儲(chǔ)好的工藝配方開始新的稱量配料。
3、加料器電氣原理圖
電磁振動(dòng)加料器，A稱、B稱分別由兩塊全隔離單相交流調(diào)壓模塊B1、B2提供電震器電源。雙螺桿加料器，C稱、D稱、E稱分別由3個(gè)變頻器提供快稱、慢稱、點(diǎn)動(dòng)的電源。變頻器選用西門子6SE6440-2UD21-5AA1。
（三）PLC小粉料配料
1、PLC小粉料配料硬件設(shè)計(jì)
PLC小粉料自動(dòng)配料系統(tǒng)選用了工程中常用的西門子S7-300系列PLC產(chǎn)品。
電源、CPU、IM接口選擇
電源采用外部供電，穩(wěn)壓直流電源（AC220V/DC24V 10Ａ）；為滿足網(wǎng)絡(luò)通信、智能稱重儀表聯(lián)網(wǎng)需要，CPU選擇新型號(hào)CPU315-2PN/DP；由于輸入輸出模塊大于11槽，需要擴(kuò)展機(jī)架，兩個(gè)機(jī)架可以上下緊挨安裝，接口模塊選擇IM365-0BA01-2AA0發(fā)送、接收模塊對(duì)一對(duì)。
PLC小粉料自動(dòng)配料系統(tǒng)的軟件為STEP7軟件。稱量配料系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化編程設(shè)計(jì)，用梯形圖編寫。編寫的功能塊有：FC4為“報(bào)警記錄”塊；FC5為“內(nèi)部控制”塊；FC6為“選斗加料”塊；FC7為“指示燈顯示”塊；FC8為“運(yùn)筐-稱”塊；FC9為“計(jì)算機(jī)通信”塊；FC10為“A稱稱量”塊；FC11為“B稱稱量”塊；FC12為“C稱稱量”塊；FC13為“D稱稱量”塊；FC14為“E稱稱量”塊；FC15為“車數(shù)統(tǒng)計(jì)”塊；FC17為“模擬量”塊；FC19為“總量校核”塊；FC20為“稱值回采”塊。這些功能塊在組織塊OB1中被調(diào)用。