| 基于PLC的智能油漆自動配料系統設計 | 2020-01-14 |
| 摘要：針對油漆制造業應用環境惡劣、干擾因素比較多的現狀，油漆配料系統一種智能自動配料配料設備。 該配料設備由S7200型號PLC作為測量和控制的核心，TD400C作為人機接口單元，釆用FS11系列變頻器用來控制配料配料設備的電機速度，波紋管電阻應變式壓力稱重模塊作為稱重元件，磁電式速度稱重模塊作為測速元件，采用固定取樣長度并逬行累加稱重的控制策略，能夠買現油漆生產過程中的在線動態稱重，有效地增強了配料設備的抗干擾能力，解決了下料不穩定時帶來的誤差，提高了配料精度。 0引言 隨著科學技術的不斷發展，自動配料配料設備（也稱稱重配料設備）已廣泛應用于工農業生產和社會生活的各個領域在很多生產工藝過程中，人們除了要求防爆地磅能準確地進行稱量，滿足產品質量的需要外，還要求稱重過程能大幅度提高生產效率。油漆是由助劑石和溶劑等材料按一定的配比混合配料而來，對散料在管道輸送過程中常需要進行動態連續稱量，而且還要對輸送中的流量進行調節、控制和達到準確的配比。配料的精確度直接關系著油漆的質量。如果配料的精確度達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產品的質量和生產率，并且有些重要生產崗位的配料失誤甚至會給整個生產釀成事故。自動配料配料設備是實現生產過程自動化和智能化、企業的科學管理、安全穩定生產和節能降耗的重要技術手段'氣 本文基于PLC設計了一種智能油漆自動配料配料設備，計量精度高，操作方便，對于實現真正的工業自動化，具有重要的意義。 1油漆自動配料配料設備架構設計 1-1機械結構 自動配料配料設備是自動防爆地磅，是物料在輸送過程中連續自動地完成稱重任務，并且要自動完成累計，具有連續和自動稱重的特點。 1-2控制結構 本文所設計的自動配料配料設備的控制結構如圖2所示。在配料設備運行的狀態下，自動配料配料設備利用稱重模塊和測速稱重模塊把管道上通過的物料重量與電機速度轉換成電信號，轉換得到的兩組信號通過現場按鈕盒，通過A/D轉換輸送給主稱重儀表進行計算、調節，輸出一個合適的控制值，經過D/A轉換后傳給變頻器，控制電機的運轉。在此過程中配料設備的給定值，也就是自動配料配料設備每小時所需要配料的噸數，可以是通過控制配料設備的鍵盤本地輸入，也可以是由DCS遠程給定的。稱重累計結果送給稱重顯示器并同時由DCS進行上傳。 1）稱重儀表 由于本文所設計的自動配料設備應用的工業現場環境比較惡劣，潮濕、灰塵等干擾因素比較多，所以對稱重儀表的抗干擾性能以及穩定性有很高的要求。PLC是專為工業控制而設計的，可靠性好、抗干擾能力強是它的最重要特點之一。綜合自動配料配料設備的控制要求，自動配料系統選用西門子的S7200PLC作為稱重儀表。 2）壓力稱重模塊 壓力稱重模塊是自動配料配料設備檢測物料重量的部件，它的性能指標很大程度上決定了自動配料配料設備的測量精度和運行穩定性。自動配料系統采用德國HBM的波紋管電阻應變式稱重模塊，其原理如圖3所示，圖中R4為應變電阻，A,B兩點接入輸入電壓，通常為10V左右，C,D間為信號輸出電壓，其范圍在OmV&12316;10mV。工作原理如下：當應變電阻R4受力后，將引起R4發生形變，從而使R4的阻值發生變化，受力越大形變的程度也就越大，阻值變化也就越大，并且阻值的變化大小和受力的大小成正比例關系。R4的阻值變化后，R4承受的電壓值隨之發生變化，如果將B點設為參考電位點，在受壓前后D點相對B點的壓差就產生了變化。而C點的電壓沒有變化，結果就是引起C點和D點之間有了一定的電壓。 3）測速稱重模塊 管道速度檢測的準確程度直接影響到配料配料設備的準確度。自動配料系統采用磁電式測速稱重模塊。在電機轉動過程中，帶動從動輪轉動，從而帶動了和從動輪同軸的測速齒輪的轉動，當測速稱重模塊接近測速齒輪時輸出脈沖信號。 電機速度越高，測速齒輪旋轉越快，測速稱重模塊輸出脈沖頻率也就越高，單位時間內脈沖個數也越多。通過計算單位時間內收到的脈沖數，算出從動輪的轉速，也就可以計算出電機的線速度。 4）鍵盤、稱重顯示器 TD400C是S7-200文本稱重儀表，為背光液晶顯示，分辨率為192X64,具有2行（大字體）或4行（小字體）顯示功能，使操作員或用戶能夠與應用程序進行交換，可以査看、監視和更改應用程序固有的過程變量。在TD400C上自定義了16個功能按鍵，實現了開機、關機、運行、停止等智能化功能。 5）變頻器 自動配料系統采用模擬電路控制滑差調速電機方式具有價格低廉等優勢，但是在低速時滑差電機調速方式特性差、效率低，且現場外部工作環境惡劣，粉塵多，易進入滑差電機內部而出現磨損、卡死等現象，維修、維護麻煩，造成工作故障多，影響正常生產5。自動配料系統采用富±P11S系列變頻器對電機進行無級變速，可提高配料精度和穩定性，減少配料設備故障。 2控制策略 目前的自動配料配料設備多通過固定時間間隔對物料重量和管道速度采樣，然后把采得的數據進行運算處理，即對管道上物料重量的檢測是通過檢測一段時間內有效稱量段上的物料重量，對這段管道上物料的重量進行平均，所得到的結果作為單位長度上物料的重量。 這種方法在下料平穩的情況下，檢測到物料的重量值基本符合實際值，但在實際過程中，往往會出現下料不穩的情況，尤其在物料潮濕發粘的情況下，還經常會出現一會有料一會沒料的情況，在這種情況下，對管道上的物料進行平均運算，結果與實際值相差很大，影響配料設備的精度。 稱重配料系統不通過固定的時間間隔來對配料設備采樣，而是管道運行固定一段距離來對配料設備的物料重量采樣一次，壓力稱重模塊檢測的是管道上某段物料的重量，把這段長度作為配料設備的固定采樣長度，消除因將物料進行平均而帶來的誤差。 3.1主程序 自動配料系統主程序分為初始化程序、信號采集、判斷運行模式以及模擬量輸出，流程如圖4所示，其中自動調節程序是配料配料設備計量的核心，通過讀取配料設備設定流量以及瞬時的荷重值和速度值，輸出合適的電流來控制變頻器驅動電機，實現控制管道加快或減慢。 圖4主程序流程圖 3.2累積計算程序 自動配料系統中對累積量的計算通過記錄采樣時有效稱量段上物料的重量，等待管道運行的長度等于有效稱量段的長度后，累積量增加n(Kg),如此循環進行，程序流程圖如圖5所示。 3試驗結果及分析 在配料設備設計完成后，對其進行了試驗。試驗過程中，設置桶裝純凈液體的傳輸速度V為0.5m/s,從桶裝液體送入端口至輸出端口間傳輸軌道距離[為12m,純凈液體桶間距硬Im,每個桶的搬運平均時間為15s。配料設備采用220V/50HZ的供電方式，測試時間T為比。 經計算得到1小時內，利用桶裝純凈液體可傳送桶裝液體1787桶。實際測試時，由于考慮到搬運員工的休息及桶裝液體間距誤差等問題，實測得到的桶裝液體傳輸數量為1400桶。 若未采用桶裝純凈液體自動裝卸配料設備，通過人工操作方式時，1小時內，兩名工人搬運的純凈液體數量為250桶，工作效率提高了近6倍。 4結論 油漆配料系統一種智能化油漆自動化配料配料設備，具有操作方便、配料精度高、稱量速度快等優點，能夠克服現場運行環境惡劣、干擾因素眾多的現狀，有效地提高了配料設備的控制準確度和可靠性，解決了以往管道秤配料配料設備存在的配料設備誤差較大、動態特性不理想的問題。本配料設備應用于安徽某油漆廠，能夠按照用戶要求自動完成下料、稱量、配料全過程，很大程度地降低了勞動強度，提高了生產效率和產品質量，對于提高油漆的質量有著十分重要的意義。 | |
