| 基于觸摸屏和PLC設計工業配料系統 | 2021-03-02 |
摘要 - 本文做的是以SIMATIC觸摸屏和PLC為中心設計的工業配料系統，使用WinCC-flexible的人機界面組態軟件。所設計的系統表現出良好的功能，配料系統動態實時監控，自動報警，配方監督，有穩定，安全，方便操作和反應更快最終實現系統的配料和混合功能。 1.引言 西門子公司的產品WinCC-flexible是一種面向HMI的組態軟件，該軟件已被證明是PRO-TOOL系列中一款成功的產品。它具有更好的開放性，可擴展性和兼容性，提高了使用者界面的配置效率，帶來了新的創造性的設備級自動化的概念。在SIMATIC產品中，它可用于配置所有的基于Windows CE的操作面板，從最小面板到觸摸控制面板，多功能面板。由于上述種種優點，本篇文章結合PLC的控制核心，來自SIMATIC S7 - 300系列中的CPU313C來設計稱重配料系統的觸摸屏的配置。實現自動配料系統的設計。目標系統具有一些良好的功能，包括手動操作，故障報警，配方管理，趨勢圖（顯示及分析）和打印結果。 2.稱重配料系統的組成 本文所講的工業自動化配料系統是指特定粉末和液體在被稱重和混合的過程中使用實時監控和監管的自動控制系統。這種自動配料系統已被廣泛地用于許多領域，其中包括冶金，建材，化工，醫藥，食品和飼料加工。一般工業配料系統由以下幾個部分組成： 1）輸入部分 輸入部分是一個致動器，它從原料倉（或存儲罐）中取出材料送至稱重設備。根據不同的材料特性，選擇不同的匹配監管給料設備，例如電振動給料機，螺旋給料機，簡單的（雙）速度電磁閥等。 2）稱量部分 稱重部分由傳感器，標準連接件，接線盒，稱重料斗以及稱重過程中用到的稱重儀器和錯誤檢測裝置等組成。 3）放料設備 我們可以通過稱重設備遞減法或排水設備增量方法（零位法）來出料。出料裝置通常是由大氣釋放閥，電振動給料機、螺旋給料機、電磁閥組成。所有設備應當根據工藝條件和材料的性質進行設計和選擇。 4）控制系統 配料系統由稱重儀表，可編程控制器，主機顯示器機和其他控制裝置組成。 5）桿秤檢查系統 為了確保配料的精度，配料系統的傳感器需要定期校正，檢查。 3.硬件系統設計 A.稱重法 自動配料系統中，一般有兩種稱重方式：輸入式稱重和卸荷式稱重。通常輸入式稱重相比卸式稱重具有更高的精度，所以我們使用前者。輸入型稱重有兩種實現方法，我們稱種為零位法。當稱重開始，我們通過加料設備把材料放到秤斗直到稱重值達到設定值，然后打開閘門，傾倒材料，最后重新從零定位稱量下一種材料；第二種被稱為增量方法，與種方式不同的是我們不在稱重工作剛完成時就立即傾倒材料，而是首先清除電子秤的計數值，然后再以同樣的方法對另一種材料進行操作。顯然，零位法相比增量法具有較高的精度，所以零位法是方法。 B.稱重結構 在被送入混合箱前，物料成分有兩種稱重結構， （1）固定式單組料斗秤結構 ：每個物料倉對應一個料斗秤，每一組材料稱重完成后即進行后續處理。 （2）固定式多組料斗秤結構：多個物料倉分享一個料斗秤，每一組材料在總的稱重完成之后進行后續處理 。對于這兩種產品稱重方式，固定式單組料斗秤結構擁有的傳感精度，然而每一種材料都需要一個稱重儀表和傳感器，所以它的成本。 4.配料系統設計 自動配料系統的設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設計的關鍵在于選擇不同類型傳感器、工用儀器、可編程控制器以及工業控制計算機主機。軟件設計主要包括對可編程控制器的編程和對工業控制計算機主機監控軟件的設計。這篇文章主要探討相關部件的選擇和基于PLC的人機界面（HMI)的設計。 A 可編程控制器的設計 自動配料系統要求有數字量和模擬量輸入/輸出，以及性價比考慮，本文選擇SIMATIC S7—300系列cpu313c為CPU模塊，它集成了二十四點數字輸入，對應于字節地址IB124 ~ IB126。對應十六個字節的數字輸出地址是QB124和QB125，此外，這里有五個集成的模擬量輸入點和兩個集成的模擬量輸出點。表1描述了PLC里I/O的地址分配，表2描述了PLC里有關觸摸屏的地址分配。 B 選擇HMI設備與組態設計 工業配料屬于中型或小型系統，它們顯示不了太多的信息。但要求它們有報警、配方、趨勢圖和打印功能。所以我們選擇5.7寸TP177B顏色PN/ DP。一般對于圖像的設計規劃如下： （1）當啟動的時候顯示原始圖像 （2）用于綜合顯示每個主要變量的值（實時變化）的設備狀況圖像 （3）手動圖像 （4）包括用戶登陸，注銷，用戶管理等的用戶管理圖像設計 （5）配方監控圖像。它是用來尋找有關配方的日期記錄的，用戶可以修改配方項目，增加或減少配方數據日期記錄以及打印配方。 （6）報警圖像。設計用來查看報警記錄及顯示報警原由。 （7）趨勢圖圖像。顯示打漿機中電動機轉速的趨勢圖，限于文章的長度，在這里我們只介紹原始圖像和手動圖像。簡要地說，我們以原始圖像為中心，選擇星單線模式切換。當啟動時原始圖像被顯示，我們設置旋轉按鈕以便切換到其他圖像，自然地，其他的圖片模式也可以智能地返回到原始圖像。 對于手動操作的圖像設計，，按下“輸入1材料”按鈕，然后電磁閥打開，材料開始被傳送到容量直到容器達到設定值。然后重復同樣的工作，直到完成對第四種材料的操作。第二，“按排放按鈕“輪流將材料排放到桿秤桶下面的混合箱內。第三，啟動攪拌器，攪拌混合箱里面的混合材料。最后，當攪拌工作完成后，卸貨完成加工的混合產品。靠近每個按鈕的指示燈是用來顯示輸出的PLC信號的操作情況。左邊的輸出場地是反饋進料量的現值和每個階段的運行實況。操作者利用對這些輸出值的估計來停止當前操作。如果產生混沌信號，應立即停止系統運行。手動操作的圖像如圖3所示。 5．在線仿真調試 在仿真調試的過程中，一些TP功能可以得以被展示，條件是連接到PLC內部的用戶程序中。如果我們沒有PLC硬件，西門子PLC仿真軟件的仿真軟件的集成STEP7將是一個不錯的選擇。我們可以用它來模擬S7—300PLC功能和使用WCC flexible 的操作系統來模擬TP功能。在STEP7 SIMATIC Manager中打開該項目，然后打開S7 PLCSIM窗口，CPU視圖對象出現。之后，在PLCSIM工具欄中點擊輸入、輸出和一些記憶按鈕，設計在仿真過程中所需的可視對象，然后設置視圖對象的地址和日期格式。在在線仿真調試之前，控制程序應被寫好并下載到仿真PLC，然后讓CPU進入運行模式。最后點擊系統WinCC-flexible的工具欄操作按鈕，在線仿真調試開始，每個圖像可清晰地被調試。 ６.總結 將WinCC－flexible組態軟件應用到工業配料系統，設計的TP圖像對象根據實際要求和顯示每個動態變量的值取決于操作圖像和設備狀態圖像。所設計的自動配料系統具有操作簡單的優點，非常好的可靠性，清晰的操作過程以及對于不同操作模式的準確性，同時，它具有實時報警、配方修改或打印和顯示趨勢圖功能。這些功能使得操作系統的監控能力大大提高。工業配料系統是一個復雜的控制系統，如果我們想要一個高精度，低成本的系統，材料的性能和工藝要求應該在實踐中根據企業和個人的情況綜合考慮。
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