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1.前言

本文介紹了冶金行業(yè)鎂磚自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的控制要求、控制方案選用、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)．使用S7—200系列可編程序控制器(PLC)代替原來的繼電器控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了配料的自動(dòng)控制．該控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)．組態(tài)方便．系統(tǒng)可靠，取得了較好的現(xiàn)場應(yīng)用效果．
自動(dòng)配料是建材、冶金、化工、飼料等行業(yè)生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，其控制系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛?．隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，人們對(duì)各種成分原料的配比也提出了更高的要求，同時(shí)也要求配料控制系統(tǒng)具有更高的自動(dòng)化和智能化．為了滿足這些要求，需要一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的分布式微機(jī)配料控制系統(tǒng)．
一般情況下配料現(xiàn)場的環(huán)境較差，而且控制過程復(fù)雜，不適合人工現(xiàn)場操作．因此，為了保證配料的速度和一致性，近年來生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用了自動(dòng)配料系統(tǒng)來代替人工進(jìn)行配料．早期的自動(dòng)配料系統(tǒng)大多采用單片機(jī)控制，使用簡易鍵盤和LED數(shù)碼顯示作為人機(jī)交互接口．這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可以滿足一般的配料要求等優(yōu)點(diǎn)，但也存在人機(jī)界面差、擴(kuò)展能力低、無統(tǒng)計(jì)查詢管理功能等不足之處．隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和信息化程度的不斷提高，這種自動(dòng)配料系統(tǒng)越來越難以滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，各種新型自動(dòng)配料系統(tǒng)也因此不斷涌現(xiàn)．這里介紹一種采用分布式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)配料系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以按照配方自動(dòng)進(jìn)行配料，而且能夠?qū)⒎植荚诓煌攸c(diǎn)的配料裝置通過I85總線連接起來，接人PC機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。
2，設(shè)計(jì)實(shí)例
2．1，項(xiàng)目介紹
鎂磚配料是鎂磚生產(chǎn)的一項(xiàng)重要的原料準(zhǔn)備工作，配料準(zhǔn)確與否直接影響爐子的化學(xué)反應(yīng)、電爐的操作穩(wěn)定性和爐襯的壽命，因此，正確的配料是鎂磚電爐正常運(yùn)行的重要條件。項(xiàng)目采用了一種全新的自動(dòng)配料系統(tǒng)，它是上下位機(jī)的結(jié)構(gòu)模式：以PC機(jī)作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)．
分布式自動(dòng)配料控制系統(tǒng)不僅具有基本的自動(dòng)配料控制功能，而且通過RS485總線將分布在各處的配料單元連接起來，可以在上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行集中監(jiān)控以及配方等數(shù)據(jù)的管理，具有結(jié)構(gòu)靈活、人機(jī)界面好、集控制和管理于一體等優(yōu)點(diǎn)．實(shí)踐證明，該系統(tǒng)功能全面，工作穩(wěn)定可靠，性價(jià)比高，可以滿足各種配料生產(chǎn)的要求，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值．
2．2，控制要求
1)配料系統(tǒng)的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制功能_4j．自動(dòng)控制方式由操作人員從鍵盤輸入物料配方和其他控制參數(shù)，自動(dòng)完成工藝流程控制．具體動(dòng)作如下：2個(gè)配料車行走控制(左行、右行、左慢行、右慢行等行走控制)，配料車的進(jìn)料(大斗和小斗的上密封動(dòng)作，除塵動(dòng)作)和卸料控制(大斗和小斗的下密封動(dòng)作，大斗和小斗的底門動(dòng)作，除塵和振打動(dòng)作)，給料機(jī)控制(72個(gè)料倉的給料控制)．
手動(dòng)控制方式，是由操作人員從鍵盤輸入物料配方和其他控制參數(shù)以及具體的控制要求，分步進(jìn)行操作的控制．
2)無線通訊方式(自由口通訊方式)．系統(tǒng)采用的是無線通訊方式，硬件選用的是TDS—PA01．通訊方式采用的是自由口通訊方式．
3)配料設(shè)備運(yùn)行故障狀態(tài)報(bào)警和報(bào)警記錄查詢．監(jiān)控軟件監(jiān)測各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)Ω鞣N故障進(jìn)行應(yīng)急處理并報(bào)警提示，從而快速排除故障．同時(shí)系統(tǒng)靈活多變的控制方式也給故障處理提供了方便．
4)給料落差值自動(dòng)補(bǔ)償功能．在配料過程中能自動(dòng)修正空中飛料的稱量，提高了稱量精度．
5)全過程系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控顯示功能．由顯示器動(dòng)態(tài)顯示物料質(zhì)量及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)．
6)生產(chǎn)管理以及報(bào)表打?。摴δ苡糜趯?duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理(如配方管理等)以及報(bào)表打印．
3，控制方案及系統(tǒng)構(gòu)成
3．1，控制方案
系統(tǒng)總體方案基于集散控制系統(tǒng)的思想，以集中控制和分散管理為指導(dǎo)原則．選用計(jì)算機(jī)和PLC構(gòu)成上下位機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制目標(biāo)．硬件部分包括上位機(jī)設(shè)計(jì)選用、下位機(jī)設(shè)計(jì)選用、通信硬件設(shè)計(jì)選用．上位機(jī)設(shè)計(jì)選型本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滿足要求的原則，通過比較工控機(jī)、品牌機(jī)、個(gè)人電腦，決定選用適合于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的工控機(jī)，以滿足系統(tǒng)管理的要求．系統(tǒng)中下位機(jī)的功能主要是完成生產(chǎn)控制，考慮到現(xiàn)場控制所受的干擾大，并且系統(tǒng)控制精度要求較高，通過對(duì)比分析，選用了西門子公司s7—200系列的PLC，它的高可靠性可以很好地滿足控制要求．通信硬件選擇的是無線通訊設(shè)備．軟件設(shè)計(jì)采用STEP7一Micro／wIN32編程軟件作為開發(fā)工具．
控制方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)共有72個(gè)給料倉，每2個(gè)料倉為1組，公用1個(gè)下料口(即1號(hào)料倉和2號(hào)料倉公用1個(gè)下料口，3號(hào)料倉和4號(hào)料倉公用1個(gè)下料口，依此類推)．其中25號(hào)料倉到48號(hào)料倉里為粉末料，其余料倉為顆粒料，粗顆粒料倉給料方式采用振動(dòng)給料機(jī)，超細(xì)粉料料倉采用螺旋給料機(jī)．
2臺(tái)配料車在同1個(gè)軌道上行走，分為左行、右行、左慢行、右慢行等行走動(dòng)作．
每臺(tái)配料車占用3個(gè)停車位，共有36個(gè)停車位和左右各1個(gè)避讓空車位．配料車為2斗2秤，分為大斗和小斗，大斗容量為700kg，小斗容量為300kg．正常情況下，25號(hào)料倉到48號(hào)料倉用小斗配料，其余料倉用大斗配料．如果配料全部是粉料，則選擇25號(hào)料倉到48號(hào)料倉；如果全部是顆粒料，則1號(hào)配料車選擇1號(hào)料倉到24號(hào)料倉；2號(hào)配料車選擇49號(hào)料倉到72號(hào)料倉；如果配方中有顆粒料又有粉料，則1號(hào)配料車和2號(hào)配料車在給料時(shí)將有重疊的部分，兩車為避免碰撞，需要避讓，在路徑選擇上需要考慮．
3．2，系統(tǒng)構(gòu)成
3．2．1，硬件
1)給料部分．給料部分是從料倉向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、雙速電磁閥．
2)稱重部分．稱重部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接部件、接線盒和稱量斗組成，與稱重儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測．
3)排料設(shè)備．排料設(shè)備由排空閥門、電磁振動(dòng)給料機(jī)、電氣振動(dòng)閥門組成．
4)控制系統(tǒng)．配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、上位工控機(jī)、CRT顯示裝置、可編程序控制器、無線通訊設(shè)備及其他控制器件等組成。
5)校秤系統(tǒng)．配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)定期進(jìn)行調(diào)校，以保證系統(tǒng)配料精度．
3．2．2，配料車軟件和通訊軟件
采用STEfy7IN32對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程．
分析如下：首先開始進(jìn)行各種初始化程序，對(duì)各存儲(chǔ)器的參數(shù)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行行車計(jì)算，當(dāng)前位置不等于目標(biāo)位置時(shí)，進(jìn)行左行和右行操作，繼續(xù)判斷當(dāng)前位置大于或小于目標(biāo)車位，進(jìn)而判斷是左行還是右行；當(dāng)前位置等于目標(biāo)位置時(shí)，進(jìn)行左慢行和右慢行的操作，當(dāng)目標(biāo)車位是大斗對(duì)齊，而當(dāng)前是小斗對(duì)齊時(shí)，則左慢行，反之則右慢行．當(dāng)目標(biāo)車位和當(dāng)前車位相同，同時(shí)大斗對(duì)齊，小斗對(duì)齊也滿足時(shí)，則停車行走過程結(jié)束，進(jìn)行定量給料或卸料操作．
判斷停車位是進(jìn)料車位碼還是卸料車位碼(進(jìn)料和卸料的車位有重疊的部分，為了避免混淆，采用不同的車位碼)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)料或卸料操作．實(shí)現(xiàn)下混倉的流程與進(jìn)料流程類似，這里不再贅述．
3．2．3組態(tài)軟件
WINCC(WindowsControlCenter)是公司專門為其工控產(chǎn)品配套編制的工業(yè)生產(chǎn)過程組態(tài)軟件，是在生產(chǎn)和過程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中心系統(tǒng)[5J．它具有開放型、全圖形化的人機(jī)操作界面，組態(tài)方便，操作簡單，能提供給用戶直觀的人機(jī)交互界面(HMI)，并可以通過界面形式模仿跟蹤實(shí)際的生產(chǎn)流程；具有監(jiān)測、顯示生產(chǎn)過程中的參數(shù)、消息、報(bào)警、歸檔以及報(bào)表的功能模版
4，結(jié)論
該鎂金屬自動(dòng)配料系統(tǒng)解決了以往系統(tǒng)的諸多不足，其配料精度符合要求，在惡劣環(huán)境下能長期、穩(wěn)定地運(yùn)行，具有較高的可靠性和良好的抗干擾性．

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