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      本文針對(duì)輪胎行業(yè)中的配料儀表中計(jì)量設(shè)備落后、稱(chēng)量精度低等現(xiàn)狀，介紹了一種以三菱Ｑ系列PLC為核心的自動(dòng)配料控制儀表，對(duì)系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計(jì)做了較為詳細(xì)的描述，現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況表明，該配料儀表工作可靠，操作方便，具有很高的精度。

     在輪胎行業(yè)，橡膠原料配比的精確性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)前我國(guó)輪胎橡膠配料設(shè)備的自動(dòng)化水平偏低，配料的準(zhǔn)確性很難保證。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，原料的配比要嚴(yán)格按工藝要求。自動(dòng)稱(chēng)重配料控制儀表將兩種或兩種以上的物料按一定重量配比自動(dòng)加入到混合機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)混合后達(dá)到預(yù)定要求后自動(dòng)處理出料。PLC具有體積小，可讀性好，抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，Pro-faceGLC2000系列觸摸屏具有強(qiáng)大的顯示功能和數(shù)據(jù)記錄能力，以它們?yōu)榛A(chǔ)的稱(chēng)重配料控制儀表能夠?qū)崿F(xiàn)高精度要求的配料。本文介紹某輪胎生產(chǎn)廠(chǎng)的橡膠配料控制儀表的工作原理、硬件組成與功能設(shè)計(jì)。

1、配料稱(chēng)重系統(tǒng)組成及主要功能

1.1系統(tǒng)組成原理

      某廠(chǎng)的輪胎配料稱(chēng)重系統(tǒng)的工作流程圖，整個(gè)系統(tǒng)分為兩層，一層為主配料系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將更各種物料混合攪拌，經(jīng)過(guò)一層混合好的物料通過(guò)吸風(fēng)通道到達(dá)二層，二層有四組一樣的稱(chēng)重系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)一層配好的物料進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)流量的控制。其工作原理如下所述。當(dāng)需要配料時(shí)，1＃配料稱(chēng)稱(chēng)根據(jù)配方中每種料的設(shè)置重量，首先打開(kāi)1＃料倉(cāng)的閘門(mén)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定重量時(shí)，關(guān)閉1＃料倉(cāng)閘門(mén)，打開(kāi)2＃料倉(cāng)閘門(mén)，依此類(lèi)推，直到每一種料都放完，然后1＃配料稱(chēng)判斷此次的物料是否合格，至此1＃稱(chēng)完成一次配料，1＃配料稱(chēng)進(jìn)行下一次的配料。當(dāng)配料的批次到時(shí)，1＃稱(chēng)停止配料。由于一層的配料速度很快，所以在第二層分為四組對(duì)配好的物料進(jìn)行分流。二層的四組中哪一個(gè)組中沒(méi)有料，可以從一層的緩沖倉(cāng)中進(jìn)料，當(dāng)進(jìn)完料后，通過(guò)檢驗(yàn)稱(chēng)再一次判斷物料是否合格，合格品通過(guò)減量稱(chēng)把物料以一定的流速輸送到下一個(gè)工藝流程中。

1.2主要控制功能

1）具有配方儲(chǔ)存功能和實(shí)際配料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)100個(gè)預(yù)置配方，并能保存至少兩周的實(shí)際配料數(shù)據(jù)。

2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控：通過(guò)觸摸屏能控制現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)并能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的工作情況。

3）設(shè)置“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種工作方式：“手動(dòng)”方式就是手圖1配料稱(chēng)重系統(tǒng)工作流程圖動(dòng)單獨(dú)完成某個(gè)控制某個(gè)環(huán)節(jié)，“自動(dòng)”方式就是完成一個(gè)完整的循環(huán)周期。

4）具有斷電保護(hù)功能：如果在工作工程中突然停電，可以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，一旦來(lái)電可以恢復(fù)生產(chǎn)。

5）具有故障診斷能力：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠提示報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時(shí)能夠停止整個(gè)工廠(chǎng)的生產(chǎn)。

1.3系統(tǒng)的控制流程

     當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，啟動(dòng)配料生產(chǎn)線(xiàn)。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，通過(guò)上位機(jī)確定配方號(hào)，檢查1～6號(hào)料倉(cāng)有無(wú)物料，若無(wú)物料，提示報(bào)警并向料斗送料。稱(chēng)重配料控制儀表對(duì)物料進(jìn)行稱(chēng)重并實(shí)時(shí)計(jì)量，同時(shí)把數(shù)據(jù)傳入到PLC中進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，當(dāng)流量稱(chēng)的實(shí)際流量數(shù)據(jù)與設(shè)定的流量數(shù)據(jù)有偏差，PLC根據(jù)其偏差值能夠進(jìn)行PID整定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。

2、配料儀表控制系統(tǒng)的硬件組成及功能

它主要包括：1臺(tái)三菱Ｑ系列PLC，2臺(tái)Pro-face觸摸屏，1臺(tái)工控機(jī)，9臺(tái)稱(chēng)重配料控制儀表(每個(gè)稱(chēng)量料倉(cāng)放置2個(gè)稱(chēng)量傳感器)。

2.1三菱Ｑ系列

PLC三菱Ｑ系列PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，他負(fù)責(zé)接受外部信號(hào)（按鈕，繼電器觸點(diǎn)）等外部數(shù)字信號(hào)的輸入，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件，以完成相應(yīng)的控制。此外，還要接受上位機(jī)（觸摸屏，工控機(jī)）的控制命令并完成與9臺(tái)配料控制儀表的通訊任務(wù)。三菱Ｑ02Ｈ型號(hào)PLC是某公司的高性能PLC，具有運(yùn)算速度快，通訊功能強(qiáng)，I/O擴(kuò)展方便，指令豐富等特點(diǎn)。

2.2上位機(jī)系統(tǒng)

     上位機(jī)系統(tǒng)由2臺(tái)Pro-face觸摸屏和1臺(tái)工控機(jī)組成。兩臺(tái)觸摸屏分別被放置在現(xiàn)場(chǎng)的一層和二層（見(jiàn)圖1），觸摸屏能監(jiān)視圖2配料儀表控制流程圖現(xiàn)場(chǎng)的工作情況并能完成相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置和控制任務(wù)，同時(shí)在第一層的觸摸屏還要儲(chǔ)存100個(gè)配方數(shù)據(jù)，兩臺(tái)觸摸屏要保存實(shí)際生產(chǎn)中的實(shí)際數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)觸摸屏的要求比較高。Pro-faceGLC2601T型號(hào)觸摸屏是某公司一體式控制的先進(jìn)的ＨＭＩ，采用鋁制型材，具有極好的散熱和防塵功能。GLC2601T擁有4ＭＢＦＥＰＲＯＭ，具有強(qiáng)大的配方數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和管理功能。上位機(jī)通過(guò)監(jiān)視和管理整個(gè)工廠(chǎng)的生產(chǎn)情況，來(lái)協(xié)調(diào)整整個(gè)工藝流水線(xiàn)的生產(chǎn)。對(duì)于配料稱(chēng)重系統(tǒng)，上位機(jī)可以控制具體的生產(chǎn)中使用哪一種配方，并能夠隨時(shí)調(diào)用儲(chǔ)存在觸摸屏中實(shí)際配方數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)表及打印功能。

2.3稱(chēng)重配料控制儀表

     稱(chēng)重儀表分為配料稱(chēng)，檢驗(yàn)稱(chēng)和流量稱(chēng)。配料秤與檢驗(yàn)秤為西泰克ＰＬＡＣ－1型，流量稱(chēng)為科豐ＸＫ3201Ｐ01型。配料稱(chēng)通過(guò)設(shè)定的目標(biāo)量、提前量、慢進(jìn)量進(jìn)行1?！?＃物料的配料工作并檢查配好的物料是否合格；檢驗(yàn)稱(chēng)是為了防止在物料的傳輸工程中有物料的損失從而對(duì)物料進(jìn)行又一次的檢測(cè)；流量稱(chēng)接受來(lái)自PLC的流量PID整定數(shù)據(jù)進(jìn)行流量控制。在每個(gè)料斗的底部有兩個(gè)應(yīng)變力式重力傳感器，將輸出信號(hào)傳入稱(chēng)重配料控制儀表，稱(chēng)重儀表計(jì)算兩個(gè)傳感器數(shù)值的平均值并作為實(shí)際數(shù)值，配料控制儀表還具有100／ｓ的高速Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換處理，對(duì)于瞬間的重量變化能迅速反應(yīng)。該稱(chēng)重儀表具有1／1000ｋｇ的測(cè)量精度。2．4系統(tǒng)的通訊方式的實(shí)現(xiàn)整個(gè)通訊系統(tǒng)是以三菱Ｑ02ＨPLC為核心而建立起來(lái)的。如圖3所示，Ｃ24是三菱Ｑ02ＨPLC的串行通訊模塊，有兩個(gè)通訊口，一個(gè)是ＲＳ232，另一個(gè)是ＲＳ485／422，其中ＲＳ232口通過(guò)ＲＳ232／ＲＳ485轉(zhuǎn)換器與9臺(tái)稱(chēng)重配料控制儀表進(jìn)行自由口通訊，ＲＳ485／422口連接兩臺(tái)Pro-face觸摸屏，兩臺(tái)觸摸屏的站地址分別為0和2；三菱Ｑ02ＨPLC通過(guò)ＱＪ71網(wǎng)絡(luò)模塊與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，作為ＭＥＬＳＥＣＮＥＴ／Ｈ網(wǎng)絡(luò)（整個(gè)工廠(chǎng)所采用的網(wǎng)絡(luò)通訊方式）的一部分，它們之間通過(guò)光纖電纜能夠以10Ｍｂｐｓ的速度進(jìn)行通訊；ＱＪ61是ＣＣ－Ｌｉｎｋ系統(tǒng)主／本地模塊，它與遠(yuǎn)程I/O模塊以ＣＣ－Ｌｉｎｋ的通訊方式進(jìn)行連接，其通訊速率為152．5Ｍｂｐｓ，這兩個(gè)模塊上分別要進(jìn)行主站和從站的站號(hào)設(shè)定，Ｑ61作為主站地址為0，遠(yuǎn)程I/O模塊作為從站地址為1。

3、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

      根據(jù)前面介紹的控制原理及主要控制功能設(shè)計(jì)的要求，可在ＧＸ－ＤＥＶＥＬＯＰＥＲ的軟件平臺(tái)上設(shè)計(jì)PLC的控制程序，整個(gè)程序可分為初始化、主程序、通訊讀程序、通訊寫(xiě)程序、PID控制五個(gè)部分。其中主程序和通訊讀程序是循環(huán)掃描進(jìn)行的，通訊寫(xiě)程序?yàn)闂l件執(zhí)行的，只有當(dāng)要對(duì)稱(chēng)重配料控制儀表設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)才執(zhí)行。PID控制程序是定時(shí)中斷程序，中斷時(shí)間為50ｍｓ，與PID的采樣時(shí)間相同。PLC與九臺(tái)稱(chēng)重儀表通過(guò)自由口進(jìn)行通訊。在通訊讀程序中PLC實(shí)時(shí)的讀儀表的數(shù)據(jù)，PLC發(fā)送的報(bào)文格式為“起始字節(jié)站號(hào)數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼”，稱(chēng)重儀表根據(jù)接收到的信息返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。讀程序按1～9臺(tái)儀表的順序循環(huán)讀儀表的數(shù)據(jù)，每個(gè)儀表的通訊等待時(shí)間為0．5ｓ，及若當(dāng)PLC發(fā)送讀某個(gè)儀表的數(shù)據(jù)后，在0．5ｓ后稱(chēng)重配料控制儀表沒(méi)有返回?cái)?shù)據(jù)就進(jìn)行下一個(gè)儀表的通訊。通訊寫(xiě)程序是把觸摸屏設(shè)定的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到稱(chēng)重儀表中，由于稱(chēng)重儀表是ＲＳ485接口，為半雙工通訊方式，所以在進(jìn)行通訊寫(xiě)程序時(shí)要先暫時(shí)終止通訊讀程序，在寫(xiě)入完成后再次開(kāi)啟通訊讀程序。

4、結(jié)束語(yǔ)

稱(chēng)重配料控制儀表應(yīng)用比較廣泛，采用了可編程控制技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。Pro-face觸摸屏提供了良好的人機(jī)界面并具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，為稱(chēng)重配料控制儀表安全、可靠、方便的控制與監(jiān)視提供了保障；工控機(jī)將整個(gè)工廠(chǎng)的控制和管理集成在一起。本系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)良好，自動(dòng)化水平達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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