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針對化肥人工稱重配料及投料能力的制約， 造成配料精度低，經(jīng)濟效益差， 本文研究了一套適用的自動化控制管理系統(tǒng)——基于PLC的化肥配料混合控制系統(tǒng)， 可廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、飼料配料等行業(yè)的配料混合過程控制。
設(shè)計了一種集化肥配料系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)為一體的混合系統(tǒng)，利用計算機作為上位機提供良好的人機界面，使用ＷｉｎＣＣ 軟件實現(xiàn)PLC與計算機的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信，從而進行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ網(wǎng)絡(luò)完成變頻器的遠程控制，是一套實用型，具有良好應(yīng)用前景的化肥配料混合控制方案。
工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成
１．１ 工藝流程系統(tǒng)有４個給料倉，每個料倉均有一給料機構(gòu)，各由一臺電機及輸送螺桿組成，電機的轉(zhuǎn)速決定螺桿轉(zhuǎn)速，螺桿轉(zhuǎn)速決定進料速度的快慢，電機采用變頻調(diào)速方式?；旌贤蚕旅嬗幸环Q重模塊，能稱出混合筒及其內(nèi)部原料重量，當(dāng)料倉內(nèi)有物料時， 傳感器將所受的壓力轉(zhuǎn)換成電信號， 通過接線盒送入稱重模塊進行處理，然后送入Ｓ７－３００系列的PLC進行數(shù)據(jù)處理， 并將數(shù)據(jù)在上位機上顯示，使操作人員能隨時監(jiān)控系統(tǒng)的運行?；旌贤矁?nèi)有攪拌機構(gòu)，底部有一底閥，各有電機帶動。輸送螺桿、攪拌機構(gòu)、底閥的動作由PLC控制，為了嚴(yán)格按一定比例配料，按一定時間攪拌，實現(xiàn)系統(tǒng)的全部自動化及智能化，需有一臺上位機來發(fā)送參數(shù)，上位機用個人計算機，上位機除了發(fā)送參數(shù)外， 還用模擬圖形的形式顯示設(shè)備模型及運行狀態(tài)，發(fā)送控制命令，并完成報警、存檔、打印等信息處理。首先，在混合筒全空的情況下，PLC等待稱重模塊稱出空筒的重量， 此重量稱為皮重，PLC收到空筒重量后即發(fā)送給上位機進行顯示，上位機收到皮重后，立即發(fā)送參數(shù)及命令給PLC進行化肥配料混合，由上位機根據(jù)用戶所選配方向PLC發(fā)送加料信號。按稱重模塊的反饋值，PLC將通過 ＰＲＯＦＩＢＵＳ網(wǎng)絡(luò)傳遞信息控制變頻器完成物料的快慢加料過程。原料加料結(jié)束后，隔一定時間啟動攪拌機攪拌原料到設(shè)定時間，停止攪拌機，再隔一定時間打開底閥出料，出料完成后關(guān)閉底閥， 開始第二批原料的混合。
１．２ 系統(tǒng)構(gòu)成
整個配料混合系統(tǒng)由料倉、混合機、稱重模塊、螺旋給料器、放料閘門等裝置及控制系統(tǒng)構(gòu)成。
控制系統(tǒng)采用PLC控制、上位機管理的方式設(shè)計。
系統(tǒng)采用個人計算機作為上位機， 以圖形和表格形式顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令并完成記錄、存檔和打印等消息處理。上位機通過ＣＰ５６１３通訊卡（ＭＰＩ／ＰＲＯＦＩＢＵＳ）與PLC通訊。PLC采用ＳＩＥＭＥＮＳ 公司生產(chǎn)的Ｓ７－３００ 系列ＣＰＵ３１５－２ＤＰ 系統(tǒng)PLC。變頻器采用內(nèi)插ＣＢＰ卡的６ＳＥ７０系列變頻器。由于ＣＰＵ３１５－２ＤＰ系統(tǒng)本身具有ＰＲＯＦＩＢＵＳ接口，所以無需另外的通訊接口單元及轉(zhuǎn)換接口，從而大大減少了現(xiàn)場接線， 降低了工程造價。稱重模塊選用ＳＩＷＡＲＥＸＵ， 它可與ＳＩＭＡＴＩＣＳ７－３００系列實現(xiàn)完美的集成。ＳＩＷＡＲＥＸＵ稱重模塊向稱重傳感器提供５Ｖ電源，傳感器返回０～１０ｍＡ信號。在 PLC程序中可以調(diào)用一個專用系統(tǒng)功能塊將傳感器信號存入特定內(nèi)存區(qū)域，從而為程序控制配料的邏輯操作提供可靠的依據(jù)。
通訊方式的實現(xiàn)
２．１ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站設(shè)計計算機作為編程裝置， 配備專用的通信卡ＣＰ５６１３， 運行Ｓ７－３００編程軟件包ＳＴＥＰ７，首先對計算機進行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，然后通過ＭＰＩ端口對Ｓ７－３００進行硬件組態(tài)， 在 ＣＰＵ的組態(tài)中設(shè)置ＭＰＩ地址，將組態(tài)程序下載到PLC以確認(rèn)。完成PLC的組態(tài)后，便構(gòu)建了ＭＰＩ網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上，將各PLC的通信端口由ＭＰＩ口切換到通信處理器ＣＰ的ＲＳ４８５ 口，然后，設(shè)定各節(jié)點的通信地址， 選擇相應(yīng)的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信協(xié)議， 便可構(gòu)建ＰＲＯＦＩＢＵＳ現(xiàn)場總線。上位機安裝有ＷｉｎＣＣ工控軟件，通過上位機實現(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線的集成控制，從而遠程控制變頻器。
２．２ 配料控制系統(tǒng)的變頻器ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ總線控制６ＳＥ７０是全數(shù)字矢量型變頻器，如配用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ通信接口卡ＣＢＰ２，Ｓ７－３００PLC可通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ現(xiàn)場總線直接控制變頻器運行。變頻器與Ｓ７－３００之間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為ＰＰＯ４， 包括參數(shù)值ＰＫＷ、過程數(shù)據(jù)ＰＺＤ兩個參數(shù)。６６ＰＫＷ用于設(shè)定變頻器的控制和監(jiān)視參數(shù)，ＰＺＤ為變頻器運行中。
PLC軟件實現(xiàn)
基于PLC的化肥配料混合控制系統(tǒng)的研究的狀態(tài)字ＺＳＷ、速度反饋ＨＩＷ等。變頻器參數(shù)Ｐ９１８用于設(shè)定變頻器地址，Ｐ０５３選擇變頻器操作源，Ｐ０６０為菜單功能選擇，Ｐ７３４．１為狀態(tài)字１，Ｐ７３４．２為實際速度值，Ｐ２７５讀取定子電流最大值。主站與從站之間通過 ＳＦＣ１４（ＤＰＲＤ＿ＤＡＴ）、ＳＦＣ１５（ＤＰＷＲ＿ＤＡＴ）交換數(shù)據(jù)。Ｓ７－３００ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站采用Ｓ７－３００型PLC，是控制系統(tǒng)的核心。ＣＰＵ３１５－２ＤＰ的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ通信接口連接ＤＰ從站，實現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)控制。２．３Ｓ７－３００ 與 ＷｉｎＣＣ 之間通信工控組態(tài)軟件ＷｉｎＣＣ 是一個集成的人機界面（ＨＭＩ）系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)。ＷｉｎＣＣ提供各種PLC的驅(qū)動軟件，因此使PLC 與上位機的連接變得非常方便。只要滿足軟硬件要求， 按照組態(tài)、設(shè)置ＰＧ／ＰＣＩｎｔｅｒｆａｃｅ、ＷｉｎＣＣ 的設(shè)置、建立變量等步驟即可建立Ｓ７－３００與ＷｉｎＣＣ之間通信。
１）接收從稱重模塊來的數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)。
２）發(fā)送從稱重模塊來的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)給ＰＣ機，以便在ＰＣ機的模擬界面上顯示重量及各設(shè)備的運行狀態(tài)。
３）接收從 ＰＣ機來的參數(shù)及命令，并依此控制系統(tǒng)的運行或停止，控制各設(shè)備的工作狀態(tài)。
４）對故障情況進行報警處理等。
結(jié)束語
系統(tǒng)通過把混合系統(tǒng)中的配料系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)合二為一，利用計算機作為上位機提供良好的人機界面，使用ＷｉｎＣＣ 軟件實現(xiàn)PLC與計算機的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信， 從而進行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ網(wǎng)絡(luò)完成變頻器的遠程控制。

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