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1引言

塑料合成的原料為聚乙烯和添加劑，兩種固體顆粒的配比不同，可以得到不同物理特性的塑料產(chǎn)品，用目前流行的電子皮帶秤是保證不了工藝要求的配比精度要求的，因此作者研制了兩套高精度固體顆粒流量控制系統(tǒng)，很好地滿足了塑料合成的工藝要求。

2控制系統(tǒng)總體方案

如圖1,整個(gè)控制系統(tǒng)分3級(jí)。第一級(jí)用LYNX型稱重儀做主控制器，構(gòu)成進(jìn)料開關(guān)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，使料倉(cāng)的重量做周期變化。該級(jí)的控制思想是：采用高精度的重量傳感器，稱包括交流防爆電機(jī)、旋料機(jī)整個(gè)料倉(cāng)的重量。這樣通過測(cè)量料倉(cāng)的重量減少速度就可以間接地獲得固體流量的信號(hào)。但必需保證料倉(cāng)內(nèi)的物料在不影響測(cè)量固體流量的前提下得到源源不斷地供給，本級(jí)控制目的就是為了完成注入物料的任務(wù)。第二級(jí)用SIMATIC型可編程控制器做主控制器，逆變器做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，交流電機(jī)為控制對(duì)象，料倉(cāng)重及為反饋信號(hào)，構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)。以完成料倉(cāng)的重量按希望的速度減少的任務(wù)，即間接實(shí)現(xiàn)控制固體顆粒流量的目的。第三級(jí)用Intellution公司開發(fā)的FIXDMACSGUI監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)軟件包，在PC總線的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)畫顯示、故障診斷、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警打印等監(jiān)控任務(wù)。

本文重點(diǎn)介紹系統(tǒng)控制策略的實(shí)現(xiàn)方法和系統(tǒng)的智能故障診斷方法及報(bào)警部分，上位PC機(jī)組態(tài)方法及動(dòng)畫顯示、歷史趨勢(shì)顯示、歷史記錄打印等監(jiān)控功能。

圖1控制總體方案

 

3控制器硬件的實(shí)現(xiàn)

控制器的硬件設(shè)備，主要由德國(guó)SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200型可編程控制器，選件有SIMATICCPU212外加兩個(gè)EM235模塊組成(如圖2)。

SIMATIC。CPU212	EM235	EM235
S7-200	A13/A01*12B1T	AI3/A01*12BIT

 

圖2控制器硬件結(jié)構(gòu)

SIMATICCPU212的性能如下:

(1)1k字節(jié)程序存儲(chǔ)器；(2)lk字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(3)8點(diǎn)開關(guān)量輸岀，6點(diǎn)開關(guān)輸入；(4)最多可外加6組功能模塊；〈5)64個(gè)計(jì)時(shí)器；(6)64個(gè)計(jì)數(shù)器；(7)128個(gè)標(biāo)志位;(8)四則算數(shù)運(yùn)算功能；(9)4個(gè)中斷源；(10)快速布爾處理功能;(11)掉電保護(hù)數(shù)據(jù)50h;(12)三級(jí)密碼保護(hù)。

EM235AI3.A0112BIT模塊的性能如下：

(1)3路模擬量輸入通道，12位精度；(2)1路模擬量輸出通道,12位精度；(3)13檔模擬量I/O的范圍選擇;(4)零點(diǎn)、滿量程的調(diào)整功能；(5)數(shù)據(jù)接口為數(shù)據(jù)寄存器映射形式。

其中SIMATICCPU212是可編程控制器的主機(jī)部分，完成程序的儲(chǔ)存、開關(guān)量控制、運(yùn)算及實(shí)時(shí)狀態(tài)的處理等任務(wù)。EM235模塊是A/D.D/A單元，完成對(duì)給定信號(hào)、料倉(cāng)重量的數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的輸岀任務(wù)。

4逆變器部分

本系統(tǒng)采用日本富士公司生產(chǎn)的FRN1.5G9S-4型逆變器。其外部大致功能如圖3。該裝置由16位CPU控制，采用兩組顯示器和一組編程鍵盤，其中LCD顯示器和鍵盤配合。完成逆變器的頻率設(shè)定，命令揪入，監(jiān)視輸岀，報(bào)警輸出，控制輸入方式，控制狀態(tài)輸出等供95種運(yùn)行命令，預(yù)置編程組合，以完成多種控制任務(wù)的需要，LED顯示器和鍵盤配合，可在線顯示逆變器的輸出頻率、輪岀電流、椅出電壓、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、線速度、負(fù)載速度、轉(zhuǎn)矩等功能。供電電源AC380V50Hz交流從R、S、T輸入。因?yàn)樵撗b置屬于交一直一交型逆變器,R、S、T的相序與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向無關(guān)(見參考文獻(xiàn)3)。U、V、W是逆變器輸出，當(dāng)電機(jī)在基頻以下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，其輸出為電壓與頻率呈恒比值的交流信號(hào)，控制三相交流異歩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)在基頻以上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為恒功率區(qū),其輸岀為電壓不變頻率變化的交流信號(hào)，控制三相交流異歩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且U、V、W的相序任意調(diào)換兩相，則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變一次)。Ci、"為4~20mA電流輸入。FWD接CM保證電機(jī)正轉(zhuǎn)(若REV短接CM,則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變一次。)THR短接CM為取消外部報(bào)警干預(yù)。X1-XS是取電機(jī)做有極控制的輸入(本系統(tǒng)不用)。Y1-Y5是電機(jī)故障狀態(tài)輸岀。PMP是數(shù)字頻率計(jì)，它輸出與電機(jī)轉(zhuǎn)速基本對(duì)映的脈沖信號(hào),3OC、3OB、3OA是報(bào)警輸出。

5系統(tǒng)的故障診斷及報(bào)警

5.1交流調(diào)速系統(tǒng)的故障診斷及報(bào)警

由富士逆變器的小鍵盤和LCD顯示器配合，設(shè)置如下命令:F42="1”F47="3FFFF”則逆變器位輸出口Y1和Y2、Y3、Y4、Y5構(gòu)成的二進(jìn)制編碼可實(shí)現(xiàn)16種故障的診斷。

富士逆變器還設(shè)有一個(gè)報(bào)警輸岀IL30C為公共端,3OB為常閉觸點(diǎn),30A為常開觸點(diǎn)。用3OA和30C在現(xiàn)場(chǎng)接聲、光報(bào)警器，然后把30A和YLY2、Y3、Y4、Y5的査詢狀態(tài)一起送到上位PC機(jī)，實(shí)時(shí)進(jìn)行報(bào)警顯示、故障歷史記錄和提示具體解決辦法。

表1故障査詢表
序號(hào)	故障內(nèi)容	輸出狀態(tài)		現(xiàn)象描述
		Y1Y2	Y3Y4Y5
1	正常運(yùn)轉(zhuǎn)	00	000	無異常運(yùn)行
2	電機(jī)過載予報(bào)警	1*	***	異當(dāng)運(yùn)行
3	電機(jī)加速逆變器過電流椅出	09	001	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
4	電機(jī)減速逆變銘過電流槍岀	00	010	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
5	電機(jī)慎速逆變器過電流輸岀	00	011	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
6	電機(jī)加速逆變器過電壓轄出	00	100	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
7	動(dòng)力電據(jù)欠電壓	00	101	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
8	電機(jī)熱過載	00	110	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
9	逆變器熱過載	00	111	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
10	逆變器中IGBT模塊過熱	ft1	000	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
H	制動(dòng)板或制動(dòng)電阻過熱	01	001	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
12	快速熔斷器斷路	01	0t0	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
13	存佛器或CPU錯(cuò)誤	01	011	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
14	逆變器僕盤與CPU通信錯(cuò)誤	01	100	電機(jī)堵轉(zhuǎn)
15	連接逆變器選件錯(cuò)誤	01	I01	電機(jī)不起動(dòng)
16	逆變器?？ㄥe(cuò)誤	01	I10	電機(jī)不起動(dòng)
17	電機(jī)與逆變器虛連	01	111	電機(jī)堵轉(zhuǎn)

 

5.2下料的動(dòng)閥門和控制開關(guān)量的繼電器故障診斷及報(bào)警

設(shè):該種故障狀態(tài)由可編程控制器PLC的Ml.6□位輸出，Ml,6="0”為無故障,Ml.6=“1”為故障狀態(tài)；氣動(dòng)閥門的狀態(tài)反饋V=“0”為閥開狀態(tài)開，此時(shí)固體顆粒注入料倉(cāng);V=“1”為閥門狀態(tài)關(guān)，此時(shí)停止下料;繼電器狀態(tài)反饋J=“0”為吸合,J=“1”為斷開。這樣M1.6、V、J三者的邏輯關(guān)系如表2所示，即，繼電器吸合則氣動(dòng)閥門必為開狀態(tài)，：繼電器斷開則氣動(dòng)閥
門必為關(guān)狀態(tài)；否則系統(tǒng)出現(xiàn)故障。而實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，從繼電器動(dòng)作到氣動(dòng)閥門的有效動(dòng)作需過渡時(shí)間TbVQ.Is,也就是說，故障狀態(tài)ML6=“1”的持續(xù)時(shí)間超過0.1s才為真正的故障狀態(tài)，本系統(tǒng)設(shè)置為ML6="1"超過Is才輸出故障信號(hào)，在本地實(shí)施聲、光報(bào)警，并且遠(yuǎn)傳,供上位PC機(jī)顯示、報(bào)警。

表2邏輯關(guān)系表

 

6分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在塑料廠的應(yīng)用

6.1高壓擠壓機(jī)進(jìn)料監(jiān)控系統(tǒng)的曖件配置

節(jié)點(diǎn)服務(wù)器選LE08000臺(tái)灣大眾PC總線工控機(jī)。內(nèi)配一個(gè)HS-PCX6451型A/D接口板，該板具有16路帶光電隔離的模擬量輸入通道,12BIT精度，板基地址為1C0H。總線槽內(nèi)還有一個(gè)HS-6551型開關(guān)量輸入接口板，該板具有32路、DC24V開關(guān)量輸入通道，板基地址為1Q0H。兩個(gè)功能板完成的任務(wù)見下表。（注:下面只列出添加劑的監(jiān)控參數(shù)，而聚乙烯監(jiān)控參數(shù)與之相同只是號(hào)碼順延）。

6.2高壓擠壓機(jī)進(jìn)料監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

選用的FIXDMACSGUI軟件包是美國(guó)某公司最新開發(fā)的開放式工業(yè)自動(dòng)化軟件，它是在工業(yè)上具有領(lǐng)先地位的分布式、PC總線、具有圖形界面的SCADA軟件（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）。軟件平臺(tái)為W1NDOWS31、95。下面簡(jiǎn)要介紹一下該軟件在本系統(tǒng)的使用情況。

首先:按HS-6551、HS-6451的板基地址，用數(shù)據(jù)連接工具DATAL1NK建立I/O驅(qū)動(dòng)程序。

其次:按FIXDMACSGUI說明書用系統(tǒng)組態(tài)控件SystemConfiguration建立主配方文件*。SCU。（本系統(tǒng)命名GYJYLSCU）它包括網(wǎng)絡(luò)配置、I/O驅(qū)動(dòng)程序配置、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱配置、系統(tǒng)啟動(dòng)參數(shù)及初始啟動(dòng)任務(wù)配置、報(bào)警配置、文件路徑配置、SCADA節(jié)點(diǎn)配置、安全保護(hù)域配置。

再次:用軟件包中的兩個(gè)控件Draw、View完成如圖4所示的動(dòng)畫顯示。該動(dòng)畫能形象的顯示物料的實(shí)時(shí)變化狀況，并且該圖由LYNX稱重儀、逆變器和PLC可編程控制器共五部分動(dòng)畫組成,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下LYNX稱重儀部分的動(dòng)畫圖形，便可關(guān)閉主動(dòng)畫圖形詳細(xì)顯示該部分動(dòng)畫圖形，在其右面建立虛擬儀表,實(shí)時(shí)顯示對(duì)映的參數(shù)變化，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“返回”按鈕，即關(guān)閉該部分動(dòng)畫，回到主動(dòng)畫顯示。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下逆變器或PLC可編程控制器可以顯示如表1所示的報(bào)警說明，并給岀故障診斷方法及維護(hù)指導(dǎo)說明。

最后:用FIXDMACSGUI軟件包的HistoricalAssign,HistoricalCollect,HistoricalDisplay3個(gè)控件完成對(duì)添加劑、聚乙烯兩種物料的給定與反饋流量共4個(gè)參數(shù)實(shí)施過程實(shí)時(shí)跟蹤,且在笛卡爾坐標(biāo)系上顯示，其中縱坐標(biāo)為流量變化值，橫坐標(biāo)為時(shí)間變化，每個(gè)參數(shù)的歷史記錄文件長(zhǎng)度選取為3天，一個(gè)記錄的步長(zhǎng)為2s,借助于該曲線管理人員可清楚地觀察到近3天內(nèi)的生產(chǎn)狀況。由于該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，能記錄故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)情況，這時(shí)打印出故障時(shí)段的曲線圖，便可作為工廠實(shí)施獎(jiǎng)懲的法律依據(jù)。另外增加了8h~班兒的物料實(shí)際流量匯總功能，即添加劑、聚乙烯在一個(gè)工作日8h內(nèi)的物料實(shí)際消耗總量。因?yàn)樵搮R總結(jié)果能夠反映上、下兩道工序的物料損失情況,被工廠確定為工作業(yè)績(jī)?cè)u(píng)比和發(fā)放獎(jiǎng)金的標(biāo)準(zhǔn)。

 

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