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干粉砂漿生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

發(fā)布時間:2021-06-02 17:37:19 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

干粉砂漿(又稱干混砂漿,D ry-m ixed M ortar)作為新型的綠色節(jié)能環(huán)保建筑材料,正逐步得到國家政策的強(qiáng)制推廣和使用。當(dāng)前我國建筑行業(yè)正處于干粉砂漿研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的快速發(fā)展時期。在分析干粉砂漿生產(chǎn)工藝流程和相關(guān)控制要求的基礎(chǔ)上,我們開發(fā)了一套中小型干粉砂漿生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)的主控制器采用PLC,使用高精度的稱重?cái)?shù)顯儀表作為稱重計(jì)量單元,PLC和稱重儀表之間采用RS-485串行通信。由PLC完成提升、振動均料、混合攪拌和卸料等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。人機(jī)界面采用觸控式一體化工控機(jī),能夠?qū)崿F(xiàn)配方數(shù)據(jù)的編輯、下載,重要工藝參數(shù)的設(shè)定和工藝流程的監(jiān)視等。該控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行后證明能夠?qū)崿F(xiàn)干粉砂漿全自動化的生產(chǎn)。
1 干粉砂漿工藝流程和控制要求
1.1 工藝流程簡介
干粉砂漿一般由膠凝材料、骨料和各種添加劑等組成。膠凝材料的作用是將骨料和其它顆粒粘合在一起并粘結(jié)在基層上。干粉砂漿采用的膠凝材料主要有水泥、石膏和熟石灰等。干粉砂漿中的骨料大多是根據(jù)級配要求選取的一定粒徑等級的黃砂或人工砂等。干粉砂漿生產(chǎn)線主要包括儲料、稱重、上料、振動均料、混合攪拌和卸料等幾個生產(chǎn)工藝流程。在進(jìn)行干粉砂漿生產(chǎn)時,先將主料(包括水泥、粉煤灰和黃砂等)和各種添加劑(附料)分別置于各自的儲料倉內(nèi)。位于在生產(chǎn)線底層的料倉和配料稱量部分,通過提升上料裝置與上層的生產(chǎn)線部分相連。配料及稱量結(jié)束后,秤斗內(nèi)的原料用螺旋輸送機(jī)送入位于混合機(jī)上端的料斗內(nèi)。當(dāng)輸送完成后,料斗內(nèi)的原料在重力的作用下直接進(jìn)入混合機(jī)。經(jīng)過設(shè)定時間的混合攪拌后,將產(chǎn)品投入卸料斗內(nèi),最后卸料斗內(nèi)的干粉砂漿可以進(jìn)入包裝系統(tǒng)。
1.2 控制要求
在對干粉砂漿生產(chǎn)工藝流程和工作過程分析的基礎(chǔ)上,有如下主要的電氣系統(tǒng)控制要求:
1)系統(tǒng)應(yīng)具有手動控制和自動控制兩種工作方式。手動工作方式主要是在系統(tǒng)維護(hù)或軟件調(diào)試時使用;在正常生產(chǎn)過程中,一般采用自動工作方式。因此,應(yīng)設(shè)置手動/自動方式選擇和相應(yīng)按鈕并為各按鈕設(shè)置指示燈,以便系統(tǒng)運(yùn)作不正常時方便查錯;
2)現(xiàn)場稱重儀表可完成各主料和附料的稱重計(jì)量,根據(jù)稱重信號和生產(chǎn)配方產(chǎn)生螺旋輸送機(jī)、閥門等的控制信號。可以動態(tài)檢測和處理配料過程中可能出現(xiàn)的問題,稱重顯示儀表可以與PLC之間進(jìn)行實(shí)時、雙向的高速串行通信;
3)PLC可實(shí)現(xiàn)對提升上料、振動均料、混合攪拌、卸料等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)量的邏輯控制;
4)控制系統(tǒng)具備報(bào)警、故障處理和報(bào)警復(fù)位功能。
5)具有美觀、友好的人機(jī)界面。通過界面可以編輯、下載配方數(shù)據(jù),顯示關(guān)鍵工藝參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)曲線和實(shí)時數(shù)據(jù)曲線等,人機(jī)界面可與PLC進(jìn)行R S-485串行通信。
2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
按干粉砂漿生產(chǎn)線上述工藝流程和控制要求,選用PLC作為電氣系統(tǒng)的主控制器,并擴(kuò)展適當(dāng)?shù)腎/O模塊。PLC是由傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來,自20世紀(jì)60年代問世以來得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,尤其在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信和與D CS系統(tǒng)融合等方面有了長足的進(jìn)步,PLC已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動化強(qiáng)有力的工具。
系統(tǒng)的主控制器PLC通過RS-485串行通信口與上位工控機(jī)(或觸摸屏)相連,在工控機(jī)安裝了監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。稱重儀表采集現(xiàn)場壓力傳感器的模擬量信號,并對模擬信號進(jìn)行處理,然后通過串行通信(RS-485或R S-232)把處理后的數(shù)據(jù)傳送給PLC,PLC將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算處理后,輸出開關(guān)量信號控制外圍繼電器的動作,從而實(shí)現(xiàn)干粉砂漿機(jī)械部分有序的動作;系統(tǒng)的人機(jī)界能夠動態(tài)顯示整個生產(chǎn)線的工藝流程,并且能方便地修改各項(xiàng)工藝參數(shù)(如動作的過渡時間和攪拌時間等)和編輯配方數(shù)據(jù)。現(xiàn)場操作人員通過點(diǎn)擊人機(jī)界面上的按鈕可任意對某一種配料計(jì)量秤進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)量。工藝參數(shù)的傻瓜化設(shè)定可實(shí)現(xiàn)將所有工藝參數(shù)在調(diào)試時按照生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定,不需要頻繁地更改。
2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
干粉砂漿生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括電氣系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)、PLC機(jī)型的選擇、I/O地址分配和PLC系統(tǒng)外部接線設(shè)計(jì)等。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和生產(chǎn)工藝流程的分析,采用了基于西門子S7-200系列PLC和嵌入版組態(tài)軟件的硬件配置方案。
PLC的主機(jī)型號選擇的是S7-226 C N。該款機(jī)型的主要特點(diǎn)是:主機(jī)集成了24點(diǎn)輸入和16輸出,共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn),可連接7個擴(kuò)展模塊,最大可擴(kuò)展至168點(diǎn)數(shù)字量I/O;內(nèi)部有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,6個獨(dú)立的30K H z高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立的20K H z高速脈沖輸出,具有PID控制器,2個RS-485通信口;具有PPI通信協(xié)議、M PI通信協(xié)議和自由端口通信協(xié)議。因此,S7-226是西門子小型機(jī)中具有較強(qiáng)控制能力的機(jī)型。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模,主機(jī)另擴(kuò)展了一塊繼電器輸出型數(shù)字量輸出模塊EM 222,以滿足整個控制系統(tǒng)對I/O點(diǎn)的要求。
3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
根據(jù)對干粉砂漿生產(chǎn)線控制系統(tǒng)工藝流程和控制原理的分析,按照模塊化的程序設(shè)計(jì)思想,干粉砂漿生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的程序主要由下面的各程序塊組成,即主程序、主料1~3循環(huán)累加計(jì)算、附料1~2累加循環(huán)計(jì)算和基于M O D BU S通信的稱重儀表讀寫程序等。在主程序中主要包括:系統(tǒng)初始化、通信使能,通信端口設(shè)置,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,飛刀電機(jī)啟動,主料1~3數(shù)據(jù)傳輸顯示及輸出控制,附料1~2的自動去皮、數(shù)據(jù)傳送及輸出控制,斗提機(jī)控制,卸料控制和過度倉控制等各個程序段。

4 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)
選用北京昆侖通態(tài)公司的高性能嵌入式一體化工控機(jī)TPC7063E,它可以采用手觸式操作,具有功耗低、體積小、重量輕、操作簡單方便、符合人性化等諸多優(yōu)點(diǎn)。該工控機(jī)采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏,四線電阻式觸摸屏,同時還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)W inC E .N E T和M C G S嵌入式組態(tài)軟件。
嵌入版M CG S是在通用版M CG S的基礎(chǔ)上開發(fā)的,是專門應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組態(tài)軟件,適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在TPC7063E上通過嵌入版M CG S組態(tài)軟件完成畫面組態(tài)、腳本程序編寫后,通過手觸擊相應(yīng)窗口可以進(jìn)行配方的編輯、修改,關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)定和在線動態(tài)畫面的顯示。通過人機(jī)界面能夠顯示干粉砂漿生產(chǎn)線工藝流程、運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警,并且可以形成實(shí)時數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表以供顯示和打印。
5 結(jié) 語
該干粉砂漿生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)在采用PLC和嵌入版組態(tài)軟件技術(shù)以后,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠,砂漿制品的自動化水平和生產(chǎn)效率都得到了顯著提高,能夠達(dá)到建筑施工綠色環(huán)保節(jié)能的要求,具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

 

 

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