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基于PLC與稱重模塊的配料系統(tǒng)的研究與開發(fā)

發(fā)布時間:2021-07-06 13:53:29 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

1前言
耐火材料是高溫工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的基本材料,其在鋼鐵及有色金屬等冶金行業(yè),石化、玻璃、陶瓷加工生產(chǎn)領(lǐng)域中起著不可替代的重要作用,耐火材料質(zhì)量的好壞將決定其生成的產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。在耐火材料的生產(chǎn)過程中,配料是其生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié),配料生產(chǎn)中各個原材料的重量值將直接影響耐火材料的耐火效果。傳統(tǒng)的配料生產(chǎn)采用的是人工配料的形式,手工稱量各種原材料的重量后混合攪拌,工序煩瑣,計量不精確,配料的數(shù)據(jù)記錄不方便,效率低下,同時耐火材料的粉塵對工人的危害較大。隨著耐火材料需求量的增加,人工配料的生產(chǎn)方式已經(jīng)很難在配料效率和精度上滿足生產(chǎn)需求。因此,設(shè)計研發(fā)現(xiàn)代化、高精度自動配料系統(tǒng)迫在眉睫。
目前,國內(nèi)外在自動配料系統(tǒng)中應(yīng)用的控制方式主要有兩大類:單片機(jī)控制和可編程控制器PLC控制[1]。單片機(jī)控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,單片機(jī)稱量配料系統(tǒng)是以單片機(jī)為運(yùn)算和控制單元,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將重量信號傳遞給單片機(jī),經(jīng)計算后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換將控制信號傳遞給被控對象(電機(jī)或氣動單元),最終完成自動配料稱重。但是由于耐火材料的生產(chǎn)環(huán)境極其惡劣,對單片機(jī)的性能要求十分苛刻,同時單片機(jī)的開發(fā)成本較高和周期相對較長。隨著數(shù)字控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)的高速發(fā)展,可編程控制器PLC在邏輯運(yùn)算速度、通訊及控制等方面有了突飛猛進(jìn)的提高,在電氣控制、變頻器控制、智能控制等機(jī)電一體化領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用??删幊炭刂破鞯目垢蓴_能力極強(qiáng),能夠在環(huán)境較為惡劣的工況下連續(xù)工作,同時其擴(kuò)展能力非常強(qiáng)大,輸入端
通過稱重模塊精準(zhǔn)的采集配料重量,經(jīng)PLC高速運(yùn)算后,可直接通過輸出端控制被控對象(電機(jī)或氣動單元)。為了提高配料稱量精度,同時實(shí)現(xiàn)配方設(shè)定,計量統(tǒng)計等可視化人機(jī)操作界面,設(shè)計了一套基于維控LEVI7080觸摸屏為顯示單元,維控LX3V-1616MT可編程序控制器和LX3V-2WT稱重模塊為運(yùn)算處理單元的自動配料系統(tǒng),通過控制氣動格柵控制下料的速度,控制傳送帶來完成配料生產(chǎn)。
2配料系統(tǒng)的開發(fā)
2.1配料系統(tǒng)工作流程
配料系統(tǒng)由6個錐形原料倉組成,每個原料倉下端安裝4個稱重傳感器,采用減重式計量方法。原料倉的出料口依據(jù)耐火材料的配料不同,分別采用氣動格柵和螺旋給料機(jī)進(jìn)行下料。整個配料系統(tǒng)由一個傳送帶將下料口出來的指定重量的原材料運(yùn)輸?shù)交炝蟼}。操作流程如下:首先標(biāo)定稱重傳感器并進(jìn)行去皮操作,然后給6個料倉分別加滿原料,在觸摸屏設(shè)定6個倉的配料重量,啟動配料系統(tǒng),可以6個倉依次下料,也可以6個倉同時下料,下料的同時稱重傳感器將重量信號實(shí)時的傳輸給PLC,PLC與設(shè)定值比較,控制下料口完成快加、慢加、停加操作,傳送帶一直運(yùn)轉(zhuǎn),直到下料口停止工作后30S停止運(yùn)轉(zhuǎn),配料完畢,進(jìn)入混料攪拌生產(chǎn)。
2.2配料系統(tǒng)主要功能
傳感器的校準(zhǔn)標(biāo)定:配料前對傳感器的零點(diǎn)跟蹤、濾波方式、重量校準(zhǔn)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。重量標(biāo)定步驟是先按清零,在放置砝碼,設(shè)定砝碼重量,最后標(biāo)定,建議砝碼重量不要超過60公斤。
物料參數(shù)的設(shè)定:設(shè)定每種物料的名稱,物料目標(biāo)重量;粗加提前值=目標(biāo)值-粗加量;精加提前值=目標(biāo)值-精加量。
配料系統(tǒng)的控制方式:配料系統(tǒng)分為依次配料和同時配料兩種方式,同時設(shè)有手動、自動、啟動、停止、急停等按鈕。依次配料啟動后,可在觸摸屏上選擇依次下料的料倉。在配料過程中,如果按下停止按鈕,配料系統(tǒng)會停止下料,傳送帶會在30s后停止,再次按下啟動按鈕后,配料系統(tǒng)會繼續(xù)完成上次未完成的下料工作。如果配料過程中,出現(xiàn)緊急情況,可按下急停按鈕,急停按鈕分別設(shè)置在料倉的兩側(cè)各一個,便于工作人員及時操作,系統(tǒng)立即停止工作。
配料實(shí)時顯示:配料系統(tǒng)的觸摸屏實(shí)時顯示每個料倉的原材料重量值,同時顯示當(dāng)前料倉的配料動作,傳送帶、氣動格柵和螺旋給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時會根據(jù)對料倉的缺料及變頻器的工作異常發(fā)出報警功能。
配方選擇及數(shù)據(jù)記錄功能:整個配料系統(tǒng)可根據(jù)不同的耐火材料設(shè)置36組不同的配方,操作人員可根據(jù)配料情況進(jìn)行配方選擇,同時設(shè)置了密碼管理,避免配方泄露。配料系統(tǒng)實(shí)
時記錄配料的使用情況,其中包括各種原材料的總重量,配料成品的總重量,配料工人的配料總量,可按天或按月提取,便于結(jié)算和統(tǒng)籌。
2.3配料系統(tǒng)的觸摸屏界面開發(fā)
觸摸屏是實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作人員和配料稱重系統(tǒng)之間的人機(jī)交互界面,操作人員可通過觸摸屏實(shí)時了解系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、原材料的剩余情況、系統(tǒng)的報警狀況等;觸摸屏可對配料系統(tǒng)的稱重傳感器數(shù)據(jù)以及限位開關(guān)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、保存,以便后期查詢,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性和可讀性。本系統(tǒng)設(shè)計的觸摸屏界面主要分為:主界面-用于顯示配料系統(tǒng)全部功能觸摸按鍵;系統(tǒng)校準(zhǔn)標(biāo)定界面-用于設(shè)定傳感器零點(diǎn)漂移、濾波系數(shù)及校準(zhǔn)標(biāo)定;系統(tǒng)監(jiān)控界面-設(shè)定配料系統(tǒng)的啟動、停止、復(fù)位、依次和同時下料選擇等功能,并實(shí)時顯示各個原料倉的物料剩余情況;同時監(jiān)控傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)及混料倉的實(shí)時位置;配料設(shè)定界面-用于設(shè)定各個原料倉的下料重量、快加值、慢加值、倉位的選擇等功能;配方界面-用于設(shè)定耐火材料配方的名稱、原材料的種類及重量;統(tǒng)計界面-用于顯示當(dāng)天、當(dāng)月的配料總數(shù)、某個原材料的消耗總數(shù)、某個操作工人的配料總數(shù)等數(shù)據(jù)。
2.4配料系統(tǒng)的PLC程序開發(fā)
配料控制系統(tǒng)是由PLC與稱重模塊通訊來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,因此通訊程序作為主程序的第一步;第二步完成通訊連接后進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)子程序;第三步進(jìn)行重量采集,由觸摸屏設(shè)置配料參數(shù),PLC調(diào)用快加下料子程序,當(dāng)與觸摸設(shè)定慢加值一致時,PLC調(diào)用慢加子程序。在此期間傳送帶始終運(yùn)行直到配料結(jié)束后30S。配料系統(tǒng)可由觸摸屏設(shè)置依次配料或同時配
料,設(shè)定后PLC根據(jù)設(shè)定結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的子程序。
2.5提高配料稱重系統(tǒng)精度的有效方法
由于耐火材料部分原材顆粒度很小,黏度很大,極易粘黏在原料倉的內(nèi)壁上,影響下料速度,需在原料倉下料口上方外壁處安裝振動器,可有效地防止內(nèi)壁粘料的情況,從而保證下料速度。
由于料倉的在下料時會導(dǎo)致料倉晃動,因此在傳感器安裝時應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的安裝配件,精準(zhǔn)的測量安裝位置,使4個傳感器合理的分配全部料倉重量,在安裝時采用3只固定安裝,1只浮動安裝的安裝方法。
下料速度的快慢是影響下料精度的重要因素,下料速度的快慢是由PLC控制螺旋給料機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,因此控制螺旋給料機(jī)的控制方式十分重要,經(jīng)試驗(yàn)論證采用PLC控制變頻器的方式效果最佳,同時可通過更改變頻器的參數(shù)來控制電機(jī)的停車快慢。
由于變頻器對系統(tǒng)的干擾較大,因此在傳感器信號傳輸過程中,應(yīng)采用帶屏蔽的功能的接線盒,并對變頻器控制柜做好接地處理。
3結(jié)論
為了驗(yàn)證本設(shè)計配料稱重系統(tǒng)的可行性及精準(zhǔn)度,在大石橋某耐火材料廠涂抹料生產(chǎn)線上實(shí)際應(yīng)用了本系統(tǒng),運(yùn)行之后的效果每1000公斤的涂抹料配料中,誤差不超過5公斤,滿足耐火材料的配料要求,由此可以看出本文設(shè)計的耐火材料的配
料稱重系統(tǒng)大大提高了生產(chǎn)效率及配料精度。

 

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