【文章內(nèi)容簡介】 C 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括 PLC 主機及觸摸屏、蝶閥、步進傳感器、氣缸傳感器、熱繼電器、還原罐、氧化罐、混料罐、流化床系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機，蝶閥、步進傳感 器、流化床系統(tǒng)等信號通過輸入接口以及觸摸屏信號通過電纜線與 PLC 進行通信，然后通過軟件程序?qū)Φy、步進傳感器發(fā)出信號，以滿足各原料加入和混合的順序，流化床系統(tǒng)風干造粒，以及小車和擋板精確定位等功能 [10]?？刂葡到y(tǒng)如圖 2 所示。 圖 2 火藥造粒控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 火藥造粒系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備 還原罐、氧化 罐和 混料 罐 還原罐和氧化罐用來給火藥造粒系統(tǒng)提供原料。罐內(nèi)裝有攪拌電機，使原材料均勻落下，原料罐底部裝有蝶閥，主要用于控制還原劑和氧化劑分時段的加入混料罐以及加入還原劑和氧化 劑的量，假如還原劑和氧化劑同時加入混料罐中會有爆炸的危險。 混料罐用來完成還原劑、氧化劑、酒精和膠粒的混合?；炝瞎迌?nèi)置有攪拌電機和氣動泵，攪拌電機用于使各原料混合均勻。如圖 3 所示。 7 圖 3 攪拌罐圖 流化床 流化床主要 將 未干燥的火藥初成品通過風機吹動和振動 顆粒懸浮于運動 的流體之中，從而使顆粒某些表觀特征具有流體 性 ，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化 [12]?；鹚幇氤善吠ㄟ^流化床風干振動造粒。如圖 4 所示。 圖 4 流化床圖 8 氣動泵 氣動泵是一種新型輸送液體泵類，它的動力源采用壓縮空氣，對于含有顆粒的液體，帶腐蝕性液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，都能夠很好的傳輸。在火藥造粒系統(tǒng)中氣動泵主要用于向混料罐內(nèi)加入酒精和膠粒，上裝有球閥，球閥關(guān)閉時氣動泵噴出酒精，球閥打開氣動泵噴出膠粒。如圖 5 所示。 圖 5 氣動泵圖 脈沖編碼器 脈沖 編碼器 主要用于精確檢測速度的 元件，電機的旋轉(zhuǎn)軸上 可 直接裝 著 編碼盤， 用來 測 量 軸的速度變化 和 旋轉(zhuǎn)角度位置， 脈沖編碼器 輸出信號為脈沖 波 。 脈沖編碼器在火藥造粒系統(tǒng)主要用于對噴出的酒精和膠粒進行計數(shù)。如圖 6 所示。 圖 6 脈沖編碼器圖 9 蝶閥 蝶閥 ， 可以通過對電信號的控制 圍繞閥軸旋轉(zhuǎn) 來調(diào)節(jié)閥門的開度并且可以 達到開啟與關(guān)閉的一種閥， 主要用于容易堵塞的介質(zhì) 開關(guān)控制 。蝶閥用來控制還原劑和氧化劑的 流動 ， 主要起切斷和節(jié)流作用。 如圖 7 所示。 圖 7 蝶閥圖 氣動閥 氣動閥是通過對壓縮空氣驅(qū)動的閥門，用于開啟和關(guān)閉混料罐中火藥出成品下料， 密封效果好，調(diào)節(jié)性能靈敏，體積小，可豎臥安裝。 如圖 8 所示。 圖 8 氣動閥圖 管道專用振動器 管道專用振動器，管道接觸面與活塞有緩沖裝置 .用來保護管道的外壁不至于損壞 , 內(nèi)部的活塞有空氣推動。每次當活塞通過排氣口時，都會產(chǎn)生強烈的排氣。活塞在空氣推動下沖擊管壁。在火藥造粒系統(tǒng)中管道專用振動器主要用于震落粘附于管道內(nèi)表面的還原劑、氧化劑和火藥半成品，振 動頻率可以自行設(shè)定從每秒 25 次到 120 次范圍內(nèi)，振動力也可以自行設(shè)定。在還原罐下料管道、氧化罐下料管道和混料罐下料管道都安裝有，防止管道阻塞，避免發(fā)生爆炸事故。如 10 圖 9 所示。 圖 9 管道振動器圖 步進電機 步進電機屬于的數(shù)字式控制電動機，通過對脈沖信號的控制 來調(diào)節(jié)角位移，也就是通過 PLC 給步進驅(qū)動器一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度，輸入脈沖數(shù)與嚴格角位移成正比，所以在它轉(zhuǎn)動時，不會累計誤差 [8]。在火藥造粒系統(tǒng)中步進電機用于兩個方面，一是用于對擋板提升和下降的控制實現(xiàn)流化床下料速度的精確控制，如圖 10 所示；二是用于對小車行駛距離和方向的控制，實現(xiàn)小車精確到達卸料點和包裝點如圖 11 所示。 圖 10 擋板圖 11 圖 11 小車圖 步進電機的驅(qū)動圖及主電路圖 圖 12 步進電機驅(qū)動圖 圖 13 主電路圖 12 4 火藥造粒控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本設(shè)計中火藥造粒生產(chǎn)線的主要工作要求 (1)還原劑和氧化劑不能同時加入混料罐中。 (2)還原罐和氧化罐處于高 /低液面時會有指示燈顯示。 (3)當還原罐或氧化罐處于低液面以下時，火藥造粒系統(tǒng)無法啟動。 (4)火藥造粒生產(chǎn)線可以自動運行也可以點動運行。 (5)還原劑、氧化劑及混料在蝶閥打開下料時管道振動開啟，蝶閥關(guān)閉時 管道振動停止。 (6)氣動泵通過脈沖編碼器進行計數(shù)進行精確計量噴出酒精和膠粒。 (7)火藥生產(chǎn)系統(tǒng)有報警功能，當報警系統(tǒng)報警，并全線停止。 (8)當小車與擋板無法回歸原點時，報警系統(tǒng)報警，并全線停止。 (9)還原罐、氧化罐和混料罐中攪拌電機并不是時刻運轉(zhuǎn)的，只有在供料加 入的一段時間內(nèi)進行運轉(zhuǎn)將供料攪拌均勻。 (10)還原罐、氧化罐和混料罐中攪拌電機及風機過載時報警系統(tǒng)報警，并 全線停止。 (11)流化床與風機一經(jīng)開啟就一直運行下去只在急停按鈕按下時才停止。 三菱 PLC 的輸入輸出設(shè)計及機型的選擇 根據(jù)火藥造粒系統(tǒng)需要接收的外部信號，設(shè)備大約有 28 個輸入信號， 29 個輸出信號，選用模塊式三菱 FX3U 系列 PLC 作為主控器，所以設(shè)計中選擇 PLC 的型號為 MRFX U 643 ? ,該 PLC 輸入輸出節(jié)點各為 32 個。該型號的三菱 PLC 輸入輸出點既能滿足軟件輸入節(jié)點個數(shù)的要求，又能留下一定的冗余量，為以后火藥造?？刂葡到y(tǒng)改進升級提供 I/O 端口 [10]。 PLC 輸入輸出的 I/O 分配表如表 1 所示，梯形圖程序中使用的中間繼電器的定義如表 2 所示。 13 表 1 輸入輸出 I/O分配表 輸入點 定義 輸出點 定義 XO 脈 沖編碼器 A 相 Y0、 Y1 包裝桶步進電機脈沖輸出和方向 X1 脈沖編碼器 B 相 X2 輸送步進包裝點 Y Y3 混藥至造粒步進電機脈沖輸出和方向 X3 輸送步進左極限 X4 輸送步進右極限 Y4 還原劑低液位燈 X5 下料步進左極限 Y5 還原劑高液位燈 X6 下料步進右極限 Y6 氧化劑低液位燈 X7 下料步進原點 Y7 氧化劑高液位燈 X10 還原罐低液位傳感器 Y10 造粒電機正轉(zhuǎn) X11 還原罐高液位傳感器 Y11 放料振動 X12 氧化罐低液位傳感器 Y12 還原劑下料 振動器 X13 氧化罐高液位傳感器 Y13 氧化劑下料振動器 X14 還原罐蝶閥伸到位 Y14 造粒電機風機 X15 還原罐蝶閥縮到位 Y15 混藥電機 X16 氧化罐蝶閥伸到位 Y16 X17 氧化罐蝶閥縮到位 Y17 X20 Y20 氧化罐蝶閥伸出 X21 Y21 氧化罐蝶閥縮回 X22 Y22 還原罐蝶閥伸出 X23 Y23 還原罐蝶閥縮回 X24 流化床下料氣缸工位 Y24 流化床下料氣缸伸出 X25 流化床下料氣缸原位 Y25 流化床下料氣缸縮回 X26 混藥下 料氣缸工位 Y26 混藥下料氣缸伸出 X27 混藥下料氣缸原位 Y27 混藥下料氣缸縮回 X30 還原混料電機熱繼電器 Y30 氧化混料電機 X31 氧化混料電機熱繼電器 Y31 還原混料電機 X32 混藥電機熱繼電器 Y32 氣動泵 X33 造粒電機熱繼電器 Y33 蜂鳴器 X34 造粒電機風機熱繼電器 Y34 加氧化燈 X35 鑰匙開關(guān) Y35 球閥 X36 稱重儀 1 Y36 加還原燈 X37 稱重儀 2 Y37 14 表 2 中間繼電器定義表 中間繼電器 定義 中間繼電器 定義 M302 啟動 /停止 T40 還原劑攪拌時間 M303 自動 /手動 T41 還原罐蝶閥打開時間 M304 初始態(tài)完成 T42 氧化劑攪拌時間 M305 點動 T43 氧化罐蝶閥打開時間 M440 加還原燈信號 T30 酒精噴出時間 M441 加氧化燈信號 T31 膠粒噴出時間 M40 還原劑攪拌信號 T20 小車擋板回原點時間 M41 還原罐蝶閥信號 C251 酒精噴出量計數(shù)量 M42 氧化劑攪拌信號 C252 膠粒噴出量計數(shù)量 M43 氧化罐蝶閥信號 M330 還原罐電機熱繼電器信號 M30 混料罐電機信號 M331 氧化罐電機熱繼電器信號 M31 酒精混合完畢信號 M332 混料罐電機熱繼電器信號 M32 球閥開啟信號 M333 造粒正轉(zhuǎn)熱繼電器 M20 下料氣缸信號 M334 造粒風機熱繼電器 M10 小車回裝料點信號 M340 還原罐低液位信號 M20 M213 開啟原點搜索信號 M341 還原罐高液位信號 M20 M214 原點搜索完畢信號 M342 氧化罐低液位信號 M203 原點搜索異常信號 M343 氧化罐高液位信號 M344 低液位報警信號 M499 急停信 號 FX3U 系列 PLC 介紹 FX3U 系列 PLC 在小型 PLC 領(lǐng)域內(nèi)具有最高處理速度、高性能、大容量的優(yōu)點，極大強化了高速處理，定位等內(nèi)置功能。 FX3U 系列 PLC 控制規(guī)模為 16 至 384點，基本單元有 16/32/48/64/80/128 點機型，提供繼電器、晶體管兩個類型的輸出方式。通過擴展單元和擴展模塊可以將控制規(guī)模達到 256 點，通過網(wǎng)絡(luò)擴展，最多可以達到 384。內(nèi)置 64K 步 RAM，運算速度高達 S/基本指令。 FX3U系列 PLC 兼容 FX2NPLC 的擴展單元、擴展模塊和大部分的特 殊模塊，又在 FX2N的基礎(chǔ)上豐富了應(yīng)用指令和特殊模塊及擴展單元，增強了系統(tǒng)配置的靈活性，并大大提高了小型 PLC 的性能 [11]。 MRFX U 643 ? 控制電路圖如圖 14 所示。 15 圖 14 控制電路圖 火藥造粒系統(tǒng)各環(huán)節(jié)梯形圖軟件設(shè)計 主程序梯形圖設(shè)計 火藥造粒系統(tǒng)主程序編寫主要根據(jù)火藥工藝流程進行編寫，當上電后當初始化完 成和程序啟動后進入自動運行，用中間繼電器 M440， M441驅(qū)動加還原燈 Y2加氧化燈 Y25，當加還原燈點亮時，該時間段可以進行還原劑攪拌（ Y31），當加氧化燈點亮時，該時間段可以進行氧化劑攪拌 (Y30)。當還原劑加入，開啟 4樓至 3 樓蝶閥開啟 ,與此同時管道振動（ Y12），防止還原劑堵塞，如果堵塞嚴重 16 可能發(fā)生爆炸，所以下料管道上必須安裝振動器?；炝想姍C開啟，并氣動泵噴入酒精（ Y15），氧化劑加入混料罐的流程與還原劑一樣。球閥開啟（ Y35），氣動泵噴入膠粒，混料完成，混料下氣缸開啟，流化床造粒風機（ Y14）、造 粒正轉(zhuǎn)（ Y10）及放料振動（ Y11）開啟。其流程如圖 15 所示。 上 電初 始 化是 否 自 動啟 動還 原 劑 下 料混 合 酒 精氧 化 劑 下 料混 合 膠 粒擋 板 是 否 處 于 原 點是混 料 下 料流 化 床 造 粒 風 干運 輸 成 品點 動 運 行 圖 15 主程序流程圖 自動子程序梯形圖設(shè)計 自動子程序采用順序控制編寫方法，它使火藥生產(chǎn)能夠自動化生產(chǎn)，除了倒放原料和取火藥成品這兩個步驟外，其他的基本上可以按照自動化子程序進行運轉(zhuǎn) [12]。初始化完成后，加還原燈（ Y27）和加氧化燈（ Y25）被點亮，小車和擋板回歸原點。當自動子程序被調(diào)用時，加還原燈（ Y27）帶動 還原劑攪拌信號（ M40）并清 除加還原燈信號，此時還原罐開始攪拌， 加還原燈熄滅，當攪拌 T40 時間后帶動 還原罐蝶閥信號（ M41）并清除還原劑攪拌信號（ M40)，此時蝶閥開啟還原罐攪拌電機停止運行，蝶閥開啟 T41 時間后帶動混料罐電機信號（ M30）并清除蝶閥信號（