【文章內(nèi)容簡介】 稱重誤差，計(jì)算公式為△W=W (1cosa)。假設(shè)電子秤秤斗凈重為 100kg，料斗給料凈重 25kg，則電子秤負(fù)載配料實(shí)際重量則為 125kg，在傳感器安裝誤差為。 =4。時(shí)，則計(jì)算誤差接近 0. 43Kg。因而，電子秤中重力傳感器的安裝位置對稱重精度具有一定的影響，需要確保三只重力傳感器均能垂直受力。此外，在進(jìn)行電子秤內(nèi)部 橋路時(shí)，需要保證傳感器輸出靈敏度相同，并且調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù) (2ppm/}C)下。 本系統(tǒng)中采用的電子秤儀表性能穩(wěn)定，其最大載荷可達(dá) 250KG/M，完全滿足本系統(tǒng)飼料配料的稱量要求，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低、可靠性高，能夠以自動秤量方式將散狀物料按照預(yù)定的配比進(jìn)行秤量并能夠控制物料的秤量、卸料。當(dāng)飼料送料和稱重到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，指針移到相應(yīng)的接近開關(guān)處，使電子秤動作再執(zhí)行下一步飼料的送料和稱重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。同時(shí)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能，可以設(shè)定預(yù)置功能及落差補(bǔ)償功能，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 確、高速動態(tài)采樣。它的輸出信號驅(qū)動其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號送入 PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。在本系統(tǒng)中，飼料配料給料量控制采用順饋一單回路負(fù)反饋復(fù)合控制策略進(jìn)行，其控制算法基于數(shù)字濾波及 PID 控制，其控制電路設(shè)計(jì)如圖 33 所示。采集后的重力傳感器信號將數(shù)字化后的稱重信號以及測速信號分別轉(zhuǎn)化為兩個(gè) 4~20mA 模擬輸出信號，一個(gè)作為PID 調(diào)節(jié)器的前饋輸入，用來進(jìn)行擾動的補(bǔ)償控制，一個(gè)作為 PID 調(diào)節(jié)器的反饋輸入，兩者信號的輸出進(jìn)行相加與給定的控制信號進(jìn)行比對，輸出 4~20mA 模擬偏差調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動變頻器頻率來調(diào)整驅(qū)動電機(jī)。 圖 33 單回路前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖 PLC 子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 安裝在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)域控制器 CPU 中，能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)現(xiàn)場各區(qū)域設(shè)置的傳感器以及生產(chǎn)過程、設(shè)備工作狀態(tài)等監(jiān)控參數(shù)通過總線進(jìn)行傳輸并由 PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過串口總線傳輸給現(xiàn)場控制 PC 機(jī)，能夠及時(shí)將過程控制的結(jié)果以及各項(xiàng)參數(shù)傳輸給現(xiàn)場控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)部署在現(xiàn)場計(jì)算機(jī)上的生產(chǎn)控制命令進(jìn)行自動化生產(chǎn)，控制各生產(chǎn)車間設(shè)備 (給料機(jī)、攪拌倉、成品打包等 )按照生產(chǎn)程序正常工作。其中 PLC 現(xiàn)場控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，主要包括供電系統(tǒng)、 PLC、總線通信與觸摸屏等。在本項(xiàng)目中采用西門子公司 生產(chǎn)的 S7200系列 PLC,供電系統(tǒng)由隔離變壓器、 PS207組成， CPU 模塊選用 CPU2262DP，總線采用 PROFIBUS 總線接口完成與 西門子 的 PLC 的網(wǎng)絡(luò)化連接，最后通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度管理的協(xié)調(diào)。 PLC 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 在熟悉工藝流程特點(diǎn)和明了控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè) PLC 控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是詳細(xì)羅列該系統(tǒng)的全部功能和要求，其中包括系統(tǒng)方框圖組成的描述， PLC 及其 I/O與被控過程其他控制器或計(jì)算機(jī)關(guān)系的闡述等。 圖 34 飼料廠生產(chǎn)過程 PLC 控制系統(tǒng)框圖 飼料廠生產(chǎn)過程 PLC 控制系統(tǒng)框圖各部分功能如圖 34 所示 : 1） PLC 作為控制主機(jī)安裝在 PLC 柜內(nèi)，通過其 I/O 模塊，接收來自 MCC 柜內(nèi)的交流接觸器、保護(hù)元器件 (自動空氣開關(guān)、繼電器、現(xiàn)場傳感器 )等動作輸入信號以及操作臺上控制按鈕主令信號，根據(jù)程序運(yùn)行的結(jié)果發(fā)出輸出信號，控制 MCC 柜內(nèi)的交流接觸器動作，從而達(dá)到控制監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備的目的。 2） MCC 柜即電動機(jī)控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動空氣開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對被控設(shè)備實(shí)行驅(qū)動控制 以及短路、過載保護(hù)等功能。 3） 現(xiàn)場操作按鈕箱安裝在現(xiàn)場各樓層，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的手 /自動操作轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場對單臺設(shè)備實(shí)現(xiàn)手啟動、停操作，在自動控制方式下，亦能通過現(xiàn)場操作按鈕實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備的緊急停車，通過 PLC 控制程序運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備工段的自動聯(lián)鎖停車。 4） 用雕刻或絲網(wǎng)印刷等方法將工藝流程刻畫在有機(jī)塑料或技術(shù)材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來模擬顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。燈亮表示該設(shè)備在運(yùn)行，燈熄滅表示該設(shè)備停車等。采用這種方式模擬現(xiàn)場顯示生產(chǎn)過程，直觀、一目了然，但反映的信息單調(diào)，電氣接線較多，一旦制造 成功，工藝上有任何改動，在模擬屏上 不能更改。所以在一些飼料廠的設(shè)計(jì)中，取消了這部分硬件設(shè)備，而用 PLC 與上位機(jī)通訊組態(tài)方式，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工藝流程。 操作臺安裝系統(tǒng)中的一些操作按鈕、指示燈、報(bào)警器、電流電壓表、控制電源穩(wěn)壓器等。如一次回路的合閘分閘按鈕、各樓層信號聯(lián)絡(luò)按鈕、指示燈、各工段的主令啟動、停車按鈕等。 :以一個(gè)直接啟動的電機(jī)控制回路，說明強(qiáng)電控制系統(tǒng)與 PLC 之間的關(guān)系。如圖 35所示。 圖 35 典型控制原理 QF— 自動空氣開關(guān)，做短路、斷路和過載保護(hù)開關(guān) PF— 熱電保護(hù) KM— 交流接觸器 SB— 現(xiàn)場手 /自動轉(zhuǎn)換及急停開關(guān) SA— 現(xiàn)場啟動按鈕 合上主回路空氣開關(guān) QF 其常開觸點(diǎn) QF 閉合，當(dāng) SB 置手動位置時(shí)，按下啟動按鈕SA，交流接觸器 KM 線圈得電，其輔助常開觸點(diǎn)閉合自鎖，主觸點(diǎn) KM閉合接通電動機(jī) M電源，電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān) SB 置于中間位置， KM 線圈失電，其主觸點(diǎn)及常開觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)電源切斷停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 但 SB 置于自動位置時(shí)，由 PLC 根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號，使 KM 線圈得電，電動機(jī)運(yùn)行，同時(shí) PLC 根據(jù)程序命令監(jiān)測輸入信號的狀態(tài)， KM常開觸點(diǎn)閉合，對應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為 “ 1” ， 則電機(jī) M正常運(yùn)行 。運(yùn)行中當(dāng)發(fā)生短路或過載故障時(shí) QF常開觸點(diǎn)也斷開，對應(yīng)的輸入點(diǎn)狀態(tài)為 “ 0”， KM 常開觸點(diǎn)斷開，其對應(yīng)的輸入點(diǎn)狀 態(tài)為 “ 0” ，通過編制程序， PLC 發(fā)出故障報(bào)警信號，并切斷有關(guān)的輸出信號做相應(yīng)的聯(lián)鎖停車控制。 在自動運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開關(guān) SB 置于中間位置， KM 線圈失電，電機(jī)停止運(yùn)行，相應(yīng)的 SB 輸入狀態(tài)位由“ 1”變?yōu)?“ 0” ， KM 輸入狀態(tài)由 “ 1” 變?yōu)?“ 0”， PLC 同樣發(fā)出報(bào)警及聯(lián)鎖控制信號。 PLC 選型 PLC 產(chǎn)品的種類繁多。 PLC 的型號不同 ,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同 ,適用的場合也各有側(cè)重。因此 ,合理選用 PLC,對于提高PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下 ,力爭最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型 式 ,安裝方式的選擇 ,相應(yīng)的功能要求 ,響應(yīng)速度要求 ,系統(tǒng)可靠性的要求 ,機(jī)型 盡量統(tǒng)一等因素。通過對飼料生產(chǎn)現(xiàn)場情況、被控對象的 I/O 點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的 SIMATIC S7200 系列 PLC。杰出的實(shí)時(shí)響應(yīng)－在任何時(shí)候 均可對整個(gè)過程進(jìn)行 完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性。 SIMATIC S7200 Micro 自成一體：特別緊湊但是具有驚人的能力－特別是有關(guān)它的實(shí)時(shí)性能－它速度快，功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡便的硬件和軟件。但是還有更多特點(diǎn)： SIMATIC S7200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)－目前不是很大，但是未來不可限量的定制解決方案。這一切都使得 SIMATIC S7200 Micro PLC 在一個(gè)緊湊的性能范圍內(nèi)為自動化控制提供一個(gè)非常有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。 SIMATIC S7200 的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動化任務(wù)。 S7200 也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。 SIMATIC S7200 可提供 4種不同的基本單元和 6種型號的擴(kuò)展單元 。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡 、 寫入器、文本顯示器等 。 1) 基本單元 S7200 系列 PLC 中可提供 4種不同的基本型號的 8 種 CPU 供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表 31： 表 3— 1 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元 型號 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) CPU221 6 4 — CPU222 8 6 2 個(gè)擴(kuò)展模塊 78 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 10 路模擬量 I/O 點(diǎn) CPU224 14 10 7 個(gè)擴(kuò)展模塊 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) CPU226 24 16 2 個(gè)擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) CPU226XM 24 16 2 個(gè)擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) 2) 擴(kuò)展單元 S7200 系列 PLC 主要有 6 種擴(kuò)展單元，它本身沒有 CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)數(shù)， S7200 系列 PLC 擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表412所示 ： 表 412 S7200 系列 PLC 擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù) 類型 型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 3) 可編程序控制器 PLC 在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入 PLC 中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。 S7200系列 PLC 可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強(qiáng)大， S7200 系列 PLC 的專用編程軟件為 STEP7Micro/WIN。 4) 程序存儲卡 為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型 PLC 設(shè)有外接 EEPROM 卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入 PLC，也可將 PLC 內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM 卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡 EEPROM 有 6ES 72918GC000XA0 和 6ES 72918GD000XA0 兩種，程序容量分別為 8K 和 16K 程序步 。 5) 寫入器 寫入器的功能是實(shí)現(xiàn) PLC 和 EPROM 之間的程序傳送，是將 PLC 中 RAM 區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)?PLC 中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM 區(qū) 。 6) 文本顯示器 文本顯示器 TD200 不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。文本信息的顯示用選擇 /確認(rèn) 的方法，最多可顯示 80條信息，每條信息最多 4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。 TD200 面板上的 8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲器位，這些功能鍵在啟動和 測試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參斷 PLC 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù) 在確定機(jī)型容量時(shí)， I/O 點(diǎn)數(shù)變成了一個(gè)重要因素。將所有 I/O 點(diǎn)按其形式 (開關(guān)量或模擬量 )、功用 (輸入或輸出 )、信號電平 (直流或交流、電流電壓等級 )和設(shè)置地點(diǎn) (遠(yuǎn)程或就地 )等來分類，并按照預(yù)選的 PLC 機(jī)型編制 I/O 分配端子圖，包括架號、機(jī)架內(nèi)的I/O 通道號，每個(gè) I/O 點(diǎn)的操作數(shù)分配號 (即 I/O 地址號 )和寄存器的選用安排等，列出PLC 硬件配置清單。 PLC 要實(shí)現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的啟停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累計(jì)。小型 PLC 中，整體式的體積小而且價(jià)格比模塊式的便宜，但在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常碰到一些沒估計(jì)的指標(biāo)，所以在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式PLC 排除故障所需時(shí)間短，估算輸入輸出接口比較多，考慮到成本我們采用離線編程的方式，以降低軟硬件的開銷。根據(jù) PLC I/O 節(jié)點(diǎn)使用原則，即預(yù)留出 25%左右的 I/O 點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用。 本系統(tǒng)中 I/O 點(diǎn)數(shù)量和類型如表 31 所示。 表 31 生產(chǎn)現(xiàn)場 I/O 點(diǎn)數(shù)量和類型表 I/O類型 數(shù)字量輸入 開關(guān)量輸出 開關(guān)量輸入 信號類型 流量信號 4 按鈕 4 電磁閥 4 速度信號 4 料位傳感器 8 指示燈 8 變頻器 故障 4 接觸器 9 變頻器 啟動 4 調(diào)速信 號 3 自動手動切換開關(guān) 2 報(bào)警電 鈴 2 跑偏檢測電位器 4