【文章內(nèi)容簡介】 稱重誤差，計算公式為△W=W (1cosa)。假設電子秤秤斗凈重為 100kg，料斗給料凈重 25kg，則電子秤負載配料實際重量則為 125kg，在傳感器安裝誤差為。 =4。時，則計算誤差接近 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，在進行電子秤內(nèi)部 橋路時，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 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，功耗低、可靠性高，能夠以自動秤量方式將散狀物料按照預定的配比進行秤量并能夠控制物料的秤量、卸料。當飼料送料和稱重到規(guī)定的數(shù)值時，指針移到相應的接近開關處，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。同時具有遠程數(shù)據(jù)通訊功能，可以設定預置功能及落差補償功能，可實現(xiàn)準 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反饋復合控制策略進行，其控制算法基于數(shù)字濾波及 PID 控制，其控制電路設計如圖 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 4~20mA 模擬輸出信號，一個作為PID 調(diào)節(jié)器的前饋輸入，用來進行擾動的補償控制，一個作為 PID 調(diào)節(jié)器的反饋輸入，兩者信號的輸出進行相加與給定的控制信號進行比對，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。 圖 33 單回路前饋一反饋復合控制系統(tǒng)較為實用可行的電原理圖 PLC 子系統(tǒng)硬件設計 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)域設置的傳感器以及生產(chǎn)過程、設備工作狀態(tài)等監(jiān)控參數(shù)通過總線進行傳輸并由 PLC 控制器進行數(shù)據(jù)處理，并通過串口總線傳輸給現(xiàn)場控制 PC 機，能夠及時將過程控制的結果以及各項參數(shù)傳輸給現(xiàn)場控制計算機，根據(jù)部署在現(xiàn)場計算機上的生產(chǎn)控制命令進行自動化生產(chǎn)，控制各生產(chǎn)車間設備 (給料機、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)的硬件設計及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設備，主要包括供電系統(tǒng)、 PLC、總線通信與觸摸屏等。在本項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)絡化連接，最后通過局域網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場控制計算機的互聯(lián)，實現(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)框圖設計 在熟悉工藝流程特點和明了控制任務的基礎上，設計一個 PLC 控制系統(tǒng)的首要任務是詳細羅列該系統(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算機關系的闡述等。 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、保護元器件 (自動空氣開關、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)程序運行的結果發(fā)出輸出信號，控制 MCC 柜內(nèi)的交流接觸器動作，從而達到控制監(jiān)測現(xiàn)場設備的目的。 2） MCC 柜即電動機控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動空氣開關、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對被控設備實行驅(qū)動控制 以及短路、過載保護等功能。 3） 現(xiàn)場操作按鈕箱安裝在現(xiàn)場各樓層，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的手 /自動操作轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場對單臺設備實現(xiàn)手啟動、停操作，在自動控制方式下，亦能通過現(xiàn)場操作按鈕實現(xiàn)單機設備的緊急停車，通過 PLC 控制程序運行，從而實現(xiàn)故障設備工段的自動聯(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塑料或技術材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來模擬顯示現(xiàn)場設備運行的狀態(tài)。燈亮表示該設備在運行，燈熄滅表示該設備停車等。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計中，取消了這部分硬件設備，而用 PLC 與上位機通訊組態(tài)方式，在計算機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)絡按鈕、指示燈、各工段的主令啟動、停車按鈕等。 :以一個直接啟動的電機控制回路，說明強電控制系統(tǒng)與 PLC 之間的關系。如圖 35所示。 圖 35 典型控制原理 QF— 自動空氣開關，做短路、斷路和過載保護開關 PF— 熱電保護 KM— 交流接觸器 SB— 現(xiàn)場手 /自動轉(zhuǎn)換及急停開關 SA— 現(xiàn)場啟動按鈕 合上主回路空氣開關 QF 其常開觸點 QF 閉合，當 SB 置手動位置時，按下啟動按鈕SA，交流接觸器 KM 線圈得電，其輔助常開觸點閉合自鎖，主觸點 KM閉合接通電動機 M電源，電動機啟動運轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)換開關 SB 置于中間位置， KM 線圈失電，其主觸點及常開觸點斷開，電動機電源切斷停止運轉(zhuǎn)。 但 SB 置于自動位置時，由 PLC 根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號，使 KM 線圈得電，電動機運行，同時 PLC 根據(jù)程序命令監(jiān)測輸入信號的狀態(tài)， KM常開觸點閉合，對應的輸入點狀態(tài)為 “ 1” ， 則電機 M正常運行 。運行中當發(fā)生短路或過載故障時 QF常開觸點也斷開，對應的輸入點狀態(tài)為 “ 0”， KM 常開觸點斷開，其對應的輸入點狀 態(tài)為 “ 0” ，通過編制程序， PLC 發(fā)出故障報警信號，并切斷有關的輸出信號做相應的聯(lián)鎖停車控制。 在自動運行狀態(tài)下，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開關 SB 置于中間位置， KM 線圈失電，電機停止運行，相應的 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 ,對應著其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同 ,適用的場合也各有側重。因此 ,合理選用 PLC,對于提高PLC 控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。 PLC 的選擇主要應從 PLC 的機型、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 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下 ,力爭最佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結構型 式 ,安裝方式的選擇 ,相應的功能要求 ,響應速度要求 ,系統(tǒng)可靠性的要求 ,機型 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 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計結果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟性以及技術成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結構的 SIMATIC S7200 系列 PLC。杰出的實時響應－在任何時候 均可對整個過程進行 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－特別是有關它的實時性能－它速度快，功能強大的通訊方案，并且具有操作簡便的硬件和軟件。但是還有更多特點： SIMATIC S7200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設計－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 在一個緊湊的性能范圍內(nèi)為自動化控制提供一個非常有效和經(jīng)濟的解決方案。 SIMATIC S7200 的應用領域從更換繼電器和接觸器一直擴展到在單機、網(wǎng)絡以及分布式配置中更復雜的自動化任務。 S7200 也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟原因而開發(fā)的特殊電子設備的地區(qū)的進入。 SIMATIC S7200 可提供 4種不同的基本單元和 6種型號的擴展單元 。其系統(tǒng)構成包括基本單元、擴展單元、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 輸入點數(shù) 輸出點數(shù) 可帶擴展模塊數(shù) CPU221 6 4 — CPU222 8 6 2 個擴展模塊 78 路數(shù)字量 I/O 點或 10 路模擬量 I/O 點 CPU224 14 10 7 個擴展模塊 168 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點 CPU226 24 16 2 個擴展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點 CPU226XM 24 16 2 個擴展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點 2) 擴展單元 S7200 系列 PLC 主要有 6 種擴展單元，它本身沒有 CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展 I/O 點數(shù)， S7200 系列 PLC 擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表412所示 ： 表 412 S7200 系列 PLC 擴展單元型號及輸入輸出點數(shù) 類型 型號 輸入點 輸出點 數(shù)字量擴展模塊 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 3) 可編程序控制器 PLC 在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進行用戶程序的編制、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，簡單實用，價格低廉，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算機進行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大， 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 不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設置輸入 /輸出量。文本信息的顯示用選擇 /確認 的方法，最多可顯示 80條信息，每條信息最多 4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。 TD200 面板上的 8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和 測試系統(tǒng)時，可以進行參斷 PLC 系統(tǒng) I/O 點數(shù) 在確定機型容量時， I/O 點數(shù)變成了一個重要因素。將所有 I/O 點按其形式 (開關量或模擬量 )、功用 (輸入或輸出 )、信號電平 (直流或交流、電流電壓等級 )和設置地點 (遠程或就地 )等來分類，并按照預選的 PLC 機型編制 I/O 分配端子圖，包括架號、機架內(nèi)的I/O 通道號，每個 I/O 點的操作數(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。小型 PLC 中，整體式的體積小而且價格比模塊式的便宜，但在設計中，經(jīng)常碰到一些沒估計的指標，所以在設計中需要進行局部調(diào)整，另外模塊式PLC 排除故障所需時間短，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)點使用原則，即預留出 25%左右的 I/O 點以做擴展時使用。 本系統(tǒng)中 I/O 點數(shù)量和類型如表 31 所示。 表 31 生產(chǎn)現(xiàn)場 I/O 點數(shù)量和類型表 I/O類型 數(shù)字量輸入 開關量輸出 開關量輸入 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 2 報警電 鈴 2 跑偏檢測電位器 4