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項目案例 Case

論生產線上可編程控制器的應用

日期: 2013-11-29
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?????? 基于監控計算機(PC),可編程控制器(PLC),人機界面(HMI),智能儀表,工控通信網絡DCS(分布式控制系統)和FCS(現場總線控制系統)的自動化已成為現代工廠的技術支柱,并在國內外的現代化生產線廣泛應用。據有關部門統計:全球近年發運的PLC中按最終用戶分:汽車占23%;食品加工占16.4%;化工占14.6%;金屬礦山占11.5%;造紙占23.1%,可見,食品加工業PLC系統的應用僅次于汽車行業居第二領域。

論生產線上可編程控制器的應用

?????? 在我國石化,冶金,電氣,化肥等行業已完成了原有繼電器控制系統的自動化升級,相比之下相對落后的食品工業是在90年代初從國外成套引進面粉加工生產線后,以PLC,PC機為核心的自動控制和管理系統才逐步為業界所了解和推崇。科技的迅猛發展有力的促進食品工業的技術改造,食品加工企業在重組改制中逐步向規模化,現代化發展,食品加工向精加工,深加工發展。尤為引人注意的是PLC可編程控制技術在食品工業的技改和新建項目中的廣泛應用。PLC控制取代了繼電器控制;工藝流程的計數機終端動態顯示取代了模擬屏顯示;PC機與集散控制網絡使整個生產線處于計數機控制和管理下,徹底改變了傳統食品加工的落后面貌,成為行業發展趨勢和方向。?
  本課題主要研究由PLC,人機界面組成的自動控制系統在一個蛋黃派自動生產線的應用:從用戶提出的控制要求入手,對蛋黃派生產線的整理部分的綜合分析,通過PLC編程實現基本控制要求,再通過現場調試對各部件進行精確定時和精確定位,并對工藝參數進行調整,通過觸摸屏設計一套人性化,簡單化的人機界面,最終滿足控制要求和工藝要求。本課題內容主要為PLC在該生產線上的應用。?
  1、生產線控制要求?
 ??(1)設備工藝流程攪拌-成形-烘烤-冷卻-殺菌-包裝(2)整理部分的控制要求如下:?
  ①在蛋黃派經過烘烤,甩油,冷卻后進入整理部分。?
  其整理部分包括灌奶和刮料。蛋黃派經過吸盤裝置從吸盤部分轉移到了整理部分。也就是蛋黃派被吸盤帶到了灌奶輸送傳送帶上,在傳送帶前端有一個物料檢測輸送信號X0,當X0檢測到有信號后,經過灌奶輸送延時,延時時間到后灌奶輸送伺服Y0運行,啟動傳送帶。?
  ②灌奶裝置能分別為左右兩邊的蛋黃派灌奶,當左邊檢測灌奶信號X1檢測到信號后,灌奶輸送停止,同時左邊灌奶運行電磁閥運行,經過灌奶運行電磁閥運行延時,延時時間到后,左邊灌奶開關口電磁閥打開,同時開始抽料,經過左邊灌奶開關口電磁閥開延時,時間到后,關上左邊灌奶開關口,同時左邊灌奶擠料電磁閥運行,開始擠料,經過左邊灌奶擠料延時,時間到后擠料結束,灌奶輸送運行,經過以后物料延時,延時時間到灌奶輸送停止,重復第2步動作,直到完成預定的排數。(灌奶運行電磁閥,開關口電磁閥,擠料電磁閥都要有運行延時和關斷延時)。?
  ③當右邊檢測灌奶信號X2檢測到信號后,灌奶輸送停止,同時右邊灌奶運行電磁閥運行,經過灌奶運行電磁閥運行延時,延時時間到后,右邊灌奶開關口電磁閥打開,同時開始抽料,經過右邊灌奶開關口,電磁閥開延時,時間到后,關上右邊灌奶開關口,同時右邊灌奶擠料電磁閥運行,開始擠料,經過右邊灌奶擠料延時,時間到后擠料結束,灌奶輸送運行,經過以后物料延時,延時時間到灌奶輸送停止,重復第3步動作,直到完成預定的排數。?
  (灌奶運行電磁閥,開關口電磁閥,擠料電磁閥都要有運行延時和關斷延時)。?
  ④刮料伺服在灌奶輸送停止時(一輪循環結束時的停止)進行刮料。?
  ⑤整理有3組,整理信號一,整理信號二,整理信號三分別對應X3,X4,X5,檢測到信號后對應的整理電磁閥動作,經過一定延時后復位。兩個下料信號和檢測下料信號對應兩個下料伺服。?
  ⑥設有整理下料一伺服急停復位,整理下料二伺服急停復位,蛋糕輸送急停復位,刮料急停復位,灌奶急停復位。同時要有信號報警系統。?
  ⑦要有手/動切換,按下啟動按鈕后知道執行自動控制。?
  ⑧各總參數要求能在觸摸屏上能顯示并設置。并設有出廠值設定和恢復出廠值,要有參數記錄和恢復上次記錄。?
  ⑨要有一個整套流水線的監控畫面,反應各個控制狀態。?
  ⑩設一個服務時間。能更改服務時間控制機器的有效運行時間,時間到后禁止所有輸出。?
  2、控制系統分析?
  控制系統分析先要根據控制要求分配I/O點數,根據I/O點數和控制要求選擇PLC型號,再選擇變頻器,觸摸屏,伺服型號,然后根據控制要求畫出程序流程功能框圖。?
  3、型號選擇?
  PLC型號選擇:根據輸入輸出點分配情況選擇60點的PLC,再加1個擴展模塊,因為需要脈沖輸出選擇晶體管型的,所以選擇PLC型號為XC3-60T-E,外加1個擴展模塊XC- E8X8YR. TP型號選擇:10.4寸大屏幕的256色的TFT真彩,應支持RS-232/RS485/RS422通訊,所以選擇TPA61-T變頻器選擇:EDS1000-4T0022G/B.伺服選擇:VEC-VB-R40H21B-M-B. 4控制系統設計?
  (1)PLC與變頻器的通訊?
  本系統用到了4臺變頻器,即四臺變頻器與一個PLC的通訊。由于其PLC為信捷的XC系列而變頻器用的是易能的EDS1000系列的,它們之間不能通過MODBUS通訊進行,而要求用自由格式通訊。?
  自由格式通訊是指其通訊格式可根據用戶需求自行定義。?
  起始符(1字節)數據塊(最大128字節)終止符(1字節)?
  通訊以數據塊形式傳送,每塊最大可傳送128字節,同時也可根據實際運用情況給每塊設置一個起始/終止符,也可不設。設置后,PLC在發送數據時,自動加上起始/終止符,而當在接收數據時,則會去掉起始/終止符。?
  因此,當PLC采用自由格式通訊協議,實現PLC與智能儀器儀表的數據交換,具有很大的靈活性,避免了PLC內部專用協議的限制。?
  PLC與3臺變頻器通訊,要把3臺變頻器的地址分別設為01,02,03,對應的ASCII為31,32,33,要求對變頻器進行頻率給定,則可以從變頻器手冊中查到其主機命令,輔助索引,命令索引分別為12,00,01,然后再轉化成ASCII格式。主要的工作就是把輸入的十進制頻率轉化成ASCII碼值,分別寫入4個寄存器中,然后對前面的數進行累加計算,即把"從機地址"到"運行數據"全部字節的ASCII碼值進行累加后放入4個寄存器中,幀尾為0D.通過把不變的數的ASCII碼值相加,然后對頻率進行ASCII換算,通過的00FFH,FF00H進行與運算再通過邏輯位移,然后把各個數放入寄存器中。在寫變頻器站號的時候,通過一個定時器對D400進行累加,再對D400的數進行譯碼送入M50,通過M50對3個變頻器的站號和頻率給定。?
  (2)信號檢測?
  在信號檢測系統中主要的一個物料檢測輸送和下料信號,分別對應了灌奶輸送流程和整理下料一伺服運行流程和整理下料二伺服運行流程。?
  (3)灌奶輸送?
  灌奶輸送對應的流程為S0,通過前面的灌奶輸送檢測信號對S0啟動,經過灌奶輸送延時,對輸送伺服發脈沖進行灌奶輸送。D8170是PULSE_1累計的脈沖個數。當M8170(灌奶輸送伺服運行標志位)得到下降沿時進入刮料和擠奶檢測流程。之所以在這里才把擠奶檢測流程打開而不是在上面的信號檢測流程中就打開,是防止有誤信號的檢測使擠料流程誤打開。?
  (4)刮料?
  刮料流程的伺服與灌奶輸送的伺服運行類似,這里不一一闡述。?
  (5)擠奶檢測流程?
  當左擠奶檢測光電開關檢測到有信號的時候,打開左邊的擠奶流程。(右邊的類似)。?
  (6)擠奶流程?
  當擠奶流程打開,左邊的灌奶運行電磁閥隨即打開對Y12置位,經過左邊灌奶運行電磁閥運行延時T200,把左邊灌奶開關口電磁閥打開對Y200置位,經過T201延時后,打開左邊擠料電磁閥對Y201置位,再經過T202延時,關閉開關口電磁閥,經過開關口關延時T203后,關閉左邊擠料電磁閥,經過T204延時,關閉運行電磁閥,經過延時,退出左擠奶流程。(右邊的類似)。?
  (7)整理?
  整理只是簡單的通過整理信號對整理電磁閥進行置位,通過運行延時,對其復位。?
  (8)整理下料伺服運行?
  整理下料伺服有兩段,要經過下降延時。所以要有段程標志位。?
  4、總結?
  PLC可編程控制技術在食品工業的應用,它對保證產品質量和出品率的穩定,保證設備的效能和工藝效果的穩定,提高生產運行安全可靠性,降低操作管理人員的勞動強度,減少生產人員提高勞動價值,實現生產管理的現代化發揮了積極作用。?
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