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分体式电磁流量计自动控制系统设计

返回列表发布日期:>2019-11-13 11:23:21    |    

     摘要: 根据染料配料现场控制要求,设计了一套基于西门子 PLC 与梅特勒-托利多称重仪表的分体式电磁流量计自动控制系统. 该系统下位机由 S7-300 和 S7-200 Smart PLC 构成,上位机运行系统由组态王 7. 5 组态软件完成,实现了高精度的分体式电磁流量计自动控制. 该系统具备通讯可靠、操作简单等特点,有效地提高了生产效率,保证了系统的稳定性.

    在印染工业生产过程中,根据实际设定配方的不同,将不同染料按照一定重量,加入至同一个容器中进行搅拌混合的过程称为配料,配料成分的精度直接决定印染产品的质量[1-2]. 分体式电磁流量计自动控制系统就是基于此配料过程进行设计的控制系统.目前随着通讯技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,配料自动控制逐步进入工控集中时期,即对分体式电磁流量计精度,配料效率的要求不断提高,因此设计出高精度高效率的分体式电磁流量计自动控制系统显得尤为重要[3-5].

    1 分体式电磁流量计自动控制系统工艺简介
    本文所介绍的分体式电磁流量计自动控制系统,主要由含有 18 种不同染料的染料罐、气缸、机械手、步进电机、称重仪表及称重传感器组合完成. 系统运行时,将不同染料按照一定重量,通过全速、快速、慢速三种不同的给料方式加入至同一个容器中进行搅拌混合,在给料过程中完成称重,该过程即为分体式电磁流量计的自动控制. 其中分体式电磁流量计自动控制系统的专用设备是以 18 个灌装阀为主,由主工作平台、机械手行走定位系统、下料灌装工作台、底部接料平台、气动支撑组合架等分段工位组成. 该设
备采用执行气缸按已设定好的圆周轨迹单独旋转,自动进给的传动形式进行染液配料. 本文所介绍的分体式电磁流量计自动控制系统的工艺整体效果图如图 1 所示.
    2 系统整体架构
    S7-300 PLC 可以对现场染料罐液位进行实时采集,上位机利用组态王运行系统发出控制指令,实现对现场各阀门、机械手臂、气缸等设备进行控制. S7-200 Smart PLC 可依据组态王发出的控制指令控制步进电机,从而控制机械手走位到相应位置[6]. 梅特勒称重仪表与 S7-300 PLC 采用Modbus TCP 协议通讯. 本文所介绍的分体式电磁流量计自动控制系统整体架构如图 2 所示.
    3 下位机程序设计
    3. 1 S7-200Smart 程序设计在分体式电磁流量计自动控制 系统设计中,S7- 200SMART 主要负责控制步进电机[7],完成控制系统中全速、快速、慢速给料、零点校准功能,确保染料配比过程的高精度要求,Smart PLC 运行过程如图 3 所示.
    3. 2 S7-300 程序设计
    S7-300 主要负责协同部分,包括读取染料罐液位、控制气缸动作,根据当前重量确定给料方式、计算快进料、慢进料和总重量的目标值、计算快进料和慢进料的换算程序、设定值累加、计算快进料 和 慢 进 料、顺 序 控 制,以 及 与 称 重 仪 表通讯[8].

    4 上位机组态
    在组态王 7. 5 软件上,经过新建项目、设备驱动设置、变量词典定义和画面组态等步骤完成上位机的组态[9]. 这里以分体式电磁流量计自动控制系统的主运行画面为例进行简单说明. 画面主要功能有对染料罐液位、气缸动作、秤通讯、秤参数等多个变量进行监控与给定,同时作为主界面可以切换至配方、实时趋势等其他辅助监控界面.

    5 通讯与调试
    通讯部分如图 4 所示,打开组态王工程浏览器,单击设备选项卡新建设备. 通过设备配置向导,找到下位机对应的生产厂家、设备名称、通讯方式,单击下一步,设置逻辑名称即下位机名称.然后选择对应串口号,本设计选用 COM1,最后配置对应的 IP 地址.
    调试部分主要依据现场实际设备来调试,主要包括以下五部分,分别为秤通讯、阀参数设置、配方输入、手动调试、自动调试. 系统调试将先进行秤、阀门、配方的调试准备阶段,再进行给料的调试阶段.

    5. 1 秤通讯
    秤通讯使能,鼠标单击大秤初始化按钮,约两秒后,初始化成功,指示灯由红色变为绿色. 秤参数设定,在秤参数设定界面输入快速给料量设定值,低速给料量设定值. 秤选择,点击绿色按钮选择大秤,点击红色按钮时选择小秤.

    5. 2 阀门参数设置
    点击工艺流程画面中右下角“阀开度参数”按钮,进入参数设置画面. 输入右上角“全开输入距离”,输入“4”,再点击调入文件,数值输入即完成. 5. 3 配方输入点击“配方”按钮. 弹出配方输入画面,点击“选择配方”按钮,弹出配方选择窗口,在“选择配方模板”选项选择“分体式电磁流量计”.

    5. 4 手动调试
    点击手自动模式中的红色按钮,黄色显示条内显示“手动模式”,输入移动距离,通过上升或下降按钮实现.

    5. 5 自动调试
    选择自动模式后,“顺控初始位置”、“自动模式”、“步进电机状态”均为绿色底色. 确认配方已经选择,确认阀门开度已经设定,点击“启动按钮”.

    6 结 论
    经过现场实际运行测试,梅特勒-托利多称重仪表与 S7-300 PLC 通讯可靠,实时性好. 整体系统运行可靠,精度高,操作方便,配方精度可以达到 0. 01 kg,符合染料配比要求,系统具有一定的推广和借鉴价值[10-11].

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