2025年04月04日 10:27:15 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：3
| 自动配料系统的设计方案及原理 | 2020-01-07 |
| 配料系统是采用S7-200称重系统的自动灌装机。灌装机要求称重精度高、称重时间短、分辨率高、自诊断能力强。自动配料系统称重快速准确，S7-200称重系统控制灵活。实现上述功能的方法有很多，但每种方法都有各自的优缺点。根据实际需要，我们需要设计一种控制简单、精度高、性能好的自动灌装机。因此，我们需要选择一个合理的方案来满足称重系统的上述要求，并确保自动配料系统具有更好的性能。 自动配料系统方案及PLC选择 自动配料系统设计方案论证 自动配料系统有多种方法来实现这一设计目标。接下来，我们将列出一些设计方案，并通过比较选择更合理的方案。 方案一:采用称重称重显示器，称重模块供电，采集小信号，放大输出标准0-5V或4-20mA输出；称重系统通过标准模拟量模块采集信号，然后通过转换和校准，通过称重系统称重仪表输入相应参数，并通过称重系统集成数字配料系统控制灌装、配料等计量任务 缺点:由于两次转换将信号传输到称重仪表和集散控制系统，误差会大大增加。此外，必须首先调整变送器，然后在集散控制系统上进行校准。 方案2:使用模拟电流输出的称重仪表:称重控制仪表直接接收称重模块/称重模块信号。称重仪表可以指示重量，并将重量值转换为4-20mA信号，输出至集散控制系统或称重系统信号模块。然后，集散控制系统或称重系统将4-20mA信号转换成重量值，重量值由集散控制系统或称重系统控制。控制方案很复杂。 缺点:由于称重仪表和集散控制系统对信号进行了两次转换，误差会大大增加；此外，称重仪表和集散控制系统必须分别校准，并且在秤校准期间校准两次。防爆电子地磅和集散控制系统的数值不统一，容易产生误导。 方案3:采用特殊称重模块。目前，西门子S7-200、S7-300和ET200S都有特殊的称重模块。事实上，该模块将称重专用称重仪表电路传输到称重系统模块中，数据通过称重系统背板总线直接读入称重系统处理器。数据处理功能集成在这些产品中，发送到处理器的数据已经通过专用软件进行了校准。欧姆龙也有类似的产品，由另一家电子秤制造商提供。 缺点:成本高；如果没有模制产品，用户必须具备程序开发能力，并且有一定的局限性。方案4:使用带通讯输出的防爆地磅:防爆电子地磅直接接收称重模块的称重模块信号，可以在防爆电子地磅中设置参数。预设值、校准值、剥离、清零等。也可以通过称重系统总线进行修改。称重仪可采用数字信号通过通信接口指示重量并将重量值传输给称重系统信号模块，称重系统接收信号并控制信号。该方案还可以使用称重仪表检测、设置参数和显示工作状态。称重模块称重模块采用托莱多称重模块称重模块和带进出口阀的四通道配料系统来灌装配料。 该方案的缺点是每个不同的称重仪表都需要熟悉其工作模式和过程。然而，与其他方案相比，该方案易于学习，易于修正误差，控制方法灵活。 近年来，由于长期从事精细化学品的自动控制，上述控制方案已在工程中应用于工业称重应用，积累了丰富的工程经验。在使用了托莱多称重称重显示器、托莱多T600称重称重显示器、奇美CB920称重显示器和许多国内品牌的液体灌装机后，出现了各种各样的问题，主要体现在以下几个方面: 控制精度难以控制。 通信互联是最难解决的问题，也是与现有的称重系统/集散控制系统难以连接的问题。早期产品的通讯功能差，许多参数不能在线修改，修改设置会中断生产。通信中断频率高； 防爆电子地磅简单，信息量少，普通工人很难掌握。 控制程序相对简单，现有产品大多适用于定量包装行业。对于更复杂的过程，例如化学成分，泵和阀需要同步控制，并且还需要手动自切换、临时中断和立即添加，这在现有称重显示器上是无法实现的。 具有特殊称重模块的西门子工业自动灌装机 因此，我们选择了方案4。也就是说，防爆电子地磅采用特殊的防爆电子地磅，主称重显示器采用西门子200系列称重系统和称重显示器，并由智能线奇妙系列触摸屏控制。硬件定量灌装机系统采用托莱多的六线称重模块和四通道灌装机，构成整个工业配料自动灌装机。 PLC选型方案演示 在设计称重灌装机系统时，自动配料系统应首先确定控制方案，下一步是称重灌装机的工程设计和选型。工艺流程的特点和应用要求是设计和选择的主要依据。自动配料系统称重和灌装机及相关液体灌装机应集成并标准化。根据易于与工业自动灌装机集成和易于扩展功能的原则选择的称重灌装机应是成熟可靠的系统，并具有相关工业领域的运行性能。称重和灌装机的系统硬件、软件配置和功能应符合设备秤和控制要求。熟悉称重灌装机、功能图及相关编程语言有利于缩短编程时间。因此，在选择和评估工程设计时，应详细分析过程的特点和控制要求，确定控制任务和范围，并确定所需的操作和行动。然后，根据控制要求，输入输出点，所需的存储容量，称重灌装机的功能，外部液体灌装机的特点等。应该估计一下。最后，选择性价比较高的称重灌装机，并设计相应的自动灌装机。1.输入输出点的估计 在估算自动配料系统的输入/输出点时，应考虑适当的余量。一般情况下，根据统计输入/输出点增加10% ~ 20%的可扩展余量作为输入/输出点估算数据。在实际订购中，输入和输出点应根据制造商称重灌装机的产品特性进行四舍五入。所需的地址分配如下表1所示。 如上表所示，基于称重系统、称重仪表和触摸屏的工业配料自动灌装机需要12个输入点和12个输出点。 2.记忆容量的估计 自动配料系统的存储容量是称重灌装机本身提供的硬件存储单元的大小，程序容量是用户应用程序项在存储器中使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储容量。在设计阶段，由于用户应用程序尚未编译，程序容量在设计阶段是未知的，需要在程序调试后知道。为了估计设计和选择中的程序容量，通常使用存储器容量估计来代替。没有固定的公式来估计存储器的存储容量。许多文献资料给出了不同的公式，一般是输入输出点数的10 ~ 15倍，模拟输入输出点数的100倍。这个数字是内存中的总字数(16位是一个字)，其余的被认为是这个数字的25%。 3.控制功能的选择 自动配料系统的选择包括计算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能、处理速度等特性的选择。 (1)操作功能 自动配料系统的简易称重灌装机的操作功能包括逻辑操作、计时和计数功能。普通称重灌装机的计算功能还包括数据移动、比较和其他计算功能。更复杂的运算功能包括代数运算、数据传输等。大型称重灌装机中还有模拟PID计算和其他高级计算功能。随着开放式系统的出现，定量自动配料系统在称重灌装机中具有通讯功能。有些产品与下位机通信，有些产品与对等机或上位机通信，有些产品与工厂或企业网络具有数据通信功能。设计和选择应从实际应用需求出发，合理选择所需的计算功能。在大多数应用中，只需要逻辑操作和定时计数功能。在某些应用中，需要数据传输和比较。当用于模拟量检测和控制时，使用代数运算、数值转换和PID运算。显示数据需要解码和编码等操作。 (2)控制功能 自动配料系统的控制功能包括PID控制操作、前馈补偿控制操作、比例控制操作等。应根据控制要求确定。称重灌装机主要用于顺序逻辑控制。因此，在大多数情况下，单回路或多回路称重显示器通常用于控制模拟量。有时，还使用特殊的智能输入和输出单元来完成所需的控制功能，以提高称重灌装机的处理速度，并节省存储容量。例如，PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。被使用。 (3)通信功能 自动配料系统大中型称重灌装机系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如网络协议/协议)，必要时应能与工厂管理网络(网络协议/协议)连接。通信协议应符合国际标准化组织/电气和电子工程师协会的通信标准，并且应为开放的通信网络。 自动配料系统称重灌装机系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信接口、通用集散控制系统接口等。大中型称重灌装机(包括接口液体灌装机和电缆)的通信总线应配置1: 1冗余。通信总线应符合国际标准，通信距离应满足设备的实际要求。 液体称重灌装机系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负载不应大于60%。称重灌装机系统通信网络的主要形式如下: 1)pc机为主站，几台同型号的称重充填机为从站，组成一个简单的称重充填机网络； b)一台称重灌装机为主站，同型号的其他称重灌装机为从站，形成主从称重灌装机网络； 3)称重灌装机网络通过特定的网络接口连接到大型集散控制系统的子网，作为集散控制系统； d)专用称重灌装机网络(各制造商专用称重灌装机的通信网络)。为了减少处理器的通信任务，通信处理器具有不同的通信功能(例如点对点、现场总线等)。)应根据网络组成的实际需要进行选择。 离线编程模式:液体称重灌装机和编程器共用一个处理器。在编程模式下，处理器只为程序员提供服务，不在现场控制液体灌装机。编程完成后，程序员切换到操作模式，处理器现场控制液体灌装机，不能编程。离线编程可以降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程模式:处理器和程序员有自己的处理器。主机处理器负责现场控制，并在一个扫描周期内与程序员交换数据。程序员将在线编程的程序或数据发送给主机。在下一个扫描周期中，主机根据新接收的程序运行。这种方法价格昂贵，但系统易于调试和操作，常用于大中型称重灌装机。五种标准化编程语言:顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形语言和语句表(IL)和结构文本(ST)两种文本语言。所选编程语言应符合其标准(IEC6113123)。同时，还应支持Basic等多种语言编程形式，以满足特殊控制场合的控制要求。 5.诊断功能 液体称重灌装机的诊断功能包括硬件诊断和软件诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置。软件诊断包括内部诊断和外部诊断。软件诊断称重系统的内部性能和功能是内部诊断，软件诊断称重灌装机处理器与外部输入输出部件之间的信息交换功能是外部诊断。称重灌装机诊断功能的强弱直接影响对操作维护人员技术能力和平均维护时间的要求。 6.加工速率 称重灌装机通过扫描工作。根据实时性要求，处理速度应尽可能快。如果信号持续时间小于扫描时间，称重灌装机将不扫描信号，导致信号数据丢失。处理速度与用户程序的长度、处理器处理速度、软件质量等有关。目前，称重灌装机的触点响应快、速度快，每条二进制指令的执行时间约为0.2 ~ 0.4 ls，能够满足高控制要求和快速对应要求的应用要求。扫描周期(处理器扫描周期)应满足以下要求:小型称重灌装机的扫描时间不超过0.5毫秒/千；大中型称重灌装机的扫描时间不超过0.2毫秒/千 7.称重灌装机的类型 自动配料系统的称重灌装机根据结构分为整体式和模块化，根据应用环境分为现场安装和控制室安装。根据处理器字长，它分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用的角度来看，通常可以根据控制功能或输入和输出点的数量进行选择。整体称重灌装机的输入/输出点是固定的，用户选择较少，用于小型自动灌装机。模块化称重灌装机提供多种输入输出卡或插件，用户可以合理选择和配置自动灌装机的输入输出点，功能扩展方便灵活，一般用于大中型自动灌装机。根据实验液体灌装机和用户经验，选择西门子小型称重系统作为主称重显示器。 2 . 2 . 3 S7-200称重系统的特点 1.S7-200体积小，160×80×62mm，设计紧凑，可适用于任何机器控制环境。 2.易于使用: S7-200可以通过STEP7-Micro/Dos软件非常方便地编程，该软件可以在任何与IBM兼容的个人计算机上使用，即使是286微型计算机也需要MS-DOS5.0或更高。 3.S7-200的灵活多用途输入/输出点可支持各种领域的液体灌装机，如:光电称重模块、驱动电机按钮开关、灯、泵、搅拌器等。 2 . 2 . 4 S7-200的主要部件 1.处理器:是自动灌装机的大脑，它根据用户程序进行控制。 2.输入输出:是系统的控制点。输入用于监控现场设备，输出用于控制执行器。 3.编程端口:用于连接编程液体灌装机，例如计算机或手持式编程器。 原理分析 自动配料系统以S7-200称重系统和称重仪表为称重显示器完成控制过程，由称重系统、称重仪表、配料系统和四通道液体灌装机组成。通过设置参数，如零点清除和称重仪表校准，可以完成相应设置质量的精确称重。校准校准值设置为1Kg，允许误差范围在10g以内，空中飞行时间设置为1s。计量开始时，开关启动，此时s7-200PLC输入通道上升沿，输出通道q0.0和q0.1设为1，快速进料阀和慢速进料阀同时打开，向桶内注入液体，称重仪表测量桶内液体质量达到慢速进料量预设值时，Q0.1设为0。快速进料阀关闭，剩余质量由慢速进料阀填充，直至达到1Kg。慢速进料阀开关Q0.0设置为0，慢速进料阀关闭。系统采用慢速进料阀和快速进料阀添加原料，以达到高速准确的目的，误差为10g。在自动配料系统的过程中，考虑了许多可能影响系统误差的因素，如液体停留在空气中的时间，即在空气中的飞行时间，以及影响助剂流速的压力，即助剂储罐中的液位等。为了进一步减少误差，我们可以通过设定空中飞行时间进行调整。当所述液体质量达到预设值时，称重仪表将向s7-200PLC发送反馈信号，输出Q0.3设为1，防添加剂阀打开，排放开始。当称重仪表称重的桶内液体质量为0时，此时卸料结束，同时复位Q0.3，完成原料称重。整个过程可以通过触摸屏进行设置和观察。甲醇、天纳助剂、助剂和盐酸分别在四个电子秤通道中称重。当且仅当四个通道的排放阀处于复位状态时，搅拌电机开始工作，原料被搅拌，从而完成工业配料自动配料灌装机——的实际应用。基于称重系统、称重仪表和触摸屏的工业配料自动控制可应用于物料精确快速称重的生产行业。 | |
