2025年04月04日 13:36:20 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：1
| PLC自动灌装机称重比值控制系统设计 | 2020-01-22 |
| 1引言 在生产过程中，凡是将两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的自动灌装机，就称为比值自动灌装机。在化工行业中，称重控制是非常重要的。本文主要介绍了一种称重比值自动灌装机，经实验和实践运行，证明该定量灌装机具有结构简单、稳态误差小、控制精度高等优点。 2工作原理 比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制和双闭环比值控制三种类型。开环比值控制是的控制方案。单闭环比值自动灌装机是为了克服开环比值控制方案的缺点而设计的，这种方案的不足之处是主称重没有构成闭环控制。本称重灌装机采样双闭环比值控制方案。 个闭环自动灌装机是主称重本身构成的称重闭环自动灌装机，当设置确定后，通过闭环调节作用，消除扰动的影响，使的称重稳定在设定值上，主称重闭环自动灌装机属于恒值自动灌装机。第二个闭环自动灌装机是副称重硫酸闭环自动灌装机，其输入量是经过检测与变送后的称重信号q1与比值系数k1的乘积。硫酸副称重闭环自动灌装机由副控制器1、硫酸泵变频器、硫酸泵以及检测点2/变送器2等组成。副称重闭环自动灌装机属于跟随定量灌装机。自动灌装机对涂料罐装生产流水线控制自动配料系统的硬件和软件方面进行了设计。其中硬件设计部分包括FX2N-32MRPLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。根据自动配料系统的实现要求对PLC、电动机、称重模块、继电器等外部设备进行选择型号。设计完成的涂料灌装生产流水线能够实现以下功能：（1）通过开关将自动配料系统设为自动操作模式，一经启动，则传送带的驱动电机启动并一直持续到停止开关动作或待涂料桶传送至液体灌装机下时停止运转；桶子装满涂料并上了盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到下一个涂料桶被传送至液体灌装机下或停止开关动作；（2）当桶子传送并定位在液体灌装机下时，停1s，液体灌装机开始工作，对于大桶灌装8秒钟，小桶则5秒钟，灌装过程完毕后对涂料桶进行上盖操作，上盖时间约为2秒钟。整个灌装和上盖过程应设有报警显示，待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯0.5s间隔闪烁；（3）包装过程，对于小桶：40桶为一大包，30桶为一中包，20桶为一包装；对于大桶：20桶为一大包，15桶为一中包，10桶为一包装；（4）能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零。 3称重比值自动灌装机设计 3.1 称重比值自动灌装机构成 与硫酸称重比值自动灌装机是由三菱fx2nc系列plc、耐腐蚀泵、西门子mm440变频器、计量螺旋、电磁自动灌装机等组成。 (1)三菱fx2nc系列plc。fx2nc系列plc具有很高的性能体积比和通信功能，可以安装到比标准的plc小很多的空间内。i/o型连接器可以降低接线成本，节约接线时间。i/o点数可以扩展到256点，最多可以连接4个特殊功能模块。 (2)耐腐蚀泵。硫酸属于腐蚀性介质，输送泵必须采用耐腐蚀泵。本定量灌装机采用ihf 6550-160型氟塑料离心泵，泵进口直径65mm;出口直径50mm;叶轮名义直径160mm;转速2900r/nin，称重25m3/h;扬程32m;电机功率5.5kw。硫酸泵采用变频调速。对于泵类设备，应选用水泵类专用变频器。ihf6550-160型氟塑料离心泵的驱动电机功率为5.5kw,选用西门子公司mm430型水泵专用变频器，该变频器带内置滤波器。 (3)西门子mm440变频器。粉体在螺旋内的流动速度是由电机编码器输出脉冲来间接计算的,如果电机转速稳定性不好,将影响计量螺旋的正常工作。为此,采用德国西门子公司mm440型矢量控制变频器，电源电压380vac，额定输出功率5.5kw，额定输出电流13.2a。为了稳定螺旋轴的转速并计算粉体流速，称重灌装机采用带速度编码器的矢量控制方式。变频器需要增加脉冲编码器脉冲处理模板(简称编码器模板)和编码器。 (4)计量螺旋。是粉粒状物料(简称粉体)。计量螺旋是对粉体进行输送、动态计量和称重控制的设备。本设计采用万息得公司的lsc型计量螺旋(螺旋电子称)。 粉体进入料仓后，在振动器的作用下进入螺旋输送机，粉体沿螺旋槽向出料口方向前进。在出料口下方的称量装置传感器将检测到的重量信号传送到plc的模拟量输入单元。同时，安装在电机非负载轴端的编码器检测螺旋轴旋转的周数和速度，编码器输出脉冲传送到plc的高速计数单元。经cpu单元运算处理后，得到粉体的称重值和累积重量值，由模拟量输出单元输出控制信号，控制变频器和变频电机，从而控制粉体的称重。称重是称重比值自动灌装机的主动量。粉体称重(给料量)表达式为：q=k?q?v(1) 式中，q―计量螺旋输出称重(给料量)，kg/s;k―称重系数;q―螺旋内粉体的线负荷，kg/m;v―螺旋内粉体流动速度，m/s 。 粉体在计量螺旋内沿螺旋形轨迹运动，不便于直接检测流动速度v，通常是使用编码器检测电机的转速，再换算出流速v。 (5)电磁自动灌装机。电磁自动灌装机广泛用于测量导电的液体和液固两相流体的体积称重，测量结果与流体的温度、粘度、密度、压力及液固成分比无关，电导率在较大范围内变化时也不会影响测量结果。因此，只需经普通水标定后，就可以用来测量其他导电性液体或液固二相流体介质的称重，而不需附加任何修正，所以电磁自动灌装机是一种真正的体积自动灌装定量灌装机。 3.2 plc自动灌装机设计 称重装置、硫酸电磁自动灌装机的输出均为4～20ma信号，分别送到模拟量输入单元fx2n-4ad的电流输入1、电流输入2。模拟量输入单元fx2n-4ad有4个12位模拟量输入通道，输入量程可以是电流信号(4～20ma)或电压信号(-10～10v)。转换速率为15ms/通道或者6ms/通道(高速)。计量罗旋和硫酸泵都采用变频调速定量灌装机，两台变频器的控制信号来自plc定量灌装机的模拟量输出单元fx2n-4da。fx2n-4da有12位4通道，输出量程可以是电流信号(4～20ma)或这电压信号(-10～+10v)。转换速度为4通道2.1ms在程序中占用8个i/o点。 (1)设定参数数据存储器地址 计量螺旋给料量即称重设定值：d1 d0，2个字，8位bcd码。 /硫酸称重比值系数：d3 d2/d9 d8。 实际称重值存储器地址：m500，16位二进制码。 硫酸实际称重值存储器地址：m501，16位二进制码。 16级增益数据存储器地址：第1级～第10级：d100～d109,d130～d139。 16级积分时间常数数据存储器地址：第1级～第10级：d110～d119,d140～d149。 (2)变频器调节 称重灌装机使用mm430变频器控制泵类负载时，需要注意起始频率，防止闭环自动灌装机在突加给定时，称重出现过大的超调和震荡。在管道和泵的规格确定之后，相应的称重起始频率也就确定了。在本定量灌装机中，频率大于19hz之后才有称重输出。针对变频调速泵的这种特性，在定量灌装机调试时应首行开环试验，测出泵的频率-称重特性曲线。根据测出的起始频率来制定控制算法。在起始频率以下，采用开环控制模式，变频器的输入信号为斜坡函数，即线形渐增电压信号。待达到起始频率建立起称重之后，再转入闭环控制模式。对于闭环控制模式，又分为比例(p)控制和比例积分(pi)控制两种模式。首先运行比例控制，当实际称重接近设定称重时，再转入比例积分控制模式。采用多模态控制后，消除了称重的大幅度波动，改善了称重的跟随性能并消除了稳态误差。 (3)pid控制 fx2nc系列plc具有pid控制指令， pidd200设定值sv，参数起始字，二进制数据 d201输入字，称重反馈数据，二进制数据 d500控制参数 d500 采样周期t1～32767ms d501动作方向(act) d502 输入滤波常数a0～99% d503 比例增益kp1～32767% d504 积分时间ti(0～32767- ms)*100d505 微分增益kd0～99% d506 微分时间td(0～32767)*10ms d503(比例增益kp)：8000(bcd码)左右，p小则超调大，震荡次数多。 d504(积分时间ti)：根据‘误差数据’(d50)，将积分ti分为10级，在运行过程中自动地调用相应的积分ti，达到既响应快又抑制超调的目的。在突加给定的情况下，超调量小于5%。 d506(微分时间td)：4000(bcd码)左右。 液体灌装机全密闭一体化涂料生产设备自动灌装系统实现了自动理桶，自动称重灌装，自动压盖，自动堆垛一系列工序，解放劳动力。跟传统的灌装方式相比多了如下优势： 1）采用全自动理桶、取桶设备，加速了输送速度。 该设备从涂料桶的取用环节就采用全自动生产，只需要将相同规格和型号的涂料用桶整齐摆放在位置，专业机械手会每次准确取出一个包装桶，通过动力轨道将包装桶精确输送到灌装嘴下面。 2）双头准确灌装，单线灌装产量大。 液体灌装机设有自动计量器，会按照预先设定的标准通过灌装嘴所设定数量直接将涂料灌装到传送过来的包装桶里。整个过程准确快捷，不会造成材料的浪费，更不会造成环境污染。装好涂料的包装桶将经过动力轨道传输到下一个环节。 3）自动理盖、上盖，逐个封口。 灌装好标准量涂料的桶，被准确送到自动理盖机下，理盖机通过机械手，每次吸取好一个桶盖，准确放置到灌装好涂料的桶上面，自动封口机会立即配合动作将桶盖准确挤压，对灌装好的涂料进行密闭封口。此时，一桶涂料的包装就基本完成。 4）自动堆垛，置入托盘。 灌装好涂料的包装桶经过密封包装，传递到自动堆垛机下。自动堆垛机通过专业机械手，将装满涂料的包装桶准确吸取并放置到设定的托盘内。当托盘内涂料桶的个数达到数目，机械手会自动将放置忙涂料桶的托盘运输到位置。 此项技术不仅能让涂料的灌装节省了人工成本80%以上，减少了人为浪费和环境污染，同时极大加快了生产速度，整个灌装的过程变得更加轻松、精确和专业。 4结束语 任何液体灌装机在投入使用时，由于操作人员的不熟悉或者由于开发人员在编写程序时针对具体的用户要求考虑得不全面，在初始运行的一段时间内要根据用户的要求对软件进行修改，但该自动灌装机的用户分散在全国各地，如果由开发人员去现场维护，必定在路上浪费时间且要花费较多费用，为了降低成本，我们通过网络实现了远程调式与维护，效果非常理想。远程维护主要通过三种途径实现：一种是应用远程控制软件PcAnywhere来实现；第二种通过Windows的通信功能中的“远程桌面”来实现；第三种是通过QQ即时通信软件中的远程控制来实现。这三种软件我们在远程调试中都采用过，感觉的还是QQ即时通信软件。在本定量灌装机中，根据称重闭环自动灌装机的误差大小，将比例系数和积分时间常数各分为10级，在运行过程中能够自动地调用合适的比例系数和积分时间常数，这种控制能实现了响应快又抑制超调的目标，达到了很好的效果。 | |
