PLC在物料輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬麗萍， 孫義學(xué)

(1．西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院， 陜西 西安 710048；2.蘇州工業(yè)園區(qū)和順電氣有限公司， 江蘇 蘇州 215122)

0 引言

物料輸送系統(tǒng)在產(chǎn)品包裝、流水作業(yè)、檢測(cè)等相關(guān)行業(yè)中應(yīng)用廣泛,但對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性以及自動(dòng)化水平要求都很高.某化工廠有輸運(yùn)化肥皮帶22條，其物料輸送控制采用手動(dòng)操作，即繼電器、接觸器控制方式，因此該控制系統(tǒng)電氣控制元件多、安裝比較分散，造成操作難度大、控制系統(tǒng)復(fù)雜、安裝維修工作量大、修改控制方案艱難，大大影響了該廠的生產(chǎn)效率.針對(duì)該物料輸送控制系統(tǒng)存在的制約生產(chǎn)效率的問(wèn)題，作者提出了基于可編程控制器的物料輸送系統(tǒng)改造方案，改造后的系統(tǒng)具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功能完善、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，且改造后的控制系統(tǒng)降低了故障停機(jī)時(shí)間，提高了設(shè)備作業(yè)率、生產(chǎn)率以及系統(tǒng)的自動(dòng)化水平.

圖1 化肥運(yùn)出流程圖

1 系統(tǒng)的工藝流程

該化工廠有22條化肥輸運(yùn)皮帶,分為1#～8#線、A線(包括9#、15#、16#皮帶)、B線(10#、19#、20#)、C線(11#、17#)、D線(12#、18#)、E線(13#、21#)、F線(14#、22#)；化肥存放在包裝庫(kù)或散庫(kù)，如果化肥需要包裝后運(yùn)出時(shí)，則將被運(yùn)往包裝庫(kù)，如果化肥不需運(yùn)出或著包裝庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，則將被運(yùn)往散庫(kù)；1#皮帶用于將化肥從造粒塔運(yùn)出,正常狀態(tài)下1#皮帶全天運(yùn)行； 2#皮帶用于將化肥運(yùn)向散庫(kù)；3#、4#皮帶用于將散庫(kù)化肥運(yùn)往包裝庫(kù)； 5#皮帶用于將化肥運(yùn)向包裝庫(kù)；4#、5#皮帶上化肥經(jīng)6#皮帶運(yùn)往四通閥；四通閥通過(guò)7#、8#皮帶將化肥分別投向A、B、C、D、E、F 6個(gè)料槽中，然后再經(jīng)過(guò)A、B、C、D、E、F運(yùn)輸線將化肥包裝運(yùn)出.

圖1為化肥運(yùn)出流程圖，有兩條路線可將化肥運(yùn)出，具體情況如下：當(dāng)化肥不需運(yùn)出或包裝庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，化肥經(jīng)1#-2#皮帶運(yùn)向散庫(kù)；包裝庫(kù)運(yùn)行正常情況下，化肥經(jīng)1#-5#-6#-7#(或8#)至A～F線運(yùn)向包裝庫(kù)，再由包裝庫(kù)將化肥運(yùn)出；當(dāng)散庫(kù)化肥需要運(yùn)出時(shí)，通過(guò)耙料機(jī)將化肥運(yùn)到3#皮帶上，再經(jīng)4#-6#-7#(或8#)至 A～F線運(yùn)向包裝庫(kù)，再由包裝庫(kù)將化肥運(yùn)出.

2 PLC控制的硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)包括外設(shè)與PLC控制系統(tǒng)的硬件部分.控制對(duì)象主要由皮帶電機(jī)、分料器、斗提返料、三通閥、耙料機(jī)、四通閥、除鐵器、破碎機(jī)等構(gòu)成；PLC控制系統(tǒng)由CPU單元、電源單元、輸入輸出模塊、通訊模塊、操作站及網(wǎng)絡(luò)部件等構(gòu)成.

圖2 控制系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)該廠車間工藝的特點(diǎn)及控制任務(wù)，作者選用了德國(guó)西門子S7-300可編程控制器作為本控制系統(tǒng)的主控制器，采用模塊式結(jié)構(gòu)和雙操作站及遠(yuǎn)程I/O通訊技術(shù)，使其通信可靠，便于操作.控制系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個(gè)部分.

2.1 中央控制單元

選用 CPU315-2 DP作為PLC的核心部件，進(jìn)行邏輯和數(shù)字運(yùn)算，協(xié)調(diào)整個(gè)控制系統(tǒng)各部分的工作.CPU315-2 DP有如下特點(diǎn)：具有中、大規(guī)模的程序存儲(chǔ)容量；對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理性能；PROFIBUS DP 主站/從站接口；可用于大規(guī)模的I/O 配置；可用于建立分布式I/O 結(jié)構(gòu).

2.2 電源單元

采用1∶1隔離變壓器對(duì)PLC的220 V交流輸入卡件進(jìn)行供電，用SITOP電源對(duì)PLC的24 V直流輸出卡件供電,用自帶的PS-307/5A直流電源對(duì)CPU和部分卡件進(jìn)行供電.

2.3 輸入輸出單元

采用2塊6ES7 331-7KF02-0AB0型號(hào)的AI8x12Bit輸入卡件，用來(lái)采集速度信號(hào)與料位信號(hào)；5塊6ES7 321-1FH00-0AA0型號(hào)DI16xAC120/230V輸入卡件，由于距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)干擾強(qiáng)，因而采用DI16xAC120/230V高門限輸入卡件有利于抗干擾；3塊6ES7 322-1BH01-0AA0型號(hào)DO16xDC24V/0.5A輸出卡件，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)繼電器隔離后送至電氣控制回路.

2.4 通迅模塊

為了確保包裝庫(kù)操作站與散庫(kù)操作站通信正常，因此，選用了CP342-5通迅模塊.該模塊有如下特點(diǎn)：用于連接S7-300 和C7到PROFIBUS-DP 的主/從站接口模塊，最高12 Mbit/s；通過(guò)FOC接口直接連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中；通過(guò)S7路由在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行PG/OP 通訊；通過(guò)PROFIBUS 簡(jiǎn)單地進(jìn)行配置和編程.

3 控制程序設(shè)計(jì)及控制實(shí)例

3.1 控制程序設(shè)計(jì)

物料輸送控制系統(tǒng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定皮帶的數(shù)目以實(shí)現(xiàn)模塊化.

采用先組態(tài)硬件再生成軟件的方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序，具體方法如下:(1)首先在STEP7 中建立一個(gè)用于存儲(chǔ)該控制方案而生成的數(shù)據(jù)和程序的新項(xiàng)目；(2)在STEP7中進(jìn)行硬件組態(tài)；(3)在項(xiàng)目中插入所需的程序塊并編制程序；(4)為可編程模板生成軟件；(5)將S7程序下載到PLC并調(diào)試.

圖3 A線化肥輸送控制流程圖

3.2 控制實(shí)例

現(xiàn)以A線為例介紹本系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，A運(yùn)輸線有9#、15#與16#3條皮帶，根據(jù)皮帶工藝特點(diǎn)，其啟動(dòng)順序?yàn)?6#-15#-9#，停止順序?yàn)?#-15#-16#.

圖3為A線化肥輸送控制流程圖，具體控制過(guò)程為：旋轉(zhuǎn)A線手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)將其切換到自動(dòng)位置，16#皮帶啟動(dòng)運(yùn)行，判斷16#皮帶有無(wú)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回，如果16#皮帶無(wú)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回時(shí)，15#皮帶不能啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)16#皮帶有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回時(shí)，15#皮帶啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)15#皮帶處于運(yùn)行過(guò)程中，16#皮帶無(wú)運(yùn)行狀態(tài)返回信號(hào)時(shí)，15#皮帶停止運(yùn)行；否則15#皮帶正常運(yùn)行，且判斷15#皮帶有無(wú)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回；當(dāng)15#皮帶沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回時(shí)，9#皮帶不能啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)15#皮帶有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)返回時(shí)，9#皮帶啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)9#皮帶處于運(yùn)行過(guò)程中，15#皮帶無(wú)運(yùn)行狀態(tài)返回信號(hào)時(shí)，9#皮帶停止運(yùn)行；當(dāng)A線皮帶手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)位置時(shí)，9#-16#皮帶必須停止運(yùn)行.

4 結(jié)束語(yǔ)

采用S7-300 PLC技術(shù)的物料輸送系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)和調(diào)試后已能取代原繼電器控制系統(tǒng),改造后的系統(tǒng)不僅能對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)控制,而且能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況.目前系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，實(shí)踐證明該系統(tǒng)操作方便、故障率低、工作可靠、性能穩(wěn)定,整個(gè)系統(tǒng)易于維護(hù)，大大提高了生產(chǎn)效率.

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