攪拌箱液位檢測(cè)與自動(dòng)控制

袁昌博

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

攪拌箱液位檢測(cè)與自動(dòng)控制

袁昌博

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)成本的節(jié)約是提升企業(yè)競(jìng)爭力的途徑之一，近年來，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)成本控制的要求也在不斷提高，隨著科技的不斷進(jìn)步，很多設(shè)備都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，將生產(chǎn)過程中的信號(hào)檢測(cè)、反饋控制交給設(shè)備自動(dòng)完成，節(jié)約大量的勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)行效率。本文立足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，利用相關(guān)技術(shù)彌補(bǔ)設(shè)備控制缺陷，尋找解決生產(chǎn)物資浪費(fèi)的方法，提高設(shè)備自動(dòng)化水平和生產(chǎn)過程可控性。

液位檢測(cè) PLC 超聲波傳感器

1 前言

板式過濾機(jī)攪拌箱是保證鋁卷生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，在設(shè)備的原設(shè)計(jì)中，軋制油的添加是完全通過手動(dòng)方式進(jìn)行的，所以在日常操作過程中，會(huì)經(jīng)常發(fā)生由于人員操作失誤引起的軋制油溢出箱體事故，不但污染油體，還造成產(chǎn)品質(zhì)量影響和成本增加。因此對(duì)于攪拌箱實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)和控制是非常重要的。

2 攪拌箱控制系統(tǒng)的基本工作原理

2.1 攪拌箱檢測(cè)裝置的工作原理和基本構(gòu)成

該檢測(cè)裝置采用超聲波傳感器對(duì)攪拌箱內(nèi)部液位變化進(jìn)行無接觸測(cè)量，該傳感器可以廣泛用于各種工業(yè)環(huán)境內(nèi)，利用超聲波的反射特性可以精確測(cè)量距離。

超聲波傳感器檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于可以忍受特別惡劣的工作環(huán)境和穩(wěn)定的信號(hào)反饋，該裝置的檢測(cè)對(duì)象包括固體、液體和小顆粒物質(zhì)，其工作原理是利用固定反射裝置將超生波束發(fā)射到被測(cè)物體上，在感應(yīng)范圍內(nèi)，超生波束接觸到被測(cè)物體表面后會(huì)產(chǎn)生反射波束，并由接收器感應(yīng)，通過回波時(shí)間來計(jì)算出傳感器與被測(cè)物體之間的距離。

超聲波的聲錐存在±5°的發(fā)散角，該發(fā)散角決定了聲錐的空間大小，那么根據(jù)以上特性，如果存在一個(gè)離傳感器距離S處的物體，那么聲錐的直徑D可以由以下公式計(jì)算出來:

公式中的S可以被看成被測(cè)物體的擺放范圍，當(dāng)然應(yīng)該注意被測(cè)物體的反射面要與傳感器的反射面保持水平，否則會(huì)導(dǎo)致聲波反射偏離，那么傳感器的輸出信號(hào)就會(huì)存在誤差或者沒有信號(hào)。

圖1 檢測(cè)裝置基本組成

如圖1所示，該檢測(cè)裝置基本組成主要由超聲波傳感器和屏蔽電纜組成，超聲波傳感器會(huì)將反射信號(hào)轉(zhuǎn)換成與距離成正比的模擬量電流輸出信號(hào)4～20mA，然后電流信號(hào)通過屏蔽電纜傳輸?shù)絇LC的模擬量輸入模塊中。

2.2 PLC輸入設(shè)備的選型及接口設(shè)置

考慮到輸入信號(hào)為模擬量電流信號(hào)，此設(shè)計(jì)中采用的模擬量輸入模塊型號(hào)為6ES7134-4GB11-0ABO，將超聲波傳感器BN、BK、BU端分別與PLC的L、輸入、M端連接，見圖2。

圖2 接線原理圖

2.3 攪拌箱程序編輯的邏輯原理

PLC輸入的數(shù)據(jù)類型為整數(shù)，因?yàn)橛酶↑c(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所以要把整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，然后再根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的線性特點(diǎn)，將浮點(diǎn)數(shù)乘以一個(gè)特定的系數(shù)，即計(jì)算出傳感器與液面的實(shí)際測(cè)量距離，見圖3。

圖3 計(jì)算程序段

要得出攪拌箱的液位實(shí)際高度，就要把攪拌箱的箱體高度測(cè)量出來，用箱體高度減去實(shí)際測(cè)量距離的結(jié)果就是液位實(shí)際高度，這些公式都可以被寫入程序中。

3 WINCC人機(jī)控制系統(tǒng)畫面組態(tài)

3.1 WINCC系統(tǒng)概述

Wincc是進(jìn)行快速組態(tài)的HMI系統(tǒng)，是基于Microsoft的32位操作系統(tǒng)，從其他方面看，它是一種可以無限延伸的系統(tǒng)平臺(tái)，并且wincc可以模塊性和靈活性地完成自動(dòng)化任務(wù)，為過程數(shù)據(jù)的報(bào)表、采集和歸檔以及為用戶自由定義的應(yīng)用程序的協(xié)調(diào)集成提供了系統(tǒng)模塊。

本文采用的wincc版本為6.0,該wincc對(duì)用戶所添加的任何形式的擴(kuò)充接口是開放的,并且接口的開放是建立在wincc的模塊結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)大的編程接口上的,可以利用wincc的ActiveX控件與程序塊之間建立數(shù)據(jù)連接,實(shí)現(xiàn)攪拌箱的人機(jī)交互功能。

3.2 變量組態(tài)

針對(duì)攪拌箱控制系統(tǒng)的變量，首先要做好1#和2#攪拌箱的液位設(shè)置值和實(shí)際值的變量的組態(tài)，wincc系統(tǒng)通常是無過程驅(qū)動(dòng)程序連接的內(nèi)部變量、具有過程驅(qū)動(dòng)程序連接的wincc變量以及在編制的C動(dòng)作、項(xiàng)目函數(shù)等中的C變量。

為了實(shí)現(xiàn)攪拌箱設(shè)定值的更改，使用兩個(gè)Windows對(duì)象按鈕，這樣就可以通過事件驅(qū)動(dòng)的按鈕來更改設(shè)定值。當(dāng)用鼠標(biāo)按下按鈕時(shí)，內(nèi)部變量會(huì)有一個(gè)增量，增量是預(yù)先指定的，運(yùn)行期間不可改變。設(shè)定值的更改可以通過一個(gè)項(xiàng)目函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且I/O域的輸出值與內(nèi)部變量相連。

3.3 畫面組態(tài)

3.3.1 建立文本輸入的對(duì)話框

（1）在變量管理器中，創(chuàng)建兩個(gè)16位字符集類型的文本變量，組態(tài)執(zhí)行文本輸入的畫面，對(duì)智能對(duì)象中的I/O域進(jìn)行組態(tài)。

（2）在其畫面的組態(tài)對(duì)話框中，選擇一個(gè)變量，并將屬性的輸出/輸入數(shù)據(jù)格式設(shè)置為字符串。

（3）建立變量之間的直接鏈接，在畫面屬性中調(diào)整畫面窗口的大小，使其與剛才創(chuàng)建的畫面的大小相匹配。

3.3.2 建立棒圖顯示

在對(duì)象選項(xiàng)中分別選擇兩個(gè)棒圖插入到畫面中，利用棒圖屬性的幾何結(jié)構(gòu)來設(shè)置合適的大小，建立棒圖顯示和變量之間的鏈接，考慮到攪拌箱的高度為1.2m，所以要顯示的最大值為1.6m。

打開棒圖組態(tài)對(duì)話框，輸入期望變量的名稱或者打開變量的路徑進(jìn)行選擇，棒圖的顯示數(shù)值可以通過嵌入變量動(dòng)態(tài)顯示。

棒圖對(duì)象可以通過顯示標(biāo)尺標(biāo)注，標(biāo)尺的布局和分度以及標(biāo)簽的大小和格式可以通過按需改變相關(guān)屬性來組態(tài)。

4 結(jié)束語

以上是攪拌箱檢測(cè)和控制裝置的工作原理，以及和人機(jī)界面建立的控制聯(lián)絡(luò)，通過將以上裝置添加到設(shè)備運(yùn)行過程中，極大地降低生產(chǎn)原材料的浪費(fèi)，節(jié)約公司勞動(dòng)力成本，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

［1］ 陳海霞.西門子S7-300/400PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］深入淺出西門子winccv6.北京航空航天大學(xué)出版社.

收稿：2013-12-16