一種動態(tài)檢重秤的設(shè)計

王寧，丁冬梅

(1.中國石油大連潤滑油分公司，遼寧 大連 116031；2.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116031)

0 引言

動態(tài)檢重秤是在全自動生產(chǎn)線實時運行條件下對產(chǎn)品動態(tài)稱重，并根據(jù)稱重結(jié)果對產(chǎn)品進(jìn)行自動分類的設(shè)備。本文以潤滑油200 L灌裝線在線動態(tài)檢重秤為題進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，指標(biāo)要求如下：

(1)成品潤滑油200 L桶重量為185.3 kg,企業(yè)允許的偏差范圍為(185.3±0.3) kg，本文設(shè)計的動態(tài)檢重秤的偏差要控制在±0.1 kg范圍內(nèi)。

(2)可對灌裝線上的成品200 L桶進(jìn)行實時檢重，當(dāng)重量超過允許的上限值和下限值時，能自動將其從生產(chǎn)線上篩選或剔除出去同時發(fā)出聲光報警信號。

(3)動態(tài)檢重秤的檢重速度要達(dá)到120桶/小時。

(4)可將稱重數(shù)據(jù)及時地反饋給灌裝機控制器，進(jìn)而調(diào)整灌裝量，節(jié)省原材料，為企業(yè)的成本控制和精細(xì)化管理提供技術(shù)保障[1]。

1 動態(tài)檢重秤組成及工作原理

動態(tài)檢重秤由輸送機、稱重傳感器、稱重顯示控制器、控制系統(tǒng)、剔除裝置組成。輸送機放置在稱重傳感器的秤臺上，輸送機由電動機、減速器和輸送輥三部分構(gòu)成[2]。動態(tài)檢重秤配置如圖1所示，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 動態(tài)檢重秤配置示意

圖2 動態(tài)檢重秤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 動態(tài)檢重秤硬件設(shè)計

本文硬件設(shè)計包括硬件選型、電氣主回路設(shè)計、控制回路設(shè)計、PLC的I/O點分配。

2.1 硬件選型

本文根據(jù)滿足生產(chǎn)需要、性價比高、可靠性強、留有一定裕量的原則對設(shè)備硬件進(jìn)行選擇，如表1所示。

表1 硬件設(shè)備

表1(續(xù))

2.2 電氣主回路設(shè)計

動態(tài)檢重秤主回路如圖3所示，主要包括：斷路器、接觸器、浪涌保護(hù)器(SPD)、隔離變壓器、開關(guān)電源、PLC、皮帶輸送機、稱重顯示控制器等。系統(tǒng)通過QF1開關(guān)接通，主電路各設(shè)備接通得電。由于是交流三相供電，供電電壓為380 V，但系統(tǒng)的PLC輸入控制回路、觸摸屏、中間繼電器需要提供直流24 V電壓供電，因此需通過開關(guān)電源提供24 V直流電源供電。PLC電源管理由隔離變壓器后220 V交流和開關(guān)電源供電。

圖3 電氣主回路

2.3 控制回路及PLC的I/O點分配

根據(jù)控制原理，合理地分配輸入、輸出(I/O)點及中間寄存器地址，如表2～表4所示?？刂苹芈酚蒔LC主機、中間繼電器等組成。整個控制系統(tǒng)可依靠切換開關(guān)實現(xiàn)對動態(tài)檢重秤的自動及手動控制，兩種控制方式互為備份，保障了控制系統(tǒng)的安全。PLC主機控制回路接線，如圖4所示。

表2 數(shù)字量輸入地址分配

表2(續(xù))

表3 數(shù)字量輸出地址分配

圖4 PLC主機控制回路接線

表4 中間寄存器地址分配

表4(續(xù))

3 動態(tài)檢重秤軟件設(shè)計

3.1 觸摸屏程序設(shè)計

首先借助Vijeo Designer編程軟件對觸摸屏畫面組態(tài)設(shè)計，編輯工藝界面、手動界面、報警界面等，如圖5～圖7所示。然后通過筆記本電腦與施耐德GXU3512觸摸屏通訊接口將編制完成的“文件”下載至觸摸屏處理器中，并建立觸摸屏與PLC之間的通信[2]。組態(tài)畫面包括當(dāng)前重量、系統(tǒng)的啟停、累計桶數(shù)、累計重量、皮帶運行時間等參數(shù)設(shè)定。

圖5 編輯“工藝界面”

圖6 編輯“手動界面”

圖7 編輯“報警界面”

3.2 PLC程序設(shè)計

3.2.1 硬件組態(tài)、主程序設(shè)計

施耐德 TM218LDA16DRN PLC作為本文控制系統(tǒng)的中樞，依據(jù)圖2所示控制流程，利用So Machine M218 v2.0.31.45編程軟件進(jìn)行硬件組態(tài)和稱重顯示控制器組態(tài)設(shè)定，如圖8、圖9所示。編寫控制梯形圖，如圖10～圖12所示，實現(xiàn)：皮帶輸送機啟停及相應(yīng)的邏輯控制；實時檢重、超偏差剔除、故障提示及報警；設(shè)置必要的保護(hù)控制[3]。

圖8 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

圖9 Ind131稱重顯示控制器組態(tài)設(shè)定

圖10 主程序

圖11 控制程序1

圖12 控制程序2

3.2.2 程序的上傳下載及系統(tǒng)調(diào)試

(1)設(shè)定變量。變量是觸摸屏功能區(qū)與施耐德PLC的I/O點聯(lián)系的橋梁，借助變量觸摸屏可實現(xiàn)對PLC的參數(shù)輸入、功能控制和輸出PLC當(dāng)前值等功能，如圖13所示。

圖13 變量設(shè)定

(2)程序下載至PLC。設(shè)置通信端口，建立PLC與電腦之間的通信，將編程完成的PLC程序下載至PLC中，通過程序狀態(tài)功能和仿真軟件進(jìn)行程序測試，發(fā)現(xiàn)問題及時修改程序。Modbus主站、從站配置如圖14、圖15所示，串行線路設(shè)置如圖16所示。

圖14 Modbus主站配置

圖15 Modbus從站配置

圖16 串行線路設(shè)置

(3)在PLC軟件調(diào)試正常和觸摸屏組態(tài)軟件編制結(jié)束后，整個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。對現(xiàn)場稱重信號、位置檢測信號、反饋信號和所有電機按實際控制要求進(jìn)行模擬運行，檢測整個系統(tǒng)的運行和性能能否滿足設(shè)計要求。當(dāng)一切測試正常后，還要進(jìn)行模擬故障報警情況的測試，所有測試數(shù)據(jù)鏈均正常后，系統(tǒng)調(diào)試完成。

4 抗干擾分析提高檢重秤的精度

4.1 影響動態(tài)檢重秤精度的主要要素

(1)所稱量產(chǎn)品的體積、目標(biāo)重量及輸送速度等。本文稱重的為200 L桶潤滑油晃動較小，輸送速度為120桶/小時，與灌裝線速度及稱重控制儀表速度匹配。

(2)所選擇的稱重傳感器及稱重控制儀表精度。本文選擇的是梅特勒托利多的稱重傳感器及控制儀表，精度達(dá)到0.1 kg。

(3)所處環(huán)境的溫度、濕度、地面振動及空氣流通度。動態(tài)檢重秤安裝于車間一層，地面平整，環(huán)境溫度、濕度穩(wěn)定，地面振動較小。

4.2 抗干擾分析

本文硬件上在設(shè)備選型和線路設(shè)計充分考慮抗干擾，主要采取的措施：

(1)電磁屏蔽。本文通過三項措施進(jìn)行電磁屏蔽：控制電纜采用帶屏蔽的雙絞電纜；敷設(shè)在帶蓋的鍍鋅碳鋼匯線橋架內(nèi)且橋架間有良好的電氣連接；控制電纜保持與電力電纜的平行鋪設(shè)距離大于600 mm以防止外界電磁干擾。

(2)接地抗干擾。本文采用將所有信號回路通過導(dǎo)線引至一個公共接地點接地。信號地與電源交流地必須分開，信號電纜的屏蔽地與PLC系統(tǒng)設(shè)備地共用，縮短接地線長度，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用接地線及端子。

(3)防雷抗干擾。本文通過電纜外層屏蔽、合理布線、安裝浪涌保護(hù)器(SPD)這三種保護(hù)措施進(jìn)行防雷抗干擾[4]。

5 動態(tài)檢重秤測試與性能評價

動態(tài)檢重秤調(diào)試完成后，依據(jù)《JJG539-2016年數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》使用檢定合格的200 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行了兩周的運行測試，采集了10組、40個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，如表5所示。動態(tài)檢重秤測量精確，運行速度與灌裝線匹配，抗干擾能力強，完全符合工藝技術(shù)要求且設(shè)定操作簡便。

表5 動態(tài)檢重秤測試數(shù)據(jù)分析

本文從動態(tài)稱重設(shè)計入手，通過施耐德PLC在動態(tài)檢重秤中的應(yīng)用，實現(xiàn)了潤滑油200 L成品桶的100%在線稱重，比傳統(tǒng)定時人工抽檢效率提高10倍，節(jié)省了人工成本，特別是大桶重，人工很難搬運，在線實時稱重優(yōu)勢明顯；可將測量數(shù)據(jù)反饋至灌裝機，實現(xiàn)自動調(diào)整灌裝量，大大節(jié)省成本；借助網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對生產(chǎn)線產(chǎn)品重量實施遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高企業(yè)的信息化水平，值得普遍推廣。