（机械制造及其自动化专业论文）陶瓷配料控制系统.pdf

摘要 摘要 本文详细介绍了某企业陶瓷配料生产线半自动控制系统的设计 与构成。该系统是在原有完全由手工配料作业的基础上，进行自动化 改造设计而成的。系统包括上位机工控机i p c 、下位机可编程控制器 p l c 、智能配料仪表、串口适配卡、变频器、送料小车等设备，其中 以i p c + 以太网+ p l c 与i p c + r s 4 2 2 + 智能配料仪表为主体架构， 构建了一个半自动配料的分布式控制系统。在产品生产预排与原料仓 装料后，由工人操作控制下进行配料，并自动记录产品数据，并且可 以对数据进行管理，方便了原料产品的数据查询与生成统计报表。 该系统由上位机进行数据的统一管理，p l c 对配料现场的电气设 备进行监测控制。智能称重仪表反馈配料的进展状况给p l c ，并将称 量结果数据回馈给i p c 。采用富士公司的p l c ( f 7 0 s ) 与a & d 公司 的智能配料称重仪表a d 4 3 2 5 a 以及其它设备，进行现场的配料、称 重协调控制；i p c 与p l c 通过以太网t c p i p 协议方式进行通信。i p c 上的系统程序使用v b n e t + s q ls e r v e r2 0 0 0 编制，具有配方原料 的数据管理，生产管理，实时生产监控与数据记录，以及其它辅助功 能。改造后的系统提高了配料精度与生产效率，方便了原料产品数据 的查询与统计，具有较高的应用价值。 关键词：p l c ；以太网；配料 a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h ed e s i g na n ds n l l c t l l r - eo fs e m i a u t o m a t i c c o n t r o ls y s t e mo fi n g r e d i e n tf e e d i n gf o rc e r a m i cp r o d u c t i o n t h es y s t e m i sr e n o v a t e da n dd e v e l o p e df r o mp r e v i o u sw h o l l ym a n u a lo p e r a t i o n s y s t e m s t h es y s t e md e s i g n e di n c l u d e si p ch i g hl e v e lc o m p u t e r 、p l c l o wl e v e lc o m p u t e r ，i n t e l l i g e n tp r o p o r t i o n i n gi n s t r u m e n t ，s e r i a la d a p t e r 、 t r a n s d u c e r 、i n g r e d i e n t - w e i g h t i n gh o p p e rc a re t c t h em a i ns t r u c t u r eo f t h e s y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do ni p c + e t h e m e t + p l ca n di p c + r s 4 2 2 + i n t e l l i g e n tp r o p o r t i o n i n gi n s t r u m e n t a t i o n ，w h i c hb u i l dad i s t r i b u t e da n d s e m i a u t o m a t i ci n g r e d i e n tf e e d i n gc o n t r o ls y s t e m a f t e ra r r a n g i n gt h e p r o d u c t i o ns c h e d u l ea n dl o a d i n gr a wm a t e r i a l si n t op r o p o r t i o n i n gb i n ，t h e c o n t r o ls y s t e ms t a r t sw o r ka n dr e c o r d s d a t ao fp r o d u c t sa u t o m a t i c a l l y w h e no p e r a t e db yw o r k e r s a n dt h ed a t ac a nb em a n a g e da n dq u e r i e da n d g e n e r a t e ds t a t i s t i cr e p o r tf o r m sc o n v e n i e n t l y i nt h es y s t e m ，i p ci su s e dt om a n a g ed a t ac o n f o r m a b l ya n dp l c m o n i t o ra n dc o n t r o le l e c t r i c e q u i p m e n to fw o r k s h o p t h ei n t e l l i g e n t p r o p o r t i o n i n gi n s t r u m e n tf e e d b a c k st h ep r o g r e s so fw e i g h i n gt op l c a n d a l s ot h er e s u l t so fd a t at oi p c i nt h es y s t e m ，t h ep l c ( f 7 0 s ) o ff u j i ，a n d i n t e l l i g e n tp r o p o r t i o n i n gi n s t r u m e n t ( a d 4 32 5 a ) o fa & dc o m p a n ya n d o t h e r e q u i p m e n t s a r eu s e dt o w e i g h t a n d c o o r d i n a t e l y c o n t r o li n w o r k s h o p c o m m u n i c a t i o n sa r ep e r f o r m e db e t w e e ni p ca n dp l cu s i n g p r o t o c o lt c p i p p r o g r a mf o ri p cw h i c hi se s t a b l i s h e db yv b n e ta n d 1 1 1 陶瓷配料控制系统 s q ls e r v e r2 0 0 0 ，w h i c hc a nm a n a g ed a t ao f t h er a wm a t e r i a lr a t i of o r p r o d u c t i o na n da l s or e c o r dd a t a , m o n i t o ra n dc o n t r o l t h er e a l - t i m e p r o d u c t i o n ，a n do t h e ra s s i s t a n tf u n c t i o n s a sar e s u l t , n o to n l y t h e p r e c i s i o no ft h ec e r a m i cp r o d u c t i o na n de f f i c i e n c yc a nb ei m p r o v e d ，b u t a l s ot h ed a t ao fp r o d u c ta n dr a wm a t e r i a l sc a nb eq u e r i e da n dg e n e r a t e d s t a t i s t i cr e p o r tf o r m se x p e d i e n t l yb yt h er e n o v a t e ds y s t e m ，w h i c hh a sa g r e a ts i g n i f i c a n c ef o ra p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：p l c ；e t h e r n e t ；i n g r e d i e n t i v 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他人或集体的研究成果，均在文中以明确 方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人( 签字) 孑臣雾震 妒，7 年彳月re l 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 ， 2 、不保密( u ( 请在以上相应括号内打“4 ) 作者签名：亏良袁裳日期：动d 年乡月歹日 刷磁各嘶啦日期驯锚盯日 第一章绪 论 第一章绪论 1 1 课题来源 重量配料在化工、食品、建材、饲料、制药、塑料、冶金等行业生产中有着 广泛的应用。传统的人工操作不仅效率低，配料现场噪音大、粉尘多、环境恶劣， 而且将人为因素引入了配料环节，使工艺配方精度质量上下起伏波动较大，严重 影响到产品质量的稳定性。因而实现配料自动控制就显得尤为重要。 配料是陶瓷化工中决定陶瓷品质的关键环节之一，它在陶瓷制作中决定了所 要制作的陶瓷材质与质量。配料精度的高低，直接决定了产品品质。完全手工方 式配料，因生产车间往往粉尘大，电气布置复杂等因素，而使工人处于危险的劳 动作业环境中：而且人为因素作用明显会影响到配料质量，导致了产品质量不稳 定。产品配料数据也完全由人工记录，查询统计不便，难以随时掌握原料数据以 及库存产品数据，可能造成进料不及时或过多，产品库存积压或短缺不能及时的 发现等情况。这不仅可能贻误了产品的生产安排，也可能使企业的资金不能充分 的流动运转，而造成经济上的损失。 针对以上这些情况，应某陶瓷化工企业的要求，对原有的配料生产线进行自 动化改造，以期达到较高的精度稳定性，以及提高生产效率，并管理产品原料数 据。本课题为此进行了方案的设计与选择，并最终在生产线上安装运行调试，使 它充分发挥作用。 1 2 研究现状概况 配料工业一直跟随时代的发展在不断的革新进步，由最初的完全手工操作到 机械辅助作业，再由纯粹的机械控制到电子自动控制，技术上推陈出新，不断更 新换代。尤其是近4 0 年来电子计算机技术的迅猛发展，在各个行业得到了广泛 的应用，配料行业也全面引入了这一成果并运用，使配料技术进入一个全新的时 代。3 c ( c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t e r ，c o n t r 0 1 ) 等相关的系列技术被应用到配 料工业中，使之能够自动配料，并具有极高的效率与质量，经济效益显著。 精度与速度，是重量配料中两个关键指标，就国外国内的现状来看，这两个 要素近几十年来有了很大的进展。 陶瓷配料控制系统 一是速度高速化。目前，国外的小袋配料包装机单列包装速度一般为3 0 - 8 0 射分，近些年来很多公司推出的多列式配料包装机( 从2 列到1 0 列) 可使包 装速度大大提高。如意大利i l a p a k 公司的3 0 0 和4 0 0 系列枕型包装机，计量范 围1 5 0 4 5 0 9 ，包装速度1 2 0 袋分；日本横滨电机制作所的y d e - - 7 0 型四边封 合包装机，计量范围：0 5 - - 3 0 m l ，可以2 1 0 列，最高速度为8 0 0 射分；日本 三光机械的f c 一1 0 0 0 型小袋枕型包装机，最高可达1 2 列，速度可达1 0 0 0 袋 分。二是结构运动高精度化。由于采用各种新技术，如通过伺服电机、编码器及 数字控制( n c ) 、动力负载控制p l c 等高精密执行机构控制各种动作，使整机 的充填计量精度和制袋精度都有所提高。如日本东京自动机械的s i g m a 3 型粉 末计量机，配有可调速驱动马达，采用螺杆下料充填，最大充填为每次1 2 k g ， 充填精度6 0 2 5 ；l i l 国内的8 6 3 计划“纺织染整设备中智能化、高精度染料自动配色生产线 课 题，该课题实现了至少可以配6 0 种料，或根据实际需要灵活组合，每种粉状染 料称重范围在5 9 一3 2 k g 之间，最小分辨度在0 0 1 。0 1 9 之间，称重精度l ， 配料全过程计算机自动化控制。1 2 】 1 3 可编程控制器及其在自动控制中的应用 计算机信息技术在工业控制中得到越来越广泛的应用，由此带来一系列的变 革，不论是从硬件设备上或是从软件程序的编制上，还是在系统的构建设计思想 上，其应用可谓是无处不在深入到工业控制的方方面面。其中具有代表性的是可 编程控制器p l c 在工业自动控制中的应用，它应运而生经久不衰历久弥新，成 为工业自动控制领域的主力军。 1 3 1 可编程控制器发展历程 可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) ，是以电子计算机信息技术 为基础，应运工业生产不断发展的需求而产生的。2 0 世纪6 0 年代，美国的汽车 工业制造商通用汽车公司( g m ) ，在应对汽车产品不断变更推陈出新，而旧有生 产线的控制逻辑却完全由继电器组成，每次的生产线调整，都必须重新布置继电 器的组合方式，不仅工作量大周期长，且可靠性较差。因而1 9 6 8 年，通用汽车 提出了新控制器著名的1 0 条指标【3 l ，在此不再复述。自1 9 6 9 年，美国数字设备 公司( d e c ) 研制成功第一台p l c 起，世界各国对这一新兴产业，不断引进研 2 第一章绪论 发应用更新，p l c 产业日新月异，获得了长足的发展，广泛的应用在工业生产的 各个领域，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一【4 l ，极大的提高了企业生产 力的发展。 虽然p l c 产业发展迅猛，然而也出现了各个厂家各自为政，各种型号产品， 往往互不兼容，用户程序也难以移植变更，造成用户学习使用成本大大增加。由 此国际电工委员会( i e c ) 提出了i e c 6 1 1 3 1 3 编程技术标准，以期统一编程语 言与开发工具，实现独立于p l c 生产商的编程标准。它的编程语言主要包括： 梯形图( l d - - l a d d e rd i a g r a m ) 、功能块图( f b d - - f u n c t i o nb l o c kd i a g r a m ) 、顺 序功能图( s f c - - s e q u e n t i a lf u n c t i o nc h a r t ) 、指令表( i l - - i n s t r u c t i o nl i s t ) 、结 构化文本( s t - - s t r u c t u r e d t e x t ) 【5 1 。虽然这个标准目前有了不小的进展，但因各 厂家基于自身市场经济利益考虑，标准在业界还远未真正实现。 国际电工委员会( i e c ) 在1 9 8 5 年的p l c 标准草案第3 稿中，对p l c 作了 如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下 应用而设计。它采用可编程程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应 按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 1 4 j 1 3 2 可编程控制器的工作方式与应用 p l c 的工作方式，由三个阶段组成，输入刷新、程序执行与输出刷新构成一 个扫描周期，往复循环的执行。p l c 的工作过程如图1 1 所剥们。有的p l c 还具 有定时中断、外部中断等功能，大大丰富了它们在各个行业中的应用。 陶瓷配料控制系统 用 户 输 入 输输 输 输入 写 出 输 输 映出 入 入 映 读 程序出 端 锁 像 l 像 锁 端 存寄 执行 读 寄存 子子 器存存 器 器器 ，j_j一。、 ：、输入刷新 程序执行输出刷新 ， 、_ i 十_ l 卜斗一。“ j _ 型盟 图1 - 1p l c 的扫描工作过程【4 1 用 户 输 出 p l c 的应用场合有以下几种：( 1 ) 逻辑控制；( 2 ) 运动控制；( 3 ) 过程控制；( 4 ) 数 据处理；( 5 ) 多级控制；【6 】 p l c 相较于继电器、单板机、工控机i p c ( i n d u s t r i a lp e r s o n a lc o m p u t e r ) 具 有很多优点，它的使用简单方便，功能丰富，可靠性高，抗干扰能力强，无故障 运行时间长，体积小，成本相对低廉等。p l c 在它发展的进程中不断的与时俱进， 与其他技术相互渗透相互借鉴溶合，比如与集散控制系统d c s ( d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ) 比较，现在p l c 已基本具备了集散控制功能。引入了现场总线 f c s ( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) 与工业以太网技术，这不仅使现场车间内设备间 实现了网络化，同时也使企业车间与外界的以太网实现了互联沟通，大大促进了 企业的智能化、信息化。企业网络的结构按功能可分为信息网络和控制网络上、 下两层，其体系结构1 7 】如图1 2 所示。p l c 在企业网络的下端起到监测控制现场 设备和与上层网络交互通信的关键作用。 4 第一章绪论 图1 - 2 企业网络体系阴 1 3 3p l o 与ip c 的结合应用 p l c 具有许多优点，专用性强，更适合于工业现场应用，并可作为工控机的 下位机构成网络控制系统1 7 1 。p l c 与i p c 及其他智能设备间联网通信，实现信息 间的交换，构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化( f a ) 系统发展的需求。【明 这样的组态系统，可以齐同协力充分发挥上下位机各自的优势，构建的系统 也更为有效。i p c 负责数据的录入、存贮、加工、处理、反馈、维护等环节，充 分体现了它在大量数据处理上的优势。 通常工业控制系统的i p c 程序由组态软件，或是由d e l p h i 、v i s u a lb a s i c n e t ， v i s u a lc + + n e t ，v i s u a lc 拌n e t ，j a v a 等通用软件开发程序，再配合以数据库管 理软件编制。 组态软件具有让用户快速开发应用系统，使用简单方便，用户只需编写少量 自己所需的控制算法代码，甚至可以不写代码；运行可靠，用户在组态软件平台 上开发的应用系统可以长时间的连续可靠运行，在运行期间实现免维护；提供数 据采集设备的驱动程序，以及把控制现场的数据采集到计算机中，并把运算的控 制结果送回到控制现场执行机构；提供自动化应用系统所需的通用监控软件的组 件；强大的图形设计工具。1 6 】 与组态软件相比较，通用程序软件开发具有灵活多样可定制性，柔性强，数 据处理和管理能力更强等优点。既能为工业控制提供实时的监测与控制，也同时 也可构成m i s 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，具有强大的数 据管理能力，成为企业e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 的一部分。 5 陶瓷配料控制系统 m i s 是一个不断发展的新型学科，m i s 的定义随着计算机技术和通讯技术的 进步也在不断更新，在现阶段普遍认为m i s 是由人和计算机设备或其他信息处 理手段组成并用于管理信息的系统。 i m i s 的对象就是信息 信息是经过加工的数据，信息是对决策者有价值的数据。信息的主要特征是 来源分散，数量庞大。信息来源于生产第一线，来源于社会环境，来源于市场， 来源于行政管理部门等。信息具有时间性。信息的加工方式有多种形式。 企业从信息管理的角度可划分为物流和信息流。生产过程是一个物流的投入 产出过程，且是不可逆的过程。管理过程是信息流的过程，且具有信息反馈的特 征。 2 、系统是由相互联系、相互作用的若干要素按一定的法则组成并具有一定 功能的整体。 系统有两个以上的要素，各要素和整体之间，整体和环境之间存在一定的有 机联系。系统由输入、处理、输出、反馈、控制五个基本要素组成。信息系统是 输入的数据，经过处理，输出的是信息的系统。 3 、管理信息由信息的采集、信息的传递、信息的储存、信息的加工、信息 的维护和信息的使用五个方面组成。 任何地方只要有管理就必然有信息，如果形成系统就形成m i s 。计算机设备 使m i s 更有效，尤其是现代社会，m i s 已和计算机设备不可分离，因此一般来 说m i s 就是计算机m i s 。m i s 包括计算机、网络通讯设备等硬件成份，包括操 作系统、应用软件包等软件成份。并随着计算机技术和通讯技术的迅速发展还会 出现更多的内容。【9 】 m i s 以计算机为核心，构建了数据信息管理平台，与下位机p l c 的监测控 制相结合，组成一个功能强劲的系统，各自发挥自身的优势。利用m i s 管理企 业生产等方面数据，为下位机p l c 、智能仪表等设备提供实时参数，存贮管理它 们所反馈的数据，并为企业的e r p 提供必要的数据信息。下位机p l c 、智能仪 表等则依据m i s 所设定的数据与规程，在现场实时监测生产方面的状况，执行 相应的动作与指令，按需反映生产数据信息。在工业自动控制的生产过程中，这 两者的结合逐渐成了一种趋势。 6 第一章绪 论 信息管理系统在工业控制网络中的应用 7 1 ，可用如图1 - 3 来形象的描述。 图1 - 3 控制网络系统与信息管理系统的关系5 】 1 4 工业以太网在自动控制中的应用 通信无疑是一项极其重要的技术，不论是现代抑或是古代。通信技术近几十 年来伴随着无线电、光学、电子计算机等学科突破性的发展，爆发了一次又一次 的技术革命。在自动控制领域中它的应用也同样经历了较大的变革，从4 - - - - 2 0 m a ( 模拟量) 与2 4 v o c ( 开关量) 到现场总线网络( 数字通信) ，再到工业以太网， 从有线到无线，从电缆到光纤。同时通信的可靠性、距离、速率等也获得了极大 的提升。 虽然工业现场总线的出现，极大的促进了工业自动控制领域中通信的变革， 然而现场总线也有它的许多不足之处。首先，它的标准太多，1 9 9 9 年制定时， 一共有8 种标准进入i e c 6 1 1 5 8 ，标准太多相当于无标准。其次，各自往往都是 7 陶瓷配料控制系统 有针对性的对应某些具体的行业专用，互不兼容，降低了互操作性。再次，在办 公及家用领域以太网t c p i p 协议已成为事实上的标准，企业希望能一网到底， 实现车间底层与企业管理层的直接通信，而现有的现场总线无疑不能满足综合自 动化的要求。0 0 l 于是工业以太网应运而生并发展壮大，工业以太网是为工业应用而专门设计 的，它是一种遵循i e e e s 0 2 3 国际标准的开放式、多供应商、高性能的区域和单 元级网络。工业以太网将自动化系统相互连接，而且还将自动化系统连接到p c 和工作站，能以高达1 0 0 m b i t s 的速度实现广泛的、开放的网络连接。 使用以太网，有以下一些重要优点： ( 1 ) 启动快速，因为简化了网络连接方法。 ( 2 ) 灵活性大，因为现有设备可以不受影响地随时扩展。 ( 3 ) 可靠性高，因为采用了冗余的网络拓扑结构。 “) 无限的通信性能，因为使用交换技术可根据用户需求提供可伸缩的性能。 ( 5 ) 覆盖极为广泛的企业应用，可从办公室到生产现场。 ( 6 ) 在整个公司范围实现通信，因为以太网可连接到广域网( w a n ) ，如综合服 务数字网( i s d n ) 或因特网。 ( 7 ) 投资可靠，因为该系统正不断得到进一步开发，而且完全向下兼容。【1 1 l 正因为工业以太网具有以上诸多的优点，它在工业领域所占的份额也越来越 高，工业控制通信有从现场总线到工业以太网的发展趋势。 本系统f 7 0 s 采用e t h e m e t 连接方式与i p c 联机，而没选用通常的r s 2 3 2 4 8 5 的连接方式，选用的通信设备是富士公司的n c i l - - e t l 模块。采用通用的以太 网网络连接方式具有许多优点，通信距离长，数据传输速度快，便于远程监控与 管理，能够与公司中原有的网络链接，布线方便，可以和其它工业控制计算机组 网形成大型的控制系统，以便于将来升级，使f 7 0 s 成为计算机集散控制系统d c s 的一个结点。 8 第二章系统概况 第二章系统概况 2 1陶瓷配料系统工艺流程 陶瓷重量配料是陶瓷工艺中重要的一环，它指的是将已粉碎了的如，长石粉、 硼砂、a 1 2 0 3 、m g o 、z n o 等原料粉末，根据产品配方的要求进行重量配料，而 后进行搅拌混合使之均匀。它的主要工艺流程如图2 - 1 所示： 原料粉碎 上 重量配料 1r l 黼* - - - , 1 - 1r i 熔化混合 1 r i 辊轧细碎 1r i 陶瓷配方成品 图2 - 1陶瓷配料工艺流程图 2 2 系统整体组成 某陶瓷企业共有两条配料生产线，在此将它们分别称为a 生产线和b 生产 线，因a 和b 生产线是完全一样的，下文当中出现的具体生产线不再特别说明， 即指的是其中的一条生产线。每条生产线各有9 个原料位，即产品配料最多可用 9 个原料仓，分别有一个混料点，它们的平面示意图如图2 2 ： 9 陶瓷配料控制系统 a 生产线 b 生产线 因因因因因因因 几1 l 原料仓l i一 卜习 l 原料仓i i 一 因因因因因因因 卜 l 原料仓l i _ j 几 i 原料仓l i 一 图2 2 生产线原料仓与混料点平面分布图 本系统是对原有的完全手工方式配料生产线进行自动控制改造设计而成的， 因而尽量选用已有的设备，以达物尽其用节省成本。所以对原有的富士公司p l c - - f 7 0 s 给予保留并扩充了模块以满足新的需求；a d 公司的智能称重仪表 a d 4 3 2 5 a 功能强大，完全满足应用也予以保留利用；选配了性能强劲的研华工 控机口c ；扩展了富士公司的以太网通信模块n c l l - - e t l ，以满足i p c 与p l c 的通信要求；选用研华公司i s a 接口的双口r s 4 2 2 4 8 5 接口卡p c l - - 7 4 3 b 【l 2 ， 以满足i p c 分别与两条生产线上的a d 4 3 2 5 a 通信需求；以及使用泓格公司的 r s 4 2 2 4 8 5 转r s 2 3 2 模块7 5 2 0 a ；除以上这些主要设备之外还选用其它的一些辅 助设备，在此不一一列举。所设计的系统组成框图如图2 3 所示： 1 0 第二章系统概况 料仓指示灯( ) 料仓指示灯 接近开关 图2 - 3 生产线系统组成框图 从上图中可以看出，所设计的系统以上位机i p c + 下位机p l c 组成主架构。 因i p c 与生产线的距离较远，所以i p c 通过p c l - - 7 4 3 b ( i s a 接口转双r s 4 2 2 串口卡) 分别与a 、b 两条生产线上的智能称重仪表a d 4 3 2 5 a 相连；因为 a d 4 3 2 5 a 是r s 2 3 2 接口的，所以用串口转换模块7 5 2 0 a ( r s 4 2 2 转r s 2 3 2 模块) 接入。i p c 与p l c 的连接是通过以太网方式，而不是通常的串口方式，它的优 点上文已说明，在此不再重复。这里的p l c 实际上是主p l c 以p l i i l l ( 模式与 从p l c 相连的分布式方式布置，实际上从p l c 就是远程的分布式i o 模块；这 种方式有许多好处，因生产线有两条，现场的分布范围较广，可以在工作需要的 地方集中放置从p l c 模块，以减少生产线的连接线，减轻布线的复杂度，缩减 工作环节提高工作的可靠性。p l c 通过数字接收方式( d i ，d i g i t a li n p u t ) 接收 控制面板上的按钮开关以及下料点的位置接近开关和a d 4 3 2 5 a 上所反馈的当前 配料状况的开关信号，并以数字输出方式( d o ，d i g i t a lo u t p u t ) 控制变频器和 接触器以控制电机的启动、停止、变速等动作，以及输出信号指示灯提示当前状 态。智能仪表a d 4 3 2 5 a 根据i p c 发来的配料参数，在下料时通过d o 方式反馈 陶瓷配料控制系统 给p l c ，以提示进行下料的开关、调速、下料不足、下料过量、出错等信号；并 可接收p l c 的d i 指令信号，以执行清零、开始称量等动作。变频器受p l c 通 过d o 方式控制，能够控制电机的运转使之开机、关机、高速、低速等四种状态。 每个原料仓的下料点处都有一个下料指示灯，作为指示当前为下料点状态或是非 下料点状态。 2 3 陶瓷配料系统实现改造的原理 本系统所设计方案的工作原理是，系统必须设置好产品配方，工人的工作班 次，生产产品日程安排。工人根据当天所将要生产的产品，将原料依照配方表， 分别填装在生产线的9 个原料仓中。在i p c 中发出开始下料按钮命令，即可开始 进行配料称重工作，根据配料指示灯，移动装料小车到第一个指示灯处，启动下 料电机，开始下料。当一个原料称量完毕，i p c 自动记录所称量的结果，接着进 行下一个原料的称量配料，逐个原料地称量，直到一桶产品的最后一个原料称量 结束。一桶作业完成后卸去装料桶，装上空的装料桶又可以开始下一桶配料产品 的生产，逐桶的称量直到生产排程中所有产品都称量完毕。当然也可以中途停下 休息或是因确定、不确定因素的干扰而暂停工作，而不影响配料称重的进程与结 果。配料控制系统设计的工作过程大致如图2 - 4 所示。 班次时间设置 上 产品配方设置 j 生产排程设定 上 原料仓装料 上 i 开始配料生产 上 记录配料产品 上 逐桶配料 直到完成 图2 _ 4 配料流程图 1 2 第三章控制系统组成与设计 第三章控制系统组成与设计 3 1p l c 与ip c 的连接通信设计 p l c 与i p c 的通信是以太网t c p i p 协议通信模式，i p c 通过对等线与安装 在p l c 上的工业以太网模块相连，其示意框图如图3 - 1 所示： 图3 - 1i p c 与p l c 的以太网连接框图 3 1 1 可编程控制器( p l c ) f 7 0 s 可编程控制器f 7 0 s 是日本富士公司的一款模块式可扩展中大型的p l c 产 品，程序步指令执行速度快，有丰富的数据存储能力，具有可扩展多至1 6 个p l i n k 形式的远程分布式的从p l c 终端，以及有测试、停止、终端、执行等选 项的运行模式【1 3 1 。 f 7 0 s 的主要性能指标【1 3 l 如下： 表3 - 1f 7 0 s 特点与继电器地址分配表 娄型 f 7 0 s 项目 控制系统循环扫描，定时中断，外部中断 输入输出连接方式直接输入输出，远程输入输出 i o 控制系统同步扫描，直接访问 c p u 3 2 位顺序处理器，3 2 运算处理器 编程语言梯形图语言 指令类型与数量顺序指令：2 2 ，数据指令：9 9 指令长度顺序指令：1 步指令，数据指令：3 步指令 指令执行速度顺序指令：0 1 2 5 p s 指令， 陶瓷配料控制系统 数据指令：0 2 5 烛指令 程序内存容量1 6 k 步 最大i o 点数 n c l p - - s 2 - 最大5 , 3 1 2 点， n c l p - - s 0 - 最大2 , 2 4 0 点 的继电器( b )6 , 4 0 0 点( b 0 0 0 0 至b 3 9 9 f ) 1 , 7 9 2 点( b 4 0 0 0 至b 5 1 1 f ) 直接i o 口( w 2 4 0 )1 2 8 字 辅助继电器( m ) 8 ，1 9 2 点 保持继电器( k ) 1 , 0 2 4 微分继电器( d )1 , 0 2 4 特殊继电器( f )2 ，0 1 6 报警继电器( a ) 7 3 6 步控继电器( s )1 0 ，0 0 0 步 计数器( c )5 1 2 点 定时器( t )0 0 1 s5 1 2 点 o 1 s4 8 8 点 数据内存( b d )6 k 双字 文件内存 移位寄存器( s r )最大5 1 1 位 索引寄存器o l 5 1 2 字 p l i n k 内w 2 l1 ，1 5 2 字 存w 2 2 3 , 0 7 2 字 w 2 3 3 , 0 7 2 字 t - l i n k 数目( 标准) l l i n k ( 标准) 3 1 2 工业以太网模块n c l l 一盯1 以太网模块n c l l - - e t l 是富士公司的产品，它使得p l c 与其他以太网接点 的通信成了可能，在本系统中它担负着i p c 与p l c 联络通信的重任。共有 1 4 第三章控制系统组成与设计 1 0 b a s e 5 、1 0 b a s e 3 、1 0 b a s e t 等3 种以太网连接方式，本系统采用1 0 b a s e t 连接， 通信有效距离达1 0 0 米。该模块占用1 2 8 点( 输入“点，输出6 4 点) 的w b 区域。与其他节点的通信有：通用目标通信、命令驱动通信、固定缓存区通信、 文件传输通信等四种模式【1 4 1 。本设计系统经过比较权衡决定采用命令驱动通信模 式。 3 1 2 1 以太网模块n c l l e t l 的i 0 分配与通信缓冲区 n c l l - - e t l 模块所占用p l c 上1 2 8 点的i o 区域，它的主要功能作用有几 个方面：传输请求、接收请求、传输完成检测、接收完成、打开通信请求、关闭 通信、传输错误、接收错误、打开错误、初始化请求、初始化状态、运行状态等 方面的信号请求或是状态提示功能。因其较多且繁杂在此不一一列出，具体的分 配表可参看n c l l - - e t l 模块的用户手册。 通信缓冲区指的是n c l l - - e t l 模块中与p l c 进行数据通信交互的数据缓冲 区，p l c 可通过消息传输命令( m s g t 与m s g r ) 与其互动【1 4 1 。主要的数据缓 冲区有文件0 和文件l 其分配内科1 4 】如下： 表弛文件o 与文件1 的字区域分配表 文件号地址描述字数方向 0 至1 9初始化参数 2 0 p 一一m 6 7 6 至7 0 7 3 2p ：p l c 02 0 至4 1 9 通信参数 5 0 8 ：4 0 0m ：该模块 4 2 0 至6 7 5f t p 服务器 3 2 8 = 2 5 6 用户列表 0 至1 9初始化状态2 0p 一一m 2 0 至4 1 9 通信状态 5 0 8 = 4 0 0只读 l 4 2 0 至4 5 9错误日志 4 0 4 6 0 至4 6 7总传输数目 8 1 0 陶瓷配料控制系统 文件0 的具体字内容如下表所示： 表3 - 3 文件0 的具体字内容设置表 通信缓冲地址设置 0模块m 地址( l ) l ( h ) 2 t c p 传输用尽时间 ( 单位o i s ) 3 t c p 最大结束时间 ( 单位0 i s ) 4 监测响应时间 ( 单位0 i s ) 5 f t p 服务器命令监测时间( 单位0 1 s ) 6 f t p 客户端数据连接监测时间( 单位0 i s ) 7 子网掩码 文件0 8 9默认网关地址( l ) 1 0 ( h ) 2 0 通信模式 2 1 模块端口号 2 0 至6 9 2 2 其他节点i p 地址 为连接l 2 3 通信参数 2 4 其他节点端口号 2 5 2 7其他节点以太网地址 其他连接 2 8 4 3用户名 点是一样 4 4 - 5 9密码 的不列出 6 0 - - 6 9 未使用区( 保留) 来 文件1 的具体分配内容如下表所示： 1 6 第三章控制系统组成与设计 表3 - 4 初始化过程状态存储区域分布表 通信缓冲地址初始化状态 o( l ) 1 模块以太网地址 2( h ) 3模块i p 地址( l ) 文件1 号 4( h ) 5 初始化错误代码 6 通信状态开关设置值 7 未使用区域( 保留) 1 9 表3 - 5 通信线路通信状态保存区域分布表 通信缓冲地址初始化状态 2 0 1 号连接 2 1 通信状态 2 2 5 0 字 文件1 号 6 9 7 0 1 号8 号连接 4 1 9 其中文件l 中相对地址2 0 - 6 9 的状态描述如下表所示： 表3 - 6 文件1 中相对地址2 0 - 6 9 状态描述表 相对地址 设置 ( 2 0 + ) 1 7 陶瓷配料控制系统 0 打开错误代码 + l模块端口号 + 2 其他节点地址 + 3 + 4 其他节点端口号 + 5 传输错误代码 + 6 传输错误代码 + 7最大值 传输时间 + 8数值 ( 单位1 0 m s ) + 9十进制值 + 1 0最大值 接收时间 + 1 l数值 ( 单位1 0 m s ) + 1 2 十进制值 + 1 3 + 2 8 + 4 9 3 1 2 2 以太网模块n g ll e t l 的命令驱动通信模式 以太网模块n c i l - - e t i 的通信模式总共有四种，经比较本系统采用了命令 驱动通信模式。该模式下通信方式简单可靠，其他节点只要按指定的命令格式向 以太网模块发送命令，该模块就可以以特定模式响应命令。当然在这种模式下 p l c 完全处于被动响应状态，虽然这一点局限了它的使用，但该方式简练易行且 完全可满足本系统的要求。p l c 通过以太网模块与其他节点的通信，有两种命令： 一是其他节点向p l c 内部存储区写内容命令，二是读取p l c 内部存储区内容的 读命令。在这里简称它们为写命令与读命令。在写命令的过程中，其他节点向以 太网模块发出写命令，以太网模块将此命令转入p l c ，p l c 响应写命令数据， 以太网模块将写响应数据反馈给其他节点，其过程【1 4 】如图3 2 所示；至于读命令， 1 8 第三章控制系统组成与设计 则是其他节点向以太网模块发出读命令，以太网模块将此命令转入p l c ，p l c 响应读命令数据，以太网模块将读响应数据反馈给其他节点，其过程1 1 4 1 如图3 3 所示； p l c e t h e r n e t i n t e r f a c em o d u l e a n o t h e rn o d e 图3 2 其他节点向p l c 内存写命令过程图 e t h e m e t p l c i n t e r f a c em o d u l e a n o t h e rn o d e ， 、 r e a dc o m m a n d 、 r e a dc o m m a n d 厂、 p l c i n t e r n a lm e m o r y r e a dd a t ar e a dd a t a i ； l， 图3 3 其他节点向p l c 内存读命令过程图 其中读与写的命令与它们各自的响应字符串格式【1 4 】如下表所示。 其他节点传输读请求命令 t c p i p 或 相对地址 数据字节数 u d p i p 命令 o0 模式模块号字节数 0o0o 0 4 低字高字低字高字 头部分 节节节节 p l c 向其他节点响应读命令数据 t c p ，i p 或命 模 模块号 字节数 相对地址数据字节数 低字 高字低字 高字u d m p令 0o 式 nz o kd a t a 头部分00oo 节节节节 其他节点传输写请求命令 t c p i p 或相对地址数据字节数 u d p i p 命令 0 o 模式模块号字节数n 0l0 o n 低字高字低字 高字 d a t a 头部分 节节节节 p l c 向其他节点响应写命令数据 1 9 陶瓷配料控制系统 t c p 】【p 或 相对地址数据字节数 u d p i p 命令 状态 模式 模块号 字节数 0l00 0 4 低字高字 低字高字 头部分 节节节节 3 2 a d 4 3 2 5 a 与i p c 的连接通信 3 2 1智能称重仪表a d 4 3 2 5 a 的特点 智能称重仪表a d 4 3 2 5 a ，是a d 公司的一款功能强大的配料称重仪表。 该仪表可直接连接各种称重衡的压力传感器，具有开关量输入输出接口、串行通 信接口，灵活多样的配料模式可以配合环境调节，进行自动落差补偿，还有物料 门震动抑制等功能。其存储器可存储1 0 0 组参数，每组参数可设定多个参数值如