制丝线电子皮带秤电控系统设计与实现.doc

制丝线电子皮带秤电控系统设计与实现 摘要：电子皮带秤是卷烟厂制丝线上重要的计量控制设备，其性能好坏直接影响烟丝的各项工艺指标。文章介绍了采用西门子S7-300型PLC构造电子皮带秤电控系统的实现方法。 关键词：电子皮带秤；PLC；触摸屏；电控系统设计 中图分类号：TH715文献标识码：A文章编号：1009-2374(2011)28-0021-02 卷烟厂制丝线上的电子皮带秤是一种连续称重装置。在整个制丝工序中，既作为各工序的计量工具，又作为定量投料的主要手段，为实现卷烟厂制丝线自动控制创造条件。目前，卷烟厂制丝线自动化水平高，实现工业网络化控制。为此，电子皮带秤电控系统需要与全线设备控制系统兼容匹配，进行全新设计。 一、电子皮带秤结构组成及其工作原理 (一)电子皮带秤结构组成 电子皮带秤主要由皮带输送机、秤台和电控系统组成。皮带输送机驱动电机尾部带光电编码器，能检测皮带的运行速度。秤台安装在皮带输送机上，将皮带划分为计量区和非计量区，当物料在计量区经过时，重量传感器就能检测它的重量。电控系统包括各个传感器采样输入模块、变频器、触摸显示屏和控制器。 (二)电子皮带秤工作原理 1.计量原理。 图1电子皮带秤系统示意图 如图1所示，当皮带输送机上有物料流过时，在秤重装置上的秤重传感器就受到正比于烟草负荷重量的力Pg，经放大器信号放大，输出电压信号P，因此P就代表了烟草负荷，再经A/D转换成重量P的数码Mp，送入PLC运算；同时装于皮带输送机交流电动机尾部的光电编码器发送出代表皮带速度的脉冲信号，经计数器变为速度脉冲Mv。Mp和Mv信号经运算得实时流量Qn=KmMpMv(其中Km为常系数)，此流量一路送显示器显示，另一路经积分运算得到累计产量w=，Qndt，并送显示器显示。 2.控制原理。控制秤实质上是计量功能和皮带调速功能的结合，在计量原理这一基础上，我们可以通过调节带速V改变Mv值，就可以调节流量。当设定有给定流量Qp时，比较器将和实时流量Qn作比较得出误差E=QpQn，经PID运算后输出一个增量控制信号到变频器改变电机转速，达到定量给料目的。 二、电控系统设计 (一)技术指标 首先，按照卷烟工艺规范，制丝线各个工位的电子皮带秤计量精度等级应达到GB/T7712 2007规定的0.5级要求，且控制精度和流量波动均小于1。其次，具有应急手动运行功能，设备出现故障时保证生产线能启动。再次，能自动记录生产工艺参数、皮重值、校秤系数和故障报警信息。最后，电控系统平均无故障时问大于50000小时。 (二)系统主要功能及实现 1.计量功能：计量功能是电子皮带秤工作的基本功能，它包括传感器采样、数字滤波、信号解算等功能。 2.流量控制功能：通过设定流量与当前流量的偏差，进行PID调节变频器频率输出，使得物料流量跟踪设定流量。 3.调零和校准功能：按照GB/T7712 2007规定，在日常使用中，需要对电子皮带秤进行调零工作，调零在皮带输送机上无物料时进行，保证电子皮带秤零位准确。按计量器具管理规定，应定期对电子皮带秤进行校准，可通过砝码或实物校准，保证秤的计量精度。 4.报警和故障诊断功能：本系统能对各类故障进行报警，如果该故障短期对系统正常工作影响不大，则采用画面提示处理，如果该故障对系统各项精度指标造成影响，则采用停机处理。针对各种故障，在触摸屏上显示故障源，并提示维护人员如何排除该故障。 5.人机交互功能：本系统是采用西门子MP270作为人机交互界面，通过MPI接口与PLC进行数据交互，主要完成各项操作任务和设备状态、数据的显示功能。 6.网络通讯功能。本系统通过以太网在硬件组态时分配IP地址，建立连接。利用s7通信与上位机进行数据交换，上位机PLC采用STEP7白带的功能块FBl4读取本系统数据，采用FBl5功能块向本系统写入数据。 (三)电控系统硬件设计 电子皮带秤的硬件选型主要遵循以下原则： 1.优先采用我厂生产线上器件品牌型号，便于我厂备件采购与管理； 2.所选器件必须具备高性能、高可靠等特性，保证系统长时间稳定运行。由于我厂制丝线底层控制器采用西门子s7-300系列PLC控制，显示器均采用西门子触摸屏显示，各个控制器之问通过ProfiNetTJk网络进行通讯。 基于上述要求，对电子皮带秤电控系统主要器件进行如下选型：(1)选用西门子s7-300系列PLC，中央处理单元为CPU 315-2PN/DP，具有中等规模程序存储容量和程序框架，带ProfiNet网络接口；(2)模拟量采样模块选用西门子16位积分式模拟量输入模块6ES7 331-7NF00 OABO，积分时间10ms；(3)高速计数模块选用西门子FM350-1，最大计数频率达500KHz，保证电机尾部光电编码器脉冲信号不丢失；(4)触摸屏选用西门子MP270(10时)，白带MPI接口与PLC进行通讯； (5)变频器选用丹佛斯FC302，带无线电干扰滤波器，减少变频器对称重信号的干扰。该系列PLC采用模块式结构，配置灵活，功能齐全，运行可靠，具有良好的环境适应性和抗干扰能力。PLC负责信号的算术运算及逻辑控制，包括设备的状态检测、烟丝检测；执行逻辑、算术运算；输出执行指令(参数)，完成级联控制、电机速度调节等功能。控制系统硬件配置如图2所示： (四)电控系统软件设计 1.PLC软件设计。采用模块化结构方式设计系统控制程序，以提高程序的编程效率和可读性。设计时首先按各工艺点确定运行状态的先后次序及联锁关系；画出PLC各输出信号与输入信号的逻辑、运算关系；再由关系转化为梯形图。该程序分别由计量解算、PID运算、调零和校准、逻辑控制、网络通讯、故障诊断等程序段组成，采用模块化结构方式编制后，使程序流程有序、逻辑清晰。对于不同工艺点的电子皮带秤控制程序，其计量解算、PID控制、调零和校准、网络通讯等程序段均相同，对这些程序段在设备出厂调试完成后标准化处理，便于维护。其他程序段由于各个工艺点的外部条件不同，联锁关系也不同，需根据现场整线调试时完善。本系统的运行、联锁等逻辑控制全部均由PLC控制，在软件设计中适当添加联锁条件，使严格确保相互约束或定时关系，提高了系统的可靠性。 2.人机交互界面设计。系统人机交互操作、显示界面是基于windowsXP环境下设计，采用西门子WinccFlexble编程软件进行画面制作、地址定义，该软件能集成在sIMATIC Manager环境中，能与STEP 7编程软件在虚拟状态下进行模拟操作。人机交互画面主要分为运行画面、操作画面、校秤画面、参数设置画面、报警画面。各显示画面可在“主菜单”中自由切换，在进入操作画面、参数设置、校秤画面等重要画面前设有口令管理，使合法操作员才可进入对其操作，有效防范了系统重要数据的泄密和修改。 三、结语 实践证明，s