基于PLC的物料定量給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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1.2 計(jì)最裝置電氣控制系統(tǒng)
計(jì)量裝置電氣控制系統(tǒng)由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。
1.2.1 上位機(jī)系統(tǒng)
觸摸屏計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)督控制級(jí)和管理級(jí)的功能。及時(shí)處理用戶的輸人指令并顯示運(yùn)行信息。由于觸摸屏計(jì)算機(jī)自帶了與PLC通信的功能，而不用編寫專用的通信程序，只要設(shè)計(jì)良好的界面，使用十分方便。
1.2.2 下位機(jī)系統(tǒng)
下位機(jī)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:
① 可編程控制器。可編程控制器是下位機(jī)系統(tǒng)的控制中心，一方面擔(dān)負(fù)著與上位機(jī)的通信功能;另一方面根據(jù)上位機(jī)的指令，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作?？紤]到系統(tǒng)的負(fù)載情況和控制的需要，選用了三菱公司的FR -540 -5.5K-CH的變頻器。其輸出額定功率為9.1 kV，適應(yīng)的電機(jī)為5.5 kW。控制方式為柔性PWM (V/F控制)。運(yùn)行頻率的輸出控制由模擬量進(jìn)行(0一5 V)，此模擬量值由PLC的2D/A模塊給定。
② 接收調(diào)理電路。接收現(xiàn)場(chǎng)傳送來的差分信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)后送給PLC的高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。
③ 轉(zhuǎn)速檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。將電機(jī)運(yùn)行的速度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給PLC。
④ 電參數(shù)檢測(cè)功能模塊。將電機(jī)運(yùn)行的電流、功率、效率等轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并經(jīng)銘5接口送給PLC和上位機(jī)。
⑤ 數(shù)模轉(zhuǎn)換功能模塊。將經(jīng)PLC計(jì)算后的轉(zhuǎn)速控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送給變頻器以控制下料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給料量控制的目的。
⑥ 重量檢測(cè)模塊。稱重傳感器是傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器，采用的是ET一3型壓力傳感器。但其輸出范圍只有0一21.6 m V(供電電壓為直流12V ),輸出電阻為351 Sl，無法直接采樣進(jìn)行A/D變換。采用了AD623芯片將此信號(hào)放大50倍。
1.3 機(jī)械本體與機(jī)電接口
現(xiàn)場(chǎng) 部 分 主要是機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括機(jī)械本體、動(dòng)力部分、測(cè)量傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分等要素，各要素之間通過接口相聯(lián)系。
① 加料電磁閥及蝶閥。由PLC的輸出繼電器的閉、合，來控制加料電磁閥的通斷，通過該執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)料斗中物料間隙自動(dòng)加人。
② 測(cè)量傳感部分。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的重量信息進(jìn)行檢測(cè)，變成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后以差分信號(hào)發(fā)送到控制室。
③ 粉料輸送螺旋及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過它的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物料的進(jìn)給。該螺旋主軸以變頻電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過一級(jí)擺線針輪減速器減速后拖動(dòng)主軸運(yùn)行，變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度由變頻器控制。
④ 粉料壓實(shí)及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是系統(tǒng)物料的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過它的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物料的壓實(shí)。該機(jī)構(gòu)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過二級(jí)擺線針輪減速器減速后拖動(dòng)壓料機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
2 可編程控制器PID算法[5]
PID 控 制 具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，計(jì)量裝置利用PLC的控制計(jì)算能力取代模擬調(diào)節(jié)器，直接通過數(shù)字運(yùn)算，使被調(diào)量保持在給定值。系統(tǒng)PID算法如下:
當(dāng)前濾波器輸入值PVnf大于設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行正作用PID算法，反之執(zhí)行反作用PID算法。
PID指令的許多參數(shù)都可以由用戶根據(jù)自己的需要設(shè)置或設(shè)定，從控制開始到PID循環(huán)達(dá)到裝置控制要求的困難是找到一個(gè)好的控制起始點(diǎn)。調(diào)節(jié)PID值時(shí)一定要保證操作的安全性，以避免對(duì)設(shè)備的損壞。對(duì)FX2 N系列PLC可以進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)以便為PID控制過程快速賦初值。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是每次改變固定比例的參數(shù)值，如每次增加或減少10%。
3 結(jié)束語(yǔ)
計(jì)量裝置根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的原理進(jìn)行計(jì)量裝置界面設(shè)計(jì)，采用彩色液晶顯示和專門的機(jī)柜設(shè)計(jì)，以保證操作的方便和正確;以PLC為控制中樞，以螺旋輸送等為物料的推進(jìn)器，配以相關(guān)的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器件，使系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)給料量進(jìn)行閉環(huán)控制，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，和面向過程的編程方法相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)化的接口和流程設(shè)計(jì)，可以方便地進(jìn)行功熊擴(kuò)展;并且具有遠(yuǎn)程通信接口，在需要時(shí)可以組成網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)工廠現(xiàn)代化發(fā)展的需要，配料精度達(dá)到0.5%級(jí)。該裝置已在企業(yè)應(yīng)用，運(yùn)行狀況良好。
參考文獻(xiàn)
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4 張立勛，孟慶鑫，張今瑜.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱 工程大學(xué)出版社，1997:80-100
5 張寶芬.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:110-150.
評(píng)論