基于PLC及HMI的物料搅拌机控制系统_杨前友.pdf

基于 及 的物料搅拌机控制系统杨前友，曹祥林，高路萍，付斌（武钢资源集团程潮矿业有限公司，湖北 鄂州 ；武钢资源集团鄂州球团有限公司，湖北 鄂州 ；武钢资源集团大冶铁矿有限公司，湖北 黄石 ；武汉工程职业技术学院，湖北 武汉 ）摘要：利用西门子 实现物料搅拌机的自动控制，利用昆仑通态触摸屏（）实现物料搅拌机操作人员和 的人机对话，利用西门子 变频器实现物料搅拌电机的无级调速，从而大大提高了物料搅拌机的智能化程度。关键词：物料搅拌机；中图分类号：，（，；，；，；，）：（）：；收稿日期：作者简介：杨前友（），高级工程师，从事机电设备管理工作；付斌（），副教授，从事自动控制教学工作。引言物料搅拌机广泛用于石油、化工、食品、医药、建筑、冶金、造纸、环保、建材、陶瓷、油漆、涂料等 行业，由于这些行业用到的多为有毒、有害、有腐蚀、易燃、易爆的原材料，导致生产现场工作环境比较恶劣，因此不适宜人工现场操作。另外，产品质量、生产工艺、生产成本及节能降耗要求物料搅拌机具有搅拌精确、控制可靠、运行稳定、效率高、能耗低、故障少等性能，那么以 作为物料搅拌机自动控制系统的智能控制器，结合 的人机对话功能（监控功能）以及变频器的无级调速功能，既能实现自动控制，较好地满足上述性能要求，又能远程 操 控 物 料 搅 拌 机，避 免 损 害 操 作 人 员 的 身 体健康。物料搅拌机控制系统设计 设计要求某冶金矿山有一台物料搅拌机，搅拌电机额定功率为 ，额定转速为 ，控制电路由继电器和接触器组成。现在要对搅拌机进行智能控制升级改造，要求如下。（）按下起动按钮，搅拌机的进料阀打开，物料加入搅拌罐中；物料加满后，搅拌罐顶部的料位开关动作，关闭进料阀，搅拌电机开始运行；搅拌一定的时间，停止搅拌并打开放料阀，后关闭放料阀，然后又重复前面的过程。（）按下停止按钮，搅拌机不立即停车，等到本次搅拌过程全部完成后再停车。（）根据物料的不同，要求搅拌物料的时间可调，还要求搅拌电机可以无级调速。（）搅拌电机卡死时能及时保护。（）搅拌机上有冷却水，水温不能超过，而且冷却水管不能堵塞，也不能缺水，否则会造成搅拌机损坏。冷却水动力不在搅拌机上。（）水温、压力及搅拌电机的电流值可以显示。（）可以对搅拌机进行远程操作。控制系统硬件搅拌机控制系统的主要部件是 、触摸屏（）和变频器，其硬件特性要符合控制要求，硬件选型要经济自动控制电工技术适用。硬件特性根据上述要求，搅拌机控制系统的硬件应具有如下特性。（）搅拌电机要无级调速，所以要选用变频器。（）搅拌电机卡死时能及时停车。搅拌电机卡死时电机电流急剧上升，因此当电机电流达到额定值的倍左右时，即可判定搅拌电机卡死。由于使用了变频器，因此可以用变频器测量电机的电流，再采用 通信方式就可以获得这个电流。（）由于控制系统并不复杂，因此选用小型 即可。（）冷却水管堵塞和缺水可以用压力判断。当水压超过一定值时，视为堵塞，系统要停车。当水压低于一定值时，视为缺水，系统也要停车或不能起动。水压由压力传感器测量。水温过高时要停车，水温由温度传感器测量。因此，要有模拟量的输入通道。（）由于要显示电流、水温和压力等参数，因此要使用。（）由于要远程操作，因此要求 和 都要有以太网通信端口。硬件选型控制系统的全部硬件如下。（）台 西 门 子 ，型 号 为 ，插接型号为 的模拟量输入模块。（）块昆仑通态触摸屏，型号为 。（）台西门子 变频器。（）个起动按钮。（）个料位开关。（）个进（出）料电磁阀。（）个压力传感器。（）个温度传感器。（）台接触器。（）个中间继电器。（）盏指示灯。（）个空气开关 。控制系统原理图如图所示。有个通信端口，其中个编程口（口）用于和触摸屏的以太网通信（也可用于下载程序），另个串口用于和变频器的 通信（同样可用于下载程序）。图控制系统原理图 控制系统软件设计控制系统软件设计的任务有三项：编写 的控制程序；组态触摸屏的监控画面；设置变频器的参数。编写 控制程序设温度传感器的量程为 ，其对应的数字量为 。温度传感器输出的电流信号接模拟量输入模块 的 通道，因此温度传感器测得的温度值 。设压力传感器的量程为 ，其对应的数字量为 。压力传感器输出的电流信号接模拟量输入模块 的 通道，因此压力传感器测得的压力值 。内部资源分配见表。控制程序如图所示。表 内部资源分配表序号地址功能 起动按钮 停止按钮 料位开关 触摸屏“软”起动按钮 触摸屏“软”停止按钮 搅拌电机 超限报警指示灯 进料阀 出料阀 温度输入通道 压力输入通道 搅拌电机电流值 搅拌电机转速设定 冷却水温度显示 冷却水压力显示 搅拌时间设定图设备控制程序电工技术自动控制图变频器控制程序图温度与压力显示程序图报警控制程序在 指令中，参数的意义是网络上哪些从站被激活（被主站访问）。是一个无符号双字，也就是 位二进制数，某位等于时则对应的从站被激活，等于时则对应的从站未激活。将这个双字由低到高逐位列举出来，那么 位对应的就是号从站，位对应的就是号从站，以此类推。如果从站地址为，那么号从站被激活，这个 位二进制数除了 外，其余各位均为零，因此双字 或者 。组态 监控画面搅拌机监控画面的组态比较简单，其组态步骤简述如下。（）打开 组态软件，新建工程，并确定触摸屏的型号为 。（）进行设备组态，设置触摸屏的 地址和 的 地址在同一个网段，然后增加设备通道即新建所需要的变量。（）进行画面组态，在窗口中添加指示灯、标签、输入框、按钮及报警浏览等画面对象，然后将这些画面对象和各自对应的变量关联。有电流超限报警、水温超限报警、水压超限报警，因此报警浏览这个画面对象不需要和任何变量关联。控制系统只有一个监控画面（窗口），控制系统的实时监控画面如图所示。由于在画面中出现了“压力过高”“温度过高”“电流很大”报警，因此画面中的超限报警指示灯及接在 输出端 上的指示灯 都以 的频率闪烁，并且搅拌机已经停车。图 控制系统监控画面 设置变频器参数在变频器中要设置搅拌电机的额定电压、额定电流、额定功率、额定频率、额定转速参数，还要设置和 通信有关的参数。与 通信有关的参数见表。表变频器 通信参数表序号变频器参数出厂值设定值功能 选择命令源 频率源 波特率 站地址 过程数据 长度 参数数据 长度结语该控制系统的控制程序简洁，控制线路简单，由于采用了比较精准的电流、水温及水压超限报警和停车，使得搅拌机的保护措施更加完善、妥当。该控制系统有本地操作和远程操作两种方式，操作人员可以利用接在 输入端的按钮进行本地操作，也可以利用 画面中的画面对象进行远程操作，同时还能在画面中监视搅拌机的实时工作状态。总之，用 、及变频器对搅拌机传统的继电器接触器控制电路进行改造后，虽然设备成本有所增加，但搅拌机的自动化程度和生产效率也得到了大幅度提升，得远大于失。参考文献 廖常初 编程及应用 北京：机械工业出版社，自动控制电工技术