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    熊偉（1965－）
男，云南文山人，自動(dòng)化儀表高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，（紅河學(xué)院信息科學(xué)與電子工程學(xué)院，云南 蒙自 661100），現(xiàn)就職于紅河學(xué)院信息科學(xué)與電子工程學(xué)院從事自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作，研究方向?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

摘要：本文介紹了基于PLC與組態(tài)軟件的自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并舉例說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)軟件；配料系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

Abstract: This paper introduces the design and implementation of automatic ingredient system based on PLC and configuration software by an application example.

Key words:  PLC; Configuration software; Ingredient system; Design
 

1  概述

    自動(dòng)配料系統(tǒng)在冶金、建材、化工及食品等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，近幾年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的組態(tài)軟件不斷完善，自動(dòng)配料系統(tǒng)控制方案也在不斷改進(jìn)，本文著重介紹利用PLC及監(jiān)控組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法。

    由于PLC的迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。除了邏輯處理功能以外，近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC從邏輯控制滲透到了生產(chǎn)過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

    監(jiān)控組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展起來(lái)的，監(jiān)控組態(tài)軟件是面向生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺(tái)工具，具有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，設(shè)置項(xiàng)目豐富，使用方便、靈活，功能強(qiáng)大，監(jiān)控組態(tài)軟件通用性強(qiáng)，解決了人機(jī)圖形界面的問(wèn)題，通過(guò)監(jiān)控組態(tài)軟件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，可以把生產(chǎn)工藝上的參數(shù)在流程圖上顯示出來(lái)，處理數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警，存儲(chǔ)歷史趨勢(shì)，各類(lèi)報(bào)表的生成和打印輸出，在PC機(jī)的屏幕上進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的操作，接口開(kāi)放，方便數(shù)據(jù)共享，支持多種硬件設(shè)備。因此監(jiān)控組態(tài)軟件得到了廣泛的應(yīng)用。PLC與監(jiān)控組態(tài)軟件的完美組合，通過(guò)監(jiān)控組態(tài)軟件對(duì)PLC及其它智能設(shè)備的I/O數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2  設(shè)計(jì)實(shí)例

    2.1  工藝介紹

    整個(gè)配料系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。有5種物料分別裝在1#～5#料斗中，要求按一定的比例進(jìn)行自動(dòng)配料，經(jīng)過(guò)配料后的物料由1#～5#料斗通過(guò)1#～5#皮帶下到6#皮帶上，兩臺(tái)混料機(jī)A、B互為備用，只能運(yùn)行一臺(tái)。當(dāng)開(kāi)動(dòng)混料機(jī)A時(shí)混料機(jī)B禁止運(yùn)行，由6#皮帶（正向運(yùn)行）將物料運(yùn)到6#料斗進(jìn)入混料機(jī)A混合后的物料通過(guò)8#料斗進(jìn)入7#皮帶送出；當(dāng)開(kāi)動(dòng)混料機(jī)B時(shí)混料機(jī)A禁止運(yùn)行，由6#皮帶（反向運(yùn)行）將物料運(yùn)到7#料斗進(jìn)入混料機(jī)B混合后的物料通過(guò)8#料斗進(jìn)入7#皮帶送出。  

    2.2  控制要求

    (1)  邏輯順序控制部分

    整個(gè)配料系統(tǒng)的電氣設(shè)備啟動(dòng)停止順序?yàn)槟嫘騿?dòng)，順序停車(chē)。從流程的最后開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備，停車(chē)時(shí)從開(kāi)始進(jìn)料的設(shè)備依此順序停車(chē)，具體停車(chē)、啟動(dòng)時(shí)各臺(tái)運(yùn)輸設(shè)備中間的間隔時(shí)間可以在調(diào)試時(shí)進(jìn)行確定。

    (2)  配料比的控制

    在監(jiān)控畫(huà)面上，可顯示每一種物料的瞬時(shí)流量、累積值和給定值，配料比的控制，是配料系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，在組態(tài)軟件上有二種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    方法一：用組態(tài)王中的“配方”功能來(lái)完成，在組態(tài)時(shí)先定義好變量、配方種類(lèi)，使用起來(lái)相當(dāng)方便，在投產(chǎn)之前，技術(shù)人員通過(guò)化驗(yàn)，檢測(cè)物料成分，確定幾種物料之間的配比關(guān)系及每種物料所含水分的多少，再通過(guò)管理人員向配方庫(kù)中輸入各種配方。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算和稱(chēng)量各種配料，保持配比的準(zhǔn)確，操作人員根據(jù)不同的物料選擇不同的配方，操作人員只需從配方庫(kù)中調(diào)用需要的配方，這樣監(jiān)控軟件就可根據(jù)配方情況進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)各種物料按預(yù)定的配方進(jìn)行配比。

    方法二：用組態(tài)王中的KingACT軟件來(lái)完成，KingACT基于PC機(jī)上建立的實(shí)時(shí)控制軟件，提供符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的2種PLC編程語(yǔ)言，包括梯形圖（LD）、功能塊（FBD）。可方便地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，利用組態(tài)王的功能塊（FBD）很容易的就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)比值控制系統(tǒng)來(lái)滿足配料系統(tǒng)的要求。

    3.3  其它功能

    (1)  控制分組、趨勢(shì)圖及報(bào)表

    在上位機(jī)的監(jiān)控組態(tài)軟件上實(shí)現(xiàn)控制分組，主要完成許多實(shí)時(shí)性的操作，如控制系統(tǒng)的手/自動(dòng)切換，PID參數(shù)的調(diào)整等；趨勢(shì)圖分為實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，是將一些重要的工藝參數(shù)作詳細(xì)的記錄，通過(guò)查看趨勢(shì)圖，可幫助操作人員調(diào)整工藝參數(shù)，為操作控制和事故分析提供重要的依據(jù)。報(bào)表制作可根據(jù)用戶的需要把一些重要的參數(shù)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)制作成班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表和年報(bào)表等，定時(shí)輸出到打印機(jī)，方便記錄和查詢。

    (2)  系統(tǒng)安全管理

    安全保護(hù)是應(yīng)用系統(tǒng)不可忽視的問(wèn)題，必須解決好授權(quán)與安全性的問(wèn)題，系統(tǒng)必須能夠依據(jù)用戶的使用權(quán)限允許或禁止其對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。組態(tài)王提供一個(gè)強(qiáng)有力的先進(jìn)的基于用戶的安全管理系統(tǒng)。在“組態(tài)王”系統(tǒng)中，在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)里可以對(duì)工程進(jìn)行加密。打開(kāi)工程時(shí)只有輸入密碼正確時(shí)才能進(jìn)入該工程的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。對(duì)畫(huà)面上的圖形對(duì)象設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)給操作者分配訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)，運(yùn)行時(shí)當(dāng)操作者的優(yōu)先級(jí)小于對(duì)象的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)或不在對(duì)象的訪問(wèn)安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該對(duì)象為不可訪問(wèn)，即要訪問(wèn)一個(gè)有權(quán)限設(shè)置的對(duì)象，要求先具有訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)，而且操作者的操作安全區(qū)須在對(duì)象的安全區(qū)內(nèi)時(shí)，方能訪問(wèn)。以此來(lái)保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4  結(jié)語(yǔ)

    利用組態(tài)王軟件與PLC相結(jié)合可以方便的實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)的控制，軟件上組態(tài)靈活，控制方案也可適應(yīng)不同層次用戶的需要，修改方便，硬件上支持與多種設(shè)備相連接，可以組成不同的控制系統(tǒng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)可將生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)送到管理層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。與傳統(tǒng)的控制方案相比，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，控制精度高。整個(gè)配料系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，設(shè)備故障率低，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、操作全過(guò)程的自動(dòng)控制，大大減少了人為的誤操作，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。