粒子线自动配料系统

粒子线自动配料系统

张士喜

（睿能太宇（沈阳）能源技术有限公司辽宁110027）

摘要：本系统使用siemensS7-200系列PLC称重模块采集固体配料重量，使用高速脉冲输入口采集液体料体积，精准有效的控制整个配料过程。本文详细的说明了称重原理、硬件配置、控制逻辑。本控制系统以PLC控制器为核心，结合称重传感器，控制螺旋输送机、振动电机、搅拌机、放料阀门实现全自动配料的功能。

关键词：桥臂电阻；PLC；称重模块；配方

随着人们的生活条件的日益改善，使用的塑料制品越来越多，促使挤塑、注塑行业迅猛发展。在这些产品加工之前需要将几种原料按照工艺要求配置，经挤出机制作成原料粒子，再由真空吸料机送至挤塑或注塑机进行后续步骤加工。配料系统的精准控制是保证产品质量的关键，因此使用兼容性好，指令丰富，通讯能力较强的siemensS7-200系列PLC控制配料系统，使得配料精度得到很好的保证。

该系统是由两种固体料粉和一种液体料充分混合后经挤出机制作成粒子。系统构成见（图一）：

两种固体干料粉分别注入在两个料桶A和B，经过螺旋输送机分时段的将两种料送至带有吊秤的称重桶，称重完毕后将料放入下面的搅拌桶开始搅拌。同时，打开加油机注入液体料。在称料桶和固体干料桶上安装有震动电机，称重桶安装3个称重传感器，下方安装有减震弹簧。在称重桶下方安装气动放料装置，动作迅速、有力。

为保证称重精度，在称重桶上安装3个量程为0-200kg的S型吊秤传感器，激励电压：5Vdc，输出：3.0mV/V±0.25%，线性度：满量程的0.03%，滞后性：满量程的0.02%，重复性：满量程的0.01%，电桥电阻：350Ω（标称），为4线制接法。通过称重传感器接线盒将三个传感器接进称重模块的第一路输入，内部数值为称重值。采用并联的基本称重原理如下（见图二）：

假定一个传感器的一个桥臂电阻均为R，激励电压为U1，其输出等效阻抗为（2R*2R)/(R*4)=R，输出信号U1/R。那么三个称重传感器分别接入称重模块的总重量之和为U1/R+U1/R+U1/R=3*U1/R。称重传感器并联输入的等效阻抗为单个电阻桥等效阻抗并联，即：(R*R*R)/(R*3)=R/3,输出信号：U1(R/3)=3*U1/R。显然有两种接法最后的称重效果是相同的。因此在称重数值上要求具有较高的灵敏度或分辨率的情况下，采用并联法较好，这种接法采用同一个供桥电源，系统简单、经济。但由于传感器在生产时，一致性不会像理论设计那样很理想，再加之现场使用环境因素及安装方法的影响，使多个传感器并联称重带来不平衡问题。为克服以上问题，选用并联称重传感器接线盒来调节传感器系数与传感器输出阻抗之比(mV／V／Ω)接近一致，从而保证整个秤体的平衡。

该控制系统主控制器采用使用CPU226CN，并带有256K储存卡，配SMARTLINE1000触摸屏，称重模块选用SIWAREXMS。采用的CPU226CN输入电压为85至264VAC宽电压输入；本体有DC24V电压输出为称重模块提供工作电源；24点DC24V漏型/源型数字量输入，输入电流仅为1mA，用于采集电机的运行及故障状态；2.0A的隔离继电器输出，用于控制电机的启、停；两个RS485隔离型通讯口，一个与触摸屏连接，一个可用于程序的调试或与上位机通讯。由于此套设备需根据产品的不同更改配料的比例，那么需要配置储存卡来支持配方功能。SMARTLINE1000触摸屏是西门子顺应市场需求，推出的10吋64K色真彩显示面板，提供了人机界面的标准功能，经济适用，性价比高；集成RS485和集成的工业以太网接口方便与设备连接和调试;内置的24V电子自恢复反接保护，避免因误接线而损坏产品;DC24V供电,电源范围可达±20%;IP65的前面板防护等级，特别适用于工业现场的应用环境；高端的400MHz主频ARM处理器，增强的64MDDR内存，使数据处理更快，画面显示更流畅。传感SIWAREXMS是一种多用途的、灵活的称量模块，分辩率高达16位的重量测量，0.05%的高准确性，测量时间可在20ms或33ms之间选择。作为SIMATICS7-200的一个扩展模块，能和控制系统一起发挥现代自动化系统的所有优势。功能强大的SIWATOOLMS软件，不只是在秤的调节过程中提供支持，分析诊断缓冲器也发挥很重要的作用；从模块上读出之后，缓冲器的内容能够与参数一起保存。接线图见（图三）

触摸屏组态设计有动态运行、配方维护、设备调试画面。在动态运行画面里面有整套设备的虚拟画面，并以动画的形式显示当前各个器件的运行状态以及设备处于正常状态还是调试状态，下面罗列出所选择的配方，固体干料的重量，液体料体积等重要参数；在配方维护画面列出设备所要配料的配方，由于各种料的配比不同，上料时间有很大区别，所以在配方的后面还有各段上料的时间参数也在配方里体现，系统首次运行前根据料的配比调整各个时间段的运行时间，以及合格重量偏差写入到配方里，运行前应先点击配方前面的选择按钮。当点击调试画面按钮，程序切换至调试模式并进入调试画面，画面显示每隔输入点的状态，并能手动直接控制每个输出点的状态，其主要用来测试输入输出点与硬件的对应关系，方便快速维护。

在柜体门板上安装启动、停止、复位、急停四个按钮。系统送电后，按下门板上的复位按钮，复位启动允许信号，注油机的数值为零，秤的显示值已经去皮，称重桶下面的放料门关闭。确保急停按钮弹出的情况下，点击启动按钮，控制器检测到放料门已经关闭到位，所有的电机状态均无报警，启动螺旋输送机A运行T1时间后，停止等待T2时间，再次启动螺旋输送机A运行T3时间（T2>T3），停止等待T2时间。此时，称重桶内A料的重量已接近配方值，短时间启动螺旋输送机A运行T4时间，停止等待T2时间，控制器将此时的重量与配方中的重量比较，确定当前值是否在合格区（配方重量-偏差<合格区间<配方重量+偏差）。不在合格区间，再次短时间启动螺旋输送机A运行T4时间，重复此过程，直至当前重量在合格区间内。A料上料过程见（图四），其中0-A点加料时间较长为快加料过程，B-C点加料时间较短为慢加料过程，D-E为点补加料过程。T2为称重桶稳定时间，经过T2延时后称重数值才是准确的。在加料过程中，振动电机A要间隔的运行，使料A均匀的输送到称重桶，否则相同的时间段会严重影响上料的重量，使点补次数增多，延长上料时间。待料A达到配方重量，打开称重桶下面的放料门，同时启动称重通上的振动电机，运行一段时间后停止振动电机。当检测到称重桶内的重量小于设定值时关闭放料门，该设定值为允许的剩料重量。当检测放料门完全关闭到位，启动料B输送过程，整套过程参见料A的输送过程。当料B称重完毕，打开放料阀的同时启动搅拌桶内的搅拌机。搅拌机运行设定时间后启动注油机，将液体料注入搅拌桶。控制器将配方的液体料体积根据加油机的脉冲当量换算成脉冲值，与高速脉冲接收加油机脉冲量比较，当前采集脉冲值≥换算值时立即停止加油机。待搅拌设定时间到，停止搅拌，此时将启动允许信号复位，允许再次启动上料系统。

当按下启动按钮，任何一个电机有故障，加油机和吊秤不能清零，都不能启动系统。出现故障时，会在虚拟画面中相应部件上出现报警提示，方便快速检修。调试时，先用SIWATOOLMS软件将称重部分调整稳定，再手动测试各个环节的上料时间，并将参数写入配方中，启动系统方可进行自动配料。

该系统经仔细调试后运行平稳，抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单，大大降低操作人员的劳动强度，增强安全性，使产品质量在最初的原料入口就有了很好的保障。可见，掌握产品的工艺配方，熟知生产过程，与先进可靠的自动控制系统结合起来，会给企业节省一部分成本，带来高质量产品，从而带来更好的经济效益。