添加劑自動(dòng)抽提設備控制系統的設計與實(shí)現

制造止自動(dòng)化添加劑自動(dòng)抽提設備控制系統的設計與實(shí)現Design and realization of the control system of the addition automatic extracting machine陳躍華，馮殿義，王宏祥，李煜CHEN Yue-hua, FENG Dian-yi, WANG Hong-xiang, LI Yu(遼寧工業(yè)大學(xué)機械工程與自動(dòng)化學(xué)院，錦州121001)摘要:以實(shí)際項目為背景針對現有添加劑自動(dòng)抽提裝置控制系統存在的不足，設計了以S7-200PLC為控制核心，Smart700觸摸屏為人機界面的控制方案，采用Modbus RTU協(xié)議與稱(chēng)重儀表進(jìn)行通訊，配合以變頻器對添加劑進(jìn)行精確抽取。詳細闡述了如何把儀表稱(chēng)重值的變化換算成液位下降速度，再反饋給交流伺服電機進(jìn)行位置控制和速度控制的編程思想，解決了油槍在添加劑抽取過(guò)程中的液位跟蹤問(wèn)題。該控制系統操作簡(jiǎn)便,控制精度高，使用可靠。關(guān)鍵詞: PLC;添加劑抽取; Modbus通訊協(xié)議;伺服電機;液位跟蹤;變頻調速中圖分類(lèi)號: TP29文獻標識碼: A文章編號: 1009-0134(2015)01( 上)-0134-03)oi: 10.3969/j. issn. 1009- -0134. 2015.01(上).380引言在潤滑油的調和過(guò)程中往往需要加入某種或也最為復雜，是整個(gè)控制系統中的難點(diǎn)與關(guān)鍵。某些添加劑以改善潤滑油的特定性能，調整潤滑添加劑抽提工藝的控制流程圖如圖1所示。油品種，最終得到所需的潤滑油。采用人工的方式向調和釜中傾倒添加劑，比較費力而且傾倒開(kāi)始量不易控制，為滿(mǎn)足潤滑油市場(chǎng)需求和質(zhì)量要求↓而制定了具體的設備一添加劑自動(dòng)抽提裝置初始化(Drum Decanting Unit 簡(jiǎn)稱(chēng)DDU)，桶裝添加劑油槍停通過(guò)DDU裝置抽提進(jìn)入調和釜系統，實(shí)現高精油槍快速下降度、高效率的生產(chǎn)優(yōu)勢。停泵目前國內的DDU設備主要采用大中型PLC,整套控制系統成本很高，而本文設計的控制系統油槍慢速進(jìn)入液面采用中小型PLC進(jìn)行控制，不需要擴展模塊即可和》↓油槍返回智能稱(chēng)重儀表通過(guò)Modbus協(xié)議實(shí)現高精確稱(chēng)重測泵啟動(dòng)量，通過(guò)自帶的高速脈沖輸出口控制伺服電機對廠(chǎng)結束油槍進(jìn)行精確運動(dòng)控制，只需擴展一個(gè)CP243網(wǎng)絡(luò )油槍跟蹤液面模塊即可并入整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間的控制網(wǎng)絡(luò )。1自動(dòng)抽提裝置結構及工作原理抽取臨界設定值?添加劑自動(dòng)抽提裝置主要有基礎油注入、添加劑抽提、管路清洗和返回基礎油四個(gè)主要工藝步。首先開(kāi)啟注油閥將來(lái)自調和釜的基礎油注入圖1控制流程圖油罐中;然后根據上位機設定的配方要求定量抽取不同種類(lèi)的添加劑到調和釜中;在抽取不同種添加劑自動(dòng)抽提裝置的結構如圖2所示，抽取類(lèi)的添加劑之前要首先在油罐旁管工位抽取基礎添加劑時(shí)由伺服電機1通過(guò)絲杠2帶動(dòng)油槍3上下運油清洗油槍管路;添加劑配比結束后將油罐中的動(dòng)，抽取結束時(shí)由氣缸5關(guān)閉油槍底閥4,清洗管基礎油返回至調和釜。抽取添加劑這一工藝環(huán)節路時(shí)無(wú)桿滑臺氣缸7帶動(dòng)支架6到達洗槍工位進(jìn)行在整個(gè)裝置的工作流程中最為重要，其控制方法管路清洗。中國煤化工收稿日期:2014-08-28.YHCNMH G作者簡(jiǎn)介:陳躍華(1989-) ，男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士研究生, 研究方向為自動(dòng)化位測與控制。[134]第37卷 第1期 2015- -01(上)制造止訇動(dòng)化2.2程序結構概述系統程序由一個(gè)主程序和若干子程序組成,包括通訊程序、系統初始化程序，手動(dòng)調試程序，自動(dòng)運行程序、定時(shí)中斷程序和帶參數的(變頻器調用子程序等;程序結構采用SCR順序控制，在設備上電后首先執行初始化，設定各參數初值，伺服電機和閥門(mén)返回初始位置，當各初始位傳感器給出反饋信號后進(jìn)入自動(dòng)運行狀態(tài)，自動(dòng)運行程序包含4個(gè)工藝步子程序;當切換到手動(dòng)調試模式時(shí)，自動(dòng)運行停止，手動(dòng)操作電機和閥門(mén);點(diǎn)擊自動(dòng)運行，系統重新執行初始化后進(jìn)入自動(dòng)運行程序。2.3添加劑精確抽取控制策略1.伺服電機; 2.導軌絲杠; 3.油槍; 4.油槍底閥;5.封口氣缸; 6.支架; 7.滑臺氣缸在添加劑的抽取過(guò)程中，為提高工作效率,首先使用較大速度對添加劑進(jìn)行抽取，當距離設圖2裝置 結構圖定量還剩20%時(shí)，PLC記錄 下儀表此時(shí)采集的添加2控制系統設計劑重量VD658,然后減去后續抽取過(guò)程中添加劑2.1控制系統硬件配置的實(shí)時(shí)重量VD646,得到該時(shí)刻已抽重量LD12,PLC作為整個(gè)控制系統的核心用來(lái)完成現場(chǎng)再用設定值VD662的20%減去已抽重量LD12,得設備的實(shí)時(shí)控制，根據控制方案及點(diǎn)數選擇西門(mén)到距離設定量的差值LD16，PLC會(huì )隨著(zhù)設定量子公司的CPU224XP晶體管型PLC，上面 帶有2個(gè)的臨:近控制變頻器的輸出轉數成比例減小，有效RS485自由通訊口，其中Port0與柯力智能稱(chēng)重儀防止了因泵的抽取速度過(guò)快而造成的抽取過(guò)量問(wèn)表采用Modbus RTU協(xié)議通信，Port1 口與Smart700題，從而保證了添加劑的配比精度，為消除機械觸摸屏通過(guò)PPI電纜進(jìn)行通信"。在該型CPU的系統動(dòng)作上造成的延時(shí)誤差，當距離設定值5%o基礎上擴展一-個(gè)模擬量模塊EM235，使用CPU自時(shí)，關(guān)閉槍口閥，停泵，結束抽取。帶的高速脈沖輸出口(Q0.0)和EM235上的模擬PLC與智能稱(chēng)重儀表之間通過(guò)RS485總線(xiàn)建立量輸出通道AQW0對伺服電機進(jìn)行位置控制和速起Modbus通訊網(wǎng)絡(luò )。Modbus協(xié)議采用主從方式度控制，通過(guò)CPU.上的模擬量輸出通道控制臺達的查詢(xún)響應機制，主機PLC發(fā)起通訊，智能儀表變頻器調節泵的抽取速度，HMI主要承擔參數設響應PLC的各項通訊指令5。Modbus RTU(Remote定，參數實(shí)時(shí)顯示，操作機器等工作2?？刂葡到yTerminal Unit)協(xié)議模式表達相同的信息需要數據硬件結構圖如圖3所示。位數較少，而且在相同通信速率下具有更大的數Sart700據流量和更高的通訊效率。-般工業(yè)智能儀表儀器都是采用RTU模式的Modbus規約|4。PI協(xié)漢調用S7- 200的Modbus通訊指令塊,初始化主CPU224 XP EM235設備通信參數，設置通信波特率為9600,校驗方Modbus創(chuàng )朋變式為無(wú)校驗，應答時(shí)間設置為1000ms,使儀表中協(xié)議動(dòng)用的設定與PLC中保持一- 致;然后在Modbus從站指稱(chēng)乘儀表令塊中選擇讀寫(xiě)方式，匹配從站地址，為了提高傳輸速度，將所傳輸數據的類(lèi)型設置為字傳輸,稱(chēng)重傳填寫(xiě)對應的寄存哭類(lèi)刑，設詈右儲地址起始位,感器氣動(dòng)閥例服電機 泵最后分配庫存H中國煤化工中進(jìn)行處圖3控制系統結構圖理，使其顯示..m.CNMH G第37卷第1期2015-01(上) [135]制造止旬動(dòng)化2.4油槍液位跟蹤控制策略值，用當前液位值減去.上一周期累加器中記錄的在添加劑抽取過(guò)程中，如果油槍伸入添加劑液位值，得到每秒鐘的液位變化，即液面下降速液面過(guò)長(cháng)，在抽取其他種類(lèi)添加劑時(shí)會(huì )造成交叉度，把伺服電機切換到速度控制模式，將液位下污染，將降低所生產(chǎn)潤滑油的品質(zhì)，通過(guò)伺服電降速度轉換成數字量反饋給伺服電機控制油槍下機可以精確控制油槍伸入液面的長(cháng)度，在脈沖輸降速度，實(shí)現對添加劑的液面追蹤。與PLC接線(xiàn)方出向導中選擇線(xiàn)性脈沖串輸出(PTO) 的方式來(lái)式如圖5所示。對伺服電機進(jìn)行位置控制。油槍分兩個(gè)動(dòng)作順序步進(jìn)入添加劑液面，所以需要創(chuàng )建兩個(gè)不同的運動(dòng)包絡(luò )，為提高工作效率，包絡(luò )0使用較高的脈沖fR220V頻率控制伺服電機快速下降到添加劑桶面上方。操作者把桶口對準油槍方向，再次啟動(dòng)油槍?zhuān)麱G元v↓絡(luò )1先通過(guò)步1使用較低脈沖頻率控制油槍慢速進(jìn)w.入桶內，當油槍即將進(jìn)入液面時(shí)過(guò)渡到步2使油槍24),H電激組45服G電以更慢的速度平穩的進(jìn)入添加劑中，防止液面晃機動(dòng)造成稱(chēng)重測量誤差。速度定義畫(huà)面如圖4所示。24V Vmorbxd“動(dòng)2neao帶bd 1"圖5伺服驅動(dòng)與PLC接線(xiàn)圖2.5人機界面設計觸摸屏作為控制系統的人機界面，使用Wincc圖4速度定義畫(huà)面flexible編程軟件進(jìn)行組態(tài)，界面中設置有手自動(dòng)每次抽取添加劑時(shí)，桶內添加劑初始高度并切換開(kāi)關(guān)，可以隨時(shí)切換到手動(dòng)模式，點(diǎn)擊任意不固定，而油槍在追尋液面時(shí)需要知道液位值,執行元件，手動(dòng)調試閥門(mén)與電機;每個(gè)工藝步都.才能通過(guò)伺服電機控制油槍在液面內的距離固有相應的啟動(dòng)按鈕，抽提工藝中，設置有添加劑定。添加劑桶雖無(wú)法安裝液位計，但是桶的規格種類(lèi)按鈕，用來(lái)配比不同種類(lèi)添加劑，通過(guò)觸摸一定并 且各種類(lèi)添加劑的密度已知，所以可以根據屏可以設定添加劑抽取量等生產(chǎn)參數,添加劑重Modbus稱(chēng)重儀表測量的重量值在PLC中除以所選量與基礎油溫度等信息都可以實(shí)時(shí)顯示在監控界種類(lèi)添加劑的密度和桶底面積換算成添加劑液位值面上，操作界面如圖6所示。VW674,再用油槍距桶底這一固定高度值減去添加劑液位，就可以給出每次抽取油槍的下降高度。泵啟動(dòng)抽取添加劑，液面開(kāi)始下降，為了既自動(dòng)u行]BERE保證油槍口能始終處在添加劑液面下方正常抽1EEE取，又不使槍管深入液面下過(guò)多造成添加劑掛壁，油槍?xiě)诔槿∵^(guò)程中始終跟蹤添加劑液面,而且應盡量使槍口伸入液面距離保持一定值，這.樣可以減小稱(chēng)重測量中油槍的干擾誤差。只有知自1道液面的下降速度，才能控制油槍速度和液面保持一致，使用特殊存儲器SMB34、中斷時(shí)間間隔中國煤化工設為250ms的定時(shí)中斷1創(chuàng )建--個(gè)周期為1S的高.MYHCNMHG精度定時(shí)，每1S向累加器中存入一次添加劑液位[136]第37卷 第1期 2015- -01(上)制造止旬動(dòng)化3結束語(yǔ)參考文獻: .本系統以S7-200PLC為控制器，利用人機界[1]周亮,李珍.基于PLC的液體袋裝包裝機控制系統的設計面整合系統各控制功能，操作簡(jiǎn)潔、方便，基于[J]包裝工程,2013(1):88-91.Modbus協(xié)議的主從通訊，充分發(fā)揮了智能稱(chēng)重儀[2]束長(cháng)寶.基于Modbus RTU協(xié)議的剪板機變頻控制[J].儀表技術(shù)與傳感器,2012(12):118- 120.表的各項功能，配合以伺服電機、變頻器調節,[3]劉金華,彭芳,劉寶軍.空氣包覆紗機精密卷繞控制系統的實(shí)現了潤滑油生產(chǎn)過(guò)程中對不同種類(lèi)添加劑的精設計及實(shí)現[J].自動(dòng)化與儀表,2013(8):26-29.確抽取，精度高達3%o，并解決了在抽取過(guò)程中因[4]王興貴張明智,杜瑩Modbus RTU通信協(xié)議在智能儀表添加劑掛壁而造成交叉污染的難題。與工控機通信中的應用[J].低壓電器,2008(2):8-11.[. 上接第121頁(yè)]表3 8種基本表情的最佳載荷大小Simulation of Humanoid Head Robot with Mixed Modelsof Head Mechanism and Face Elastomer[J].System器官左)右眉頭(左) 右眉尾眼臉(左)右嘴角上唇下唇表情|simulation journal, 2005,17:1466-1483.平靜[3] Delaunay F, de Greeff J,Belpaeme T. 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