6ES7331-7PF01-0AB0千万库存

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1 引言
从国内外的发展趋势上看，实现移动机的自动取料工作方式是必然的方向。为此，在大型取料机上增加HMI人机交互画面和部分硬件设备。对控制系统硬件线路和PLC的程序加以改进，便可以通过HMI进行参数设置、故障报警和屏幕操作，实现半自动取料功能，增强判断和处理故障的能力，降低劳动强度，大大提高作业效率。

2 取料机半自动取料特点
生产中，操作人员将取料机手动定位至料堆切入处，通过操作台上的HMI人机界面设定取料数量、旋回区域和步进距离，然后切换至半自动取料模式，通过HMI 半自动取料启动按钮，进行自动取料作业。由启动一侧旋回区域自动向另一侧旋回取料，到达旋回区域的另一侧后，走行自动按设定值进行寸动，到达要求的寸动距离后，作反向旋回运转，周而复始直到达到设定的取料数量。

3系统组成
整个控制系统由一套机载PLC和一台XBT型触摸屏组成。其中 PLC主机采用QUANTUM系列140CPU11303；主要模块：1块CRP-93X-00，1块CRA-93X-00, 4块DDI-841-00，2块DAI-740-00， 2块DRA-840-00，1块AVI-030-00，1块AVO-020-00；触摸屏作为HMI人机界面，用作机器工作状态显示，报警信息的显示、复位，参数的设置及调整等，组态软件采用XBT-L1000。PLC主机采用ModBus工业通信协议与机载触摸屏进行数据交换。系统总图结构图（见图1）

图1系统总体结构

3.1 采用MODBUS通讯协议
HMI人机交互系统、PLC主站与分站之间的通讯方式、通讯协议和电气要求多种多样。有profibus、genis、rs232等。本系统将根据实际情况选用ModBus方式，充分满足系统开发和运行需要。
取料机是现场移动大型设备，并且它的大车部分和旋臂部分来回频繁旋转，如果采用传统的控制方案，势必要铺设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力、物力，同时使系统复杂，而且大车部分和旋臂部分之间的电缆，由于旋转频繁还经常扭断，性很差。考虑到实际情况本系统采用的ModBus工业通信协议，取料机控制室的PLC主机和分站，用1根RG6同轴电缆连接起来进行通讯。这样可以降，同时提高系统的性，使系统易于扩展。

3.2智能检测装置
为提高设备性能以及实现机侧半自动取料的需要，在悬臂皮带侧增加一个皮带打滑装置，2个皮带检测跑偏装置，金属检测装置及一台电子称；在走行侧安装走行编码器及编码器接手，用于检测取料机走行位置，在料场两头各增加一套走行限保护装置；旋回侧安装旋回编码器及接手装置；俯仰侧增加俯仰编码器及接手装置；操作室增加机侧手动取料方式/机侧半自动取料方式切换开关，一套UPS及一台施耐德触摸屏作为HMI界面。所有电气信号都将纳入PLC设备和HMI作为控制和监视使用。

4软件设计
4.1 PLC程序设计
本系统采用Concept2.6软件进行程序设计，通过操作台上的选择开关,可以选择三种操作模式:手动、联动、自动。手动模式为检修作业模式，在这种模式下，操作人员通过操作台的选择开关、按钮可以单运行某台设备，设备运行条件比较简单，除了一些基本的电机电气保护外，均不影响设备的运转，如皮带上的金检、打滑、跑偏等均不影响皮带的运转。
联动模式为正常作业时的取料模式，在这种模式下：皮带新增了打滑、跑偏保护，作业时会造成皮带停车。皮带新增了金属检测保护，作业时金属检测保护会造成皮带停车，操作人员捡出皮带上的金属后，在操作台上复位方可重新启动。新增触摸屏HMI上，操作人员可以看到设备的状态指示、报警指示、位置指示（旋回角度、走行位置、俯仰高度等）。旋回速度的控制采用4~20MA的模拟量控制,左旋和右旋各分为6档速度控制,操作人员通过旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回减、旋回切控制回转。回转速度及方向在HMI上均有指示。新增一套电子称装置，HMI上有瞬时流量和累计量指示。当取料瞬时流量连续20s过1200吨/小时，皮带启动蜂鸣器会响。联动取料流程图如图2所示。

一、触摸屏介绍
1. 简介
触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为 PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。
比之模拟仪表、操作台控制的优点：
• 体积变小，几乎不占空间；
• 连线简单化。

2. 触摸屏的主要作用
监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC 内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。
控制：可以通过触摸操作改变PLC内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。

3.触摸屏主要功能
• 以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
• 离散点的 ON/OFF 表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸的开合、档板的开关、多选一开关的实现等；
• 参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的象；
• 棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等；

• 各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面同时自动切换至故障所在的流程画面；
• 可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC 制式），显示现场实时信息；
• 把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC 系统的规模；
• 权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态。

4.触摸屏在恶劣条件下使用特点
• 防尘、抗震
• 、防电磁

二、可编程序控制器（ PLC ）在搅拌控制中的应用特点
• 性高 PLC 在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定的工作，防磁，抗震，防尘。
• 编程简单、容易掌握。
• 适应性强，应用灵活 搅拌控制室的 PLC 系统可同时控制搅拌附属设备如：搅拌的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。
• 控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。
• 功能强大 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 / 输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。

三、触摸屏和PLC在搅拌控制系统中的应用
1. 数据流程
在这套控制系统中，触摸屏主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC 主要是现场生产信息,及时向触摸屏传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使触摸屏能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和触摸屏发布的指令来控制现场设备。

2. 系统配置框

3. 系统主要构成
(1) 触摸屏：

采用天津罗升公司PWS6600系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节，触摸屏本身具有“配方”功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率，它可以与近 30 个厂家的PLC通讯，兼容性强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于 bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有RS232/422/485通讯口，方便于连接其它厂家的PLC及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和 PLC型号后，在其系统设定中选择PLC型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-232。
(2) PLC：

可采用三菱或西门子、欧姆龙等系列产品。
(3) 打印机：

可采用HP或其他的打印机。
(4) 触摸屏软件：

采用触摸屏的制作软件 ADP 编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 -- 宏命令，可以减轻PLC的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯。
(5) PLC 编程软件：

采用的是三菱的GX编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。
(6) 软起动器

4. 触摸屏+PLC 控制系统参数
(1) I/O 模块：采用 DC 输入输出，光电和机械隔离
(2) 配料精度： 水泥 粉状 水剂：±1% ，砂石骨料：±2%

5. 触摸屏和 PLC 控制系统的主要功能
• 整个控制过程处于中文系统下工作，管理汉化；
• 实现配料，下料，拌和，出砼自动控制；
• 拌和时间，下料顺序随即可调；
• 配料，下料，拌和动态模拟显示；
• 系统自动校称；
• 配方可达200余种；
• I/O 状态自动检测；
• 自动生成数据库，生产流程图，报警系统图，参数报表，历史查询，报表制作和打印。

四、下面以某电站 2× 1m3 搅拌为例介绍各方面的制作
1. 系统组成
• 触摸屏选用 TFT 液晶显示器
• 可编程序控制器选用三菱FX-2N
• 打印机选用 HP

2. 附属设备
• 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
• 操作台一台
• PLC 及放大器柜
• 上料皮带控制箱
• 传感器 10 套
• 其他低压电器

3. 触摸屏画面的制作采用
ADP 编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：
在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关，用于打开 9 个不同功能的画面，画面分布：
a) 流程控制：在生产过程中切换到此画面，用于生产流程监控和控制；
b) 重量设定：主要是用于配方设定和修改；
c) 时间设定：主要是用于搅拌机搅拌时间设定，配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定；
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的，因此为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能；
e) 状态监控：真实反映现场的I/O状态，利于故障的检查和排除；
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了20个配方；
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印；
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机；
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息。

在设计各画面控件时，在画面框中画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，上色，接下来进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机PLC提供，所以触摸屏画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在触摸屏画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至触摸屏即可。
在触摸屏和PLC进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：
a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 (选择PLC类型及对应I/O地址)，该方式下，触摸屏直接读取或改写PLC的数据寄存器和继电器内容，这样可以大大减轻PLC用户程序的负担。
b) 系统数据区：当选择直接传送方式时，触摸屏内部寄存器地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区，系统数据完成画面切换等动作，触摸屏和PLC内部占用特定的寄存器区，完成各种功能。系统数据区是触摸屏与PLC交换数据的媒体，触摸屏初始化时，需确定PLC系统数据区的的起始定义号。

4. PLC 的程序分三部分设计
传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC 的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号，经逻辑运算后，由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤：
a) 要了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系；

b) 根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点； 根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序；
c) 同时连接 PLC 与外部设备连线，将编制完成的程序写入PLC中，模拟工况运行，进行调试及修改；
d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至通过为止。FX系列编程工具是bbbbbbS环境下的PLC编程软件，利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统，它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程，见下图：

料皮带由于在配料过程中频繁起动，所以在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击。

五、结束语
本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的罗升公司的人机界面及FX系统可编程控制器，既使生产过程中PLC控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因换相应器件，大限度的缩小在线维修时间，另外在这种配置中，当触摸屏因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时，PLC能单完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。

一、激光信号接收靶的控制原理

把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域。

胸环靶有5 ～ 10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ～ 7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越。胸环靶所有激光件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶每个区激光件可分别产生1个区信号和1个环信号。34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。

电气原理图逻辑关系表达式为：

X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。A0 ～ A7分别对应0 ～ 7区的9环激光检测输入信号。Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。IC2的输入A ～ E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。Z为7区的区选信号输出端。X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三管基为高电平时，输出端 X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。

当激光信号击在0区9环靶位时，件R1有效，IC1、IC2输入端A0有效。（1）环处理电路，IC1输入信号A0有效，X（9环）输出低电平有效（IC1为9环处理或门电路）。（2）区处理电路，IC1输入信号A0有效，Y（0区）输出低电平有效（IC2为0区处理或门电路）。X、Y有效信号送向PLC，PLC得到9环0区有效信号，即作相应处理。

又如激光束击在7区9环时，通过R2的接收，使IC1、IC3输入信号A7有效，输出端X（9环）、Z（7区）输出低电平有效。

二、声光显示靶的控制原理

声光显示靶显示区域的划分，与胸环靶相类似。胸环靶逻辑输出信号经电缆线传输至位于射手侧前方的显示靶，作为PLC输入信号，设PLC输入为干接点结构，胸环靶输出低电平时PLC输入有效，利用PLC内部锁存功能，对捕捉到的区、环输入信号脉冲进行锁存，而对以后5秒内连续发出的激光信号不予相应。并按照胸环靶所接收激光信号的相应位置，显示弹着点位置，同时用语言报出击中环数。

PLC输出点采用继电器输出，在PLC输出端口分别产生区、环有效信号输出，并与发光二管和语言芯片一起构成矩阵电路。显示靶每区、每环用一个发光二管指示弹着点位置，故区域划分的越细，显示弹着点的位置越。

输出矩阵设计思想，根据胸环靶的要求分别可驱动34个发光二管及6片语言芯片。矩阵电路的引用扩展了PLC的输出端点，使得仅用40点PLC的14个输出端点，就驱动了40多个负载，满足了本系统的基本控制要求，节省了PLC的硬件资源。设PLC输出区信号X=1、环信号Y=1时，区、环输出矩阵选通 X，Y线，使交叉处发光二管点亮，同时Y=1环信号使报警语言芯片报出相应环数。

三、PLC程序设计

在无激光信号输入时，程序处在循环扫描输入端口，等待激光信号到来的状态。当收到激光输入信号，并对激光脉冲锁定后，封锁所有输入端点，不再响应激光输入。其员在于，激光发射装置可连续发射，而所模拟的却只能单击，不能连续无间隔发射，故采用封锁处理（封锁时间可调），使得在激光发射时不响应连续信号，以达到真实地模拟的目的。

按级联锁功能设定的意义在于，激光信号无论射在胸环靶任意位置，都应覆盖住激光件，要求激光件的间距小于激光束的直径，这样就有可能使得2个相邻的激光件同时有效，这时报靶电路应报出高环靶数，而不是高、低环数同时输出，如某区9、10环同时接收到激光信号时，应报10环而不应报9环，故10环输出应9、8、7、6、5环的输出，依此类推。

四、应用前景

激光训练装置是一种物美的训练器具，可随时进行弹着点的分析和修正。若配合摄像系统或微机系统可留下训练资料，供系统地分析研究训练过程，提高射手的水平。

1.前言
饲料称量包装的准确与否将直接影响到企业的信誉和经济效益。过去采用机械称量、人工装袋，劳动强度大、速度慢、精度低。近几年，采用电子称量装置虽然可使其静态称量精度大大提高，但在饲料加工连续生产过程中，其动态精度仍不能保。因此，在快速自动称量中如何提高动态称量精度，一直是饲料加工企业急需解决的难题。
本文是作者在研制饲料自动化生产设备中，为了与配料过程相协调，实现饲料生产的全部自动化，应用PLC作为动态称量包装测控设备，在硬件和软件设计中采用了一些措施和动态控制方法，较好地兼顾了称量速度与精度的矛盾，实现了饲料连续生产中动态称重计量的精度。

2.系统总体框图及工作原理
用称重传感器、放大器和PLC组成测控系统来完成饲料的称重、计量、包装的生产工艺过程，如图1所示。该系统以PLC为，配以称重传感器、放大器、各种电动执行器和机械装置，实现饲料的在线称重计量和包装工作。
称斗的上方是成品仓，该仓中的原料是来至饲料混合工序生产的饲料散状成品料。成品仓下是一台电动机驱动的螺旋进料装置，启动电动机，则该成品仓中的粉状饲料就随着传输绞笼的旋转而进入称斗中称量。称斗上装有三个S梁式应变式拉力传感器，称斗的重量信号直接由该传感器组转换成与之对应的电压信号，经放大器把该电压信号放大后送入PLC中进行数据处理，当达到预定值时，PLC控制停止下料，然后PLC控制开称斗门，并控制打包机自动装袋后由传送带送出。于是，就完成了饲料称量打包的自动化过程。

3．提高动态称重精度的硬件措施
该系统用三个拉力传感器将饲料重量W变换为成线性关系的电压信号Ux，并通过两级放大器进行放大。图中Un表示等效到放大器输入端的噪声和干扰电压，ΔUi表示等效到输入端的漂移电压。设两级放大器的放大倍数为A，则Uo=A（Ux+Un+ΔUi）=AUx+AUn+A·ΔUi式中的2项主要影响灵敏度，三项主要影响系统的精度。
（1）影响传感器的因素及解决办法
传感器输出信号的稳定性除决定传感器本身的性能外，还与供电电源和传感器的安装有密切关系。本系统采用UH61-100u型三只称重传感器，每只传感器单供电，通过调节其桥路电压使三只传感器的输出灵敏度K相同，三只传感器串联输出的电压为Ux=K（E1+E2+E3）。为了提高每个传感器供桥电源的稳定性采用二次稳压，并对元器件进行老化、测试后进行选配，特别是对基准稳压管2DW233的老化处理和时漂测试，选择时漂小的通过调节其工作电流使其工作在接近零温度系数（<2ppm/℃）下，使整个传感器电源的温度稳定性10ppm/℃。三只拉力传感器安装在称斗和称架之间。如果传感器承受的重量与传感器轴线存有ɑ角，则将产生横向分力而引入误差ΔW=W-Wcosɑ.这对于每次称重25Kg，在称斗皮重为100Kg的情况下，即三只100Kg的传感器实际荷重为125Kg。当ɑ=4°时，称重误差就为0.43Kg。因此，安装传感器时应设法确保传感器都能垂直受力。
（2）影响系统灵敏度的因素及解决办法
影响系统灵敏度的主要因素是检测电路的内部噪声和外部干扰电压Un，它与放大器所工作的频带相关。在研制中，通过选择低噪声器件，在满足采集速度所需足够宽的频带的前提下，通过选配电阻来提高放大电路本身的共模抑制能力，整个检测系统采用双层屏蔽，采样时间选为工频周期整数倍等项措施，使整个系统获得了能分辨5g重量的灵敏度。
（3）影响准确度的主要因素及解决办法
影响准确度的主要因素是整个检测系统的非线性和漂移ΔUi。其中系统的非线性，在选配元器件校正的基础上，采用了软件修正；而对于随温度和时间产生的漂移电压ΔUi，主要采用元器件的老化、测试与分选工艺，筛选掉时漂大的，然后选配温度系数进行补偿，使整个系统的静态精度达到了0.07%，为实现动态称量精度奠定了基础。
4.提高动态称重精度的软件措施

影响动态称重精度的主要因素是被称物料的比重、流量和落差的大小，它是由成品料仓的压力和PLC所控制的进料驱动装置产生的。因此，改进控制思路，借鉴静态称量精度高的特点是提高动态计量精度的关键。为此，我们选用双速变径变距螺旋加料机，采用"先快后慢，后点动"的控制下料方式，如图2所示。图中：Wx0为称量前PLC所采集的称斗皮重；由此PLC按照每包计量净重量的、95%和**算出快速下料的终了值Wx1、慢速下料终了值Wx2和称量终了值Wx。其控制过程可以这样简单说明：在下料开始一段时间，PLC控制绞笼电动机下料，当检测达到下料的终了值Wx1时，PLC控制绞笼电动机开始慢速下料；当达到慢速下料的终了值Wx2时，PLC关闭绞笼电动机后采用"点动"下料，当达到或接近期望值Wx时为止。

按照上述思路，通过编写全动态控制加料的快慢、速加料和点动下料的软件模块；以及为空中落料对称量精度的影响，所编写的自动寻找提前停机量的软件模块等软件措施。该系统使用一年来，经计量部门两次测试，整个系统动态计量准确度0.2%。

5.结论

采用PLC控制进行饲料称重包装，具有结构简单、计量准确、工作，较好的兼顾了动态称重计量的精度和速度，满足了在线快速重量计量的要求，对水泥、、面粉等的称重包装有借鉴作用和推广。