昆山市拓恒機(jī)電有限公司
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0 引言
動(dòng)態(tài)檢重秤是在全自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)時(shí)運(yùn)行條件下對(duì)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)稱重，并根據(jù)稱重結(jié)果對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)分類的設(shè)備。本文以潤(rùn)滑油200 L灌裝線在線動(dòng)態(tài)檢重秤為題進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，指標(biāo)要求如下:
(1)成品潤(rùn)滑油200 L桶重量為185.3 kg，企業(yè)允許的偏差范圍為(185.3±0.3)kg，本文設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)檢重秤的偏差要控制在±0.1 kg范圍內(nèi)。
(2)可對(duì)灌裝線上的成品200 L桶進(jìn)行實(shí)時(shí)檢重，當(dāng)重量超過(guò)允許的上限值和下限值時(shí)，能自動(dòng)將其從生產(chǎn)線上篩選或剔除出去同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
(3)動(dòng)態(tài)檢重秤的檢重速度要達(dá)到120桶/小時(shí)。
(4)可將稱重?cái)?shù)據(jù)及時(shí)地反饋給灌裝機(jī)控制器，進(jìn)而調(diào)整灌裝量，節(jié)省原材料，為企業(yè)的成本控制和精細(xì)化管理提供技術(shù)保障
1 動(dòng)態(tài)檢重秤組成及工作原理
動(dòng)態(tài)檢重秤由輸送機(jī)、稱重傳感器、稱重顯示控制器、控制系統(tǒng)、剔除裝置組成。輸送機(jī)放置在稱重傳感器的秤臺(tái)上，輸送機(jī)由電動(dòng)機(jī)、減速器和輸送輥三部分構(gòu)成
圖1 動(dòng)態(tài)檢重秤配置示意 下載原圖
圖2 動(dòng)態(tài)檢重秤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 下載原圖
2 動(dòng)態(tài)檢重秤硬件設(shè)計(jì)
本文硬件設(shè)計(jì)包括硬件選型、電氣主回路設(shè)計(jì)、控制回路設(shè)計(jì)、PLC的I/O點(diǎn)分配。
2.1 硬件選型
本文根據(jù)滿足生產(chǎn)需要、性價(jià)比高、可靠性強(qiáng)、留有一定裕量的原則對(duì)設(shè)備硬件進(jìn)行選擇，如表1所示。
表1 硬件設(shè)備 下載原表
2.2 電氣主回路設(shè)計(jì)
動(dòng)態(tài)檢重秤主回路如圖3所示，主要包括:斷路器、接觸器、浪涌保護(hù)器(SPD)、隔離變壓器、開(kāi)關(guān)電源、PLC、皮帶輸送機(jī)、稱重顯示控制器等。系統(tǒng)通過(guò)QF1開(kāi)關(guān)接通，主電路各設(shè)備接通得電。由于是交流三相供電，供電電壓為380 V，但系統(tǒng)的PLC輸入控制回路、觸摸屏、中間繼電器需要提供直流24 V電壓供電，因此需通過(guò)開(kāi)關(guān)電源提供24 V直流電源供電。PLC電源管理由隔離變壓器后220 V交流和開(kāi)關(guān)電源供電。
圖3 電氣主回路 下載原圖
2.3 控制回路及PLC的I/O點(diǎn)分配
根據(jù)控制原理，合理地分配輸入、輸出(I/O)點(diǎn)及中間寄存器地址，如表2～表4所示?？刂苹芈酚蒔LC主機(jī)、中間繼電器等組成。整個(gè)控制系統(tǒng)可依靠切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)檢重秤的自動(dòng)及手動(dòng)控制，兩種控制方式互為備份，保障了控制系統(tǒng)的安全。PLC主機(jī)控制回路接線，如圖4所示。
表2 數(shù)字量輸入地址分配 下載原表
表3 數(shù)字量輸出地址分配 下載原表
圖4 PLC主機(jī)控制回路接線 下載原圖
表4 中間寄存器地址分配 下載原表
3 動(dòng)態(tài)檢重秤軟件設(shè)計(jì)
3.1 觸摸屏程序設(shè)計(jì)
首先借助Vijeo Designer編程軟件對(duì)觸摸屏畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì)，編輯工藝界面、手動(dòng)界面、報(bào)警界面等，如圖5～圖7所示。然后通過(guò)筆記本電腦與施耐德GXU3512觸摸屏通訊接口將編制完成的“文件”下載至觸摸屏處理器中，并建立觸摸屏與PLC之間的通信
圖5 編輯“工藝界面” 下載原圖
圖6 編輯“手動(dòng)界面” 下載原圖
圖7 編輯“報(bào)警界面” 下載原圖
3.2 PLC程序設(shè)計(jì)
3.2.1 硬件組態(tài)、主程序設(shè)計(jì)
施耐德TM218LDA16DRN PLC作為本文控制系統(tǒng)的中樞，依據(jù)圖2所示控制流程，利用So Machine M218 v2.0.31.45編程軟件進(jìn)行硬件組態(tài)和稱重顯示控制器組態(tài)設(shè)定，如圖8、圖9所示。編寫(xiě)控制梯形圖，如圖10～圖12所示，實(shí)現(xiàn):皮帶輸送機(jī)啟停及相應(yīng)的邏輯控制;實(shí)時(shí)檢重、超偏差剔除、故障提示及報(bào)警;設(shè)置必要的保護(hù)控制
圖8 控制系統(tǒng)硬件組態(tài) 下載原圖
圖9 Ind131稱重顯示控制器組態(tài)設(shè)定 下載原圖
圖1 0 主程序 下載原圖
圖1 1 控制程序1 下載原圖
圖1 2 控制程序2 下載原圖
3.2.2 程序的上傳下載及系統(tǒng)調(diào)試
(1)設(shè)定變量。變量是觸摸屏功能區(qū)與施耐德PLC的I/O點(diǎn)聯(lián)系的橋梁，借助變量觸摸屏可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的參數(shù)輸入、功能控制和輸出PLC當(dāng)前值等功能，如圖13所示。
(2)程序下載至PLC。設(shè)置通信端口，建立PLC與電腦之間的通信，將編程完成的PLC程序下載至PLC中，通過(guò)程序狀態(tài)功能和仿真軟件進(jìn)行程序測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修改程序。Modbus主站、從站配置如圖14、圖15所示，串行線路設(shè)置如圖16所示。
圖1 3 變量設(shè)定 下載原圖
圖1 4 Modbus主站配置 下載原圖
圖1 5 Modbus從站配置 下載原圖
圖1 6 串行線路設(shè)置 下載原圖
(3)在PLC軟件調(diào)試正常和觸摸屏組態(tài)軟件編制結(jié)束后，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)稱重信號(hào)、位置檢測(cè)信號(hào)、反饋信號(hào)和所有電機(jī)按實(shí)際控制要求進(jìn)行模擬運(yùn)行，檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和性能能否滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)一切測(cè)試正常后，還要進(jìn)行模擬故障報(bào)警情況的測(cè)試，所有測(cè)試數(shù)據(jù)鏈均正常后，系統(tǒng)調(diào)試完成。
4 抗干擾分析提高檢重秤的精度
4.1 影響動(dòng)態(tài)檢重秤精度的主要要素
(1)所稱量產(chǎn)品的體積、目標(biāo)重量及輸送速度等。本文稱重的為200 L桶潤(rùn)滑油晃動(dòng)較小，輸送速度為120桶/小時(shí)，與灌裝線速度及稱重控制儀表速度匹配。
(2)所選擇的稱重傳感器及稱重控制儀表精度。本文選擇的是梅特勒托利多的稱重傳感器及控制儀表，精度達(dá)到0.1 kg。
(3)所處環(huán)境的溫度、濕度、地面振動(dòng)及空氣流通度。動(dòng)態(tài)檢重秤安裝于車間一層，地面平整，環(huán)境溫度、濕度穩(wěn)定，地面振動(dòng)較小。
4.2 抗干擾分析
本文硬件上在設(shè)備選型和線路設(shè)計(jì)充分考慮抗干擾，主要采取的措施:
(1)電磁屏蔽。本文通過(guò)三項(xiàng)措施進(jìn)行電磁屏蔽:控制電纜采用帶屏蔽的雙絞電纜;敷設(shè)在帶蓋的鍍鋅碳鋼匯線橋架內(nèi)且橋架間有良好的電氣連接;控制電纜保持與電力電纜的平行鋪設(shè)距離大于600mm以防止外界電磁干擾。
(2)接地抗干擾。本文采用將所有信號(hào)回路通過(guò)導(dǎo)線引至一個(gè)公共接地點(diǎn)接地。信號(hào)地與電源交流地必須分開(kāi)，信號(hào)電纜的屏蔽地與PLC系統(tǒng)設(shè)備地共用，縮短接地線長(zhǎng)度，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用接地線及端子。
(3)防雷抗干擾。本文通過(guò)電纜外層屏蔽、合理布線、安裝浪涌保護(hù)器(SPD)這三種保護(hù)措施進(jìn)行防雷抗干擾
5 動(dòng)態(tài)檢重秤測(cè)試與性能評(píng)價(jià)
動(dòng)態(tài)檢重秤調(diào)試完成后，依據(jù)《JJG539-2016年數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》使用檢定合格的200 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行了兩周的運(yùn)行測(cè)試，采集了10組、40個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表5所示。動(dòng)態(tài)檢重秤測(cè)量精確，運(yùn)行速度與灌裝線匹配，抗干擾能力強(qiáng)，完全符合工藝技術(shù)要求且設(shè)定操作簡(jiǎn)便。
表5 動(dòng)態(tài)檢重秤測(cè)試數(shù)據(jù)分析 下載原表
本文從動(dòng)態(tài)稱重設(shè)計(jì)入手，通過(guò)施耐德PLC在動(dòng)態(tài)檢重秤中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油200 L成品桶的100%在線稱重，比傳統(tǒng)定時(shí)人工抽檢效率提高10倍，節(jié)省了人工成本，特別是大桶重，人工很難搬運(yùn)，在線實(shí)時(shí)稱重優(yōu)勢(shì)明顯;可將測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至灌裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整灌裝量，大大節(jié)省成本;借助網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)品重量實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高企業(yè)的信息化水平，值得普遍推廣。
