PLC在物料输送系统中的应用

2010-02-25马丽萍孙义学

陕西科技大学学报 2010年2期

马丽萍，孙义学

(1．西安工程大学电子信息学院，陕西西安 710048；2.苏州工业园区和顺电气有限公司，江苏苏州 215122)

0 引言

物料输送系统在产品包装、流水作业、检测等相关行业中应用广泛,但对系统的准确性、可靠性以及自动化水平要求都很高.某化工厂有输运化肥皮带22条，其物料输送控制采用手动操作，即继电器、接触器控制方式，因此该控制系统电气控制元件多、安装比较分散，造成操作难度大、控制系统复杂、安装维修工作量大、修改控制方案艰难，大大影响了该厂的生产效率.针对该物料输送控制系统存在的制约生产效率的问题，作者提出了基于可编程控制器的物料输送系统改造方案，改造后的系统具有可靠性高、编程简单、功能完善、使用方便等诸多优点，且改造后的控制系统降低了故障停机时间，提高了设备作业率、生产率以及系统的自动化水平.

图1 化肥运出流程图

1 系统的工艺流程

该化工厂有22条化肥输运皮带,分为1#～8#线、A线(包括9#、15#、16#皮带)、B线(10#、19#、20#)、C线(11#、17#)、D线(12#、18#)、E线(13#、21#)、F线(14#、22#)；化肥存放在包装库或散库，如果化肥需要包装后运出时，则将被运往包装库，如果化肥不需运出或着包装库出现故障时，则将被运往散库；1#皮带用于将化肥从造粒塔运出,正常状态下1#皮带全天运行； 2#皮带用于将化肥运向散库；3#、4#皮带用于将散库化肥运往包装库； 5#皮带用于将化肥运向包装库；4#、5#皮带上化肥经6#皮带运往四通阀；四通阀通过7#、8#皮带将化肥分别投向A、B、C、D、E、F 6个料槽中，然后再经过A、B、C、D、E、F运输线将化肥包装运出.

图1为化肥运出流程图，有两条路线可将化肥运出，具体情况如下：当化肥不需运出或包装库出现故障时，化肥经1#-2#皮带运向散库；包装库运行正常情况下，化肥经1#-5#-6#-7#(或8#)至A～F线运向包装库，再由包装库将化肥运出；当散库化肥需要运出时，通过耙料机将化肥运到3#皮带上，再经4#-6#-7#(或8#)至 A～F线运向包装库，再由包装库将化肥运出.

2 PLC控制的硬件设计

硬件结构包括外设与PLC控制系统的硬件部分.控制对象主要由皮带电机、分料器、斗提返料、三通阀、耙料机、四通阀、除铁器、破碎机等构成；PLC控制系统由CPU单元、电源单元、输入输出模块、通讯模块、操作站及网络部件等构成.

图2 控制系统的硬件及网络结构

根据该厂车间工艺的特点及控制任务，作者选用了德国西门子S7-300可编程控制器作为本控制系统的主控制器，采用模块式结构和双操作站及远程I/O通讯技术，使其通信可靠，便于操作.控制系统的硬件及网络结构如图2所示.

系统硬件主要包括以下几个部分.

2.1 中央控制单元

选用 CPU315-2 DP作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部分的工作.CPU315-2 DP有如下特点：具有中、大规模的程序存储容量；对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能；PROFIBUS DP 主站/从站接口；可用于大规模的I/O 配置；可用于建立分布式I/O 结构.

2.2 电源单元

采用1∶1隔离变压器对PLC的220 V交流输入卡件进行供电，用SITOP电源对PLC的24 V直流输出卡件供电,用自带的PS-307/5A直流电源对CPU和部分卡件进行供电.

2.3 输入输出单元

采用2块6ES7 331-7KF02-0AB0型号的AI8x12Bit输入卡件，用来采集速度信号与料位信号；5块6ES7 321-1FH00-0AA0型号DI16xAC120/230V输入卡件，由于距离远、现场干扰强，因而采用DI16xAC120/230V高门限输入卡件有利于抗干扰；3块6ES7 322-1BH01-0AA0型号DO16xDC24V/0.5A输出卡件，输出信号经过继电器隔离后送至电气控制回路.

2.4 通迅模块

为了确保包装库操作站与散库操作站通信正常，因此，选用了CP342-5通迅模块.该模块有如下特点：用于连接S7-300 和C7到PROFIBUS-DP 的主/从站接口模块，最高12 Mbit/s；通过FOC接口直接连接到PROFIBUS网络中；通过S7路由在网络间进行PG/OP 通讯；通过PROFIBUS 简单地进行配置和编程.

3 控制程序设计及控制实例

3.1 控制程序设计

物料输送控制系统的PLC控制程序设计是整个控制系统的核心，根据现场的实际情况确定皮带的数目以实现模块化.

采用先组态硬件再生成软件的方法设计系统的程序，具体方法如下:(1)首先在STEP7 中建立一个用于存储该控制方案而生成的数据和程序的新项目；(2)在STEP7中进行硬件组态；(3)在项目中插入所需的程序块并编制程序；(4)为可编程模板生成软件；(5)将S7程序下载到PLC并调试.

图3 A线化肥输送控制流程图

3.2 控制实例

现以A线为例介绍本系统工作过程的实现，A运输线有9#、15#与16#3条皮带，根据皮带工艺特点，其启动顺序为16#-15#-9#，停止顺序为9#-15#-16#.

图3为A线化肥输送控制流程图，具体控制过程为：旋转A线手/自动开关将其切换到自动位置，16#皮带启动运行，判断16#皮带有无现场运行信号返回，如果16#皮带无现场运行信号返回时，15#皮带不能启动运行；当16#皮带有现场运行信号返回时，15#皮带启动运行；当15#皮带处于运行过程中，16#皮带无运行状态返回信号时，15#皮带停止运行；否则15#皮带正常运行，且判断15#皮带有无现场运行信号返回；当15#皮带没有现场运行信号返回时，9#皮带不能启动运行；当15#皮带有现场运行信号返回时，9#皮带启动运行；当9#皮带处于运行过程中，15#皮带无运行状态返回信号时，9#皮带停止运行；当A线皮带手/自动开关切换到手动位置时，9#-16#皮带必须停止运行.