西门子PLC在组合秤上的应用

李国祥,何 文,梁永润

(中山天业包装机械有限公司,广东中山528400)

应用技术

西门子PLC在组合秤上的应用

李国祥,何 文,梁永润

(中山天业包装机械有限公司,广东中山528400)

本文介绍了西门子PLC在组合秤上的应用。实践表明,应用西门子PLC开发的组合秤系统比传统使用的单片机系统,硬件稳定性高,维护方便,且能根据用户的需求扩展功能。应用该系统生产的组合秤得到国内外用户的认可,具有较好的推广前景。

西门子PLC;组合秤;应用

1 前言

组合秤是伴随着工业自动化的不断发展而兴起的一种应用于食品包装行业的自动电子衡器。由于采用组合式计量的称重方式,成功地解决了普通电子称重精度与速度的矛盾,达到称重快又准的目的,尤其是计量如糖块、干果、薯片等不规则形状的物料时,优越性更为显著,因此组合秤称重技术以其高精度、高速度代表了当今称重技术的最高水平及发展方向[1]。但在我国其发展较慢,并且绝大部分都是延续了国外早期的单片机系统,容易受干扰、故障率高,维护成本大,扩展困难。我司经过长期的跟踪研究,目前已经成功开发出一种利用西门子PLC完全替代单片机的新型组合秤控制系统,其抗干扰性强、故障率低,几乎免维护,得到了客户的一致认可。

本文介绍的组合秤是以西门子PLC CPU226为控制核心,步进电机为主要运行机构的组合秤。在实现组合秤的快速计量和控制过程中充分利用了西门子CPU226的高速脉冲、浮点运算、时间中断、自由通讯等功能,从而保证了组合秤在组合计量中的快速性和稳定性[2-3]。

2 工艺流程

组合秤的工艺流程如图1所示[4]:

图1 工艺流程图

首先物料通过提升机送到进料斗内,再由程序控制的主振盘、线振盘将物料从进料斗分别送入存料斗缓存起来,然后再进入称重斗进行称重。CPU226根据称重斗中的不同重量值,进行筛选和排列组合,选出最接近目标值的组合,该组合的称重斗打开,将物料送入集料斗或直接排入包装机,完成包装。

3 控制原理

应用西门子PLC(CPU226)组合秤的电气控制原理如图2所示,控制过程包括重量检测、A/D转换、料位检测、步进电机位置检测、组合计算、排料检测、与包装机联动信号、振动控制、步进电机控制等。

图2 电气控制原理图

人机界面:是与机器对话的主要窗口,通过人机界面实现修改及下载不同的运行参数,查看生产记录,并可记录跟踪机器目前的运行状态。

数字称重传感器:负责对应斗重量数据的采集。

PLC:核心程序的载体,控制和协调各执行机构的运转。PLC通过自由口通讯采集各个A/D模块的重量信息,然后根据组合计算找出最接近设定目标值的组合斗,再输出脉冲到步进电机驱动令其驱动步进电机打开斗门排出物料。

料位信号:负责检测上进料斗的进料量是否处于设定的合理料层厚度。

原点信号:步进电机的原位检测,即步进电机在每次动作后返回时由此信号来确保它已回复至原位。

加料控制:向提升机等加料装置发送加料信号。

振机驱动:向存料斗给料。

步进驱动装置:由步进驱动器和步进电机构成,作为主要执行机构,是执行来自PLC的脉冲指令,从而控制料斗开合的角度及按设定的曲线运行,既要保证开关料斗的速度快,又要保证运行平稳及无减少料斗关闭时的机械撞击声。

4 控制系统流程及系统参数

本系统采用西门子S7-200系列CPU226,其结构紧凑、有着功能强大的指令集,还集成了丰富强大的通讯功能。使本系统具有更好的可扩展性和灵活性。

图3 系统配置图

4.1 本系统预估值

该系统的基本参数如下:

振机振动时间:50m s;重量采样稳定时间: 400m s;组合运算时间:50m s;称重斗开合时间: 400m s。一分钟可达到的称重速度为:1000m s× 60 s/(50m s+400ms+50ms+400m s)=66.7 (包)

在系统运行中,因为有了存料斗的缓冲,振机的振动是与称重斗的打开几乎是同时时间,并且振动的时间小于称重斗的开合时间,所以振动时间是可以忽略的。重量信号采样的稳定时间,组合运算时是根据参与组合的斗数来进行的,而不是等所有的称重斗都稳定采样完毕才进行,所以除了首次运行时是统一开始计时稳定采样,其它时候都是以各称重斗参与组合的情况来计时稳定采样,因此,虽然重量信号采样时间的长短不会太多的影响到组合秤的速度,应用该系统的10头组合秤速度可以达到70～75包/m in。

4.2 本系统实际调试数据

现场调试,在振机振动时间为50m s,重量采样稳定时间为45m s,称重斗的斗门打开角度为110°时,系统运行参数如图4所示:系统中需要用到的脉冲输出、I/O控制、自由口通讯、组合计算等都可实现,并能在线检测和诊断,使控制过程一目了然。

4.3.3 硬件可靠性高、维护方便

CPU226是一个集成度很高的,经过工业现场考验的控制器,其稳定性高,给用户的使用带来方便。

4.3.4 扩展性好

不同的用户甚至是同一客户使用组合秤的不同时期都会提出不同的需求,这些需求很多时候都会涉及到硬件的更改。这种情况单片机系统就很难应付,大多数情况下必须重新绘制电路板,周期较长,难度较高。CPU226除了本身集成的强大功能,还可以方便地与其它西门子家族的智能模块配合使用,以满足不同用户的应用需求。

图4 系统配置图

5 结语

监测实际称重过程,本组合秤在称目标值为50.0g的通心粉或是蚕豆时,速度可保持在70包/m in以上,称重误差控制在±0.5g以内。

4.3 与传统单片机控制系统比较

西门子PLC组合秤系统与单片机系统相比,其优点在于:

4.3.1 步进电机的控制简单,操作方便

单片机组合秤系统脉冲输出较为复杂,参数设置必须要考虑到电机每一步的脉冲量和速度才能很好的正常运转,参数设置复杂。本系统利用西门子集成的脉冲输出向导,自动生成控制包络,使得电机的速度变化更为平滑、稳定。在称量不同的物料需要对斗门的开合情况进行调整时,只需设置电机运行的速度和角度两个参数即可,操作十分方便。

4.3.2 集成度高,可靠性好

单片机组合秤控制系统一般是每个控制单元独立控制一个称重装置,节点多,布线复杂,容易引起故障。CPU226高度集成,功能强大,组合秤

由于电子组合秤的称量速度快、称重精度好、自动化程度高等性能,已在食品包装行业得到广泛应用。但目前在国内,组合称重技术的发展仍处于初级阶段,其制造与国外的先进水平相比还相差甚远,因此研制、开发、应用和完善电子组合称量设备,对于提高我国包装与食品机械的自动化水平有着特别重要的意义[4]。本文介绍的西门子PLC组合秤是在传统的单片机组合秤基础上发展而来,但其又是一种新型的控制系统,具有降低故障率、提高生产效率、操作方便、运行更为可靠的特点,具有更高的技术含量和更好的性价比,能为用户带来更高的经济效益和社会效益。

[1]彭福红,任作新.高精度电脑组合秤控制系统的设计[J].机械工程与自动化,2007(6):127-128.

[2]宋伯生.PLC编程实用指南[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京:航空航天大学出版社,2004.

[4]陈士祥,郭飞,吴顺勇,等.电子组合称量技术的应用研究[J].包装与食品机械,2007,25(3):5-8.

The Applica tion of Siem en s PLC on Multihead Weigher

L IGuo-xiang,HE Wen,L IANG Yong-run
(Zhongshan TO-U Packaging Machienry Co.Ltd.,Zhongshan 528400,China)

This article has introduced the Siemens PLC app lication on multihead weigher.According to test,comparing with the traditionalMCU system,the Siemens PLC controlsystem has advantage ofhigh stability of hard ward,easy maintenance,and also high extensibility for future requested function from user.The multihead weigherwith this PLC control system has got recognition from customers both from abroad and domestic market.It surely has very good perspective.

Siemens PLC;multihead weigher;app lication

book=59,ebook=209

TB486.3

A

1005-1295(2010)06-0059-03

2010-11-02;

2010-11-08

2010年中山市科技计划(20103A179)

李国祥(1966-),男,高级电气工程师,长期从事自动控制系统开发。通讯地址:528400广东省中山市火炬开发区纪丰工业园中山天业包装机械有限公司,E-mail:info@tupack.com。

do i:10.3969/j.issn.1005-1295.2010.06.014