6ES7222-1EF22-0XA0参数介绍 1 引言 传统的磁粉生产线采用的是继电器控制系统，自动化程度低，可靠性差，维护难度大，已满足不了用户需求。本文中采用三菱PLC和MOVICON组态软件组成控制系统，使得整条生产线实现自动控制及终端监控保护，tigao了关键工艺的生产精度，降低了工人劳动强度，tigao了生产效率。 2 生产线工艺流程简介 磁粉生产时需要根据不同的牌号选择组分，然后依次进行分散砂磨搅拌、煅烧和筛选等工艺得到终的成品颗粒。主要工艺流程如右图l所示。其中关键的工艺部分为配料工艺和煅烧工艺。 为实现进料，并进料量大小根据生产要求连续可调，采取定量进料装置。配料工艺流程如下：按下PC机上配料启动按钮，系统首先检测各原料仓的料位均非低料位，选择氧化铁料仓或备用仓，然后等待分散机的请求配料信号，否则，不启动配料秤。当配料秤的启动条件满足后，系统按PC机预先设定好的大加水、氧化锰、氧化锌、氧化铁、小加水的配比重量进行称量。(配比重量可以在F800配料仪表上进行任意更改)。煅烧工序则对预烧反应所需的温度，压力及气氛要求，采取温度、压力控制装置且可实现自动调节，从而更适合于高性能铁氧体的湿法预烧。 3 控制系统简介 磁粉自动化生产线控制系统采用三菱CCbbbb现场总线控制，在中央控制室设有各工艺段主控制柜及中央操作台，在中央操作台上装有两台P C机及各种反应现场温度、压力及重量的仪表，其中一台P C机作为整个制粉线的监控，现场装有四个摄像头监视生产设备运行情况，另一台PC机作为制粉线控制系统上位机，采用MOvI CON监控软件，监控制粉线各生产设备运行状态，包括手动、自动、停止、急停等状态。在各工艺段装有现场小控制箱，箱体面板上有简单操作按钮及指示灯，内有CCbbbb I/O模块，与现场控制电磁阀、位置开关、料位计、按钮等相连。中央控制室PLC与各现场C Cbbbb模块组成C Cbbbb现场总线控制。 4 PLC系统 4.1硬件配置 三菱Q系列PLC是模块化的PLC系统，满足大、中规模系统要求，为适应各种自动化控制任务，模块可自由扩展。本控制系统采用的CPU为三菱Q06H。为满足分析、统计生产线检测和控制对象的功能要求，整个系统需要一块以太网模块、四块CCbbbb远程通讯模块、四块模拟量输入输出模块Q68ADI、七块输入模块QX40、九块输出模块QYl0和19块CC bbbb现场输入输出模块。图2为硬件组态。 4.2程序设计 P L C系统主要任务是完成生产线设备的手动、自动逻辑控制。采用LAD梯形图模块化编程，程序可读性强。根据工艺要求设置了9个程序块：配料程序块，分散1程序块、预烧程序块、分散2程序块、搅拌1程序块、搅拌2程序块、红喷程序块、成品程序块和数据传输程序块。配料工艺是整个生产线的核心工艺，以下简单介绍PLC系统在配料工艺中的应用： 1)按下PC机上配料启动按钮后，系统首先检测各原料仓的料位均非低料位，在画面上选择氧化铁料仓和备用仓的选通情况，然后等待分散机的请求配料信号，有一个条件不满足，就不启动配料秤。如图3： 2)当配料秤的启动条件满足后，系统按工艺流程设定好的大加水、氧化锰、氧化锌、氧化铁、小加水的配比重量进行秤量。(配比重量可以在F800配料仪表上进行任意更改)。 3)秤量的工作过程为：启动配料仪表，仪表首先置0。先秤大加水，大加水阀打开，达到设定值自动关闭。再秤氧化锰，仪表输出粗加料SP 1和细加料SP2两个信号，使螺旋和振动料斗同时运行，另外螺旋给料机压缩空气破拱也开始工作，螺旋给料机通过变频器工作为高速给料(Y1BD)当秤量至细加料时，粗加料信号结束，螺旋给料机通过变频器改为低速运行(Y1BE)，如图4。同时振动料斗停止，当螺旋给料机运行直至重量与设定值一致，仪表输出氧化铁秤完信号，在粗加料的过程中，排料秤高速搅拌，等细加料的时候，配料秤低速搅拌。延时5秒后，再次将仪表置0。 4)依次进行氧化锌、氧化铁的秤量。然后开始高搅拌1 5分钟(时间可以通过MOVI CON画面进行设置)，搅拌完成后打开排料阀，排料时间为2分钟(图5)。然后开始小加水，秤量完成后开始小搅拌，搅拌时间到后打开排料阀，排料时间进行氧化锌、氧化铁的秤量。秤量完成后开始高速搅拌1 5分钟，搅拌完成后打开排料阀，排料时间为4分钟。全部秤完后，输出一个秤量完成信号。标志着一次秤量结束，同时进行秤量计数加1。等记数为2的时候，启动高速分散程序块。 4.3 PLC地址分配 如图6。 5 监控系统 5.1监控软件MOVICON是新一代自动化监控软件，由意大利自动化软件供应商PROGEA公司开发。该公司自1990年开始开发基于Microsoft?bbbbbbs平台的自动化监控软件，软件以简单易用、稳定可靠著称。根据工艺要求该生产线控制系统设计十个人机功能画面，直接对现场设备的运行状态进行实时监控及报警、设置、管理工艺参数。 5.2工控机 由于MOvICON是基于Microsoft?bbbbbbs平台开发的招待会监控软件，所以工控机采用普通的PC机，安装程序采用bbbbbbs 2000系统。MOVICON运行时将检查用户的授权，授权的硬件为USB加密狗。 5.3 建立MOVICON与PLC的通讯 1)PLC通讯设置 用PLC编程软件GX—DEVELOPER设置PLC网络参数： ①操作设置(operational setting)中的IP地址设置，如图7： ②在开放设置中进行端口设置，如图8： 需要注意的是图7的端13 2000，2001为16进制，而在MOVICON通讯设置中需要填写10进制值。2000，2001对应的10进制为8192，8193。 2)MOVICON的设置 先添加通讯驱动：Mitsubishi—Melsec—Q TCP，然后打开该驱动属性窗口，在其stations属性组中，按“Add”按钮增加站定义，通常一个站定义对应一个PLC，可以定义多个站定义多个PLC，如图9： 上述地址及端口与PL C以太网参数对应。 5.4建立MOVICoN变量 1)点击变量属性窗口的动态属性项的右边的省略号，打开变量浏览器。在变量浏览器窗口中选择通讯驱动，双击通讯窗口中已定义的 TCP打开任务属性窗口，选择上面定义的站AA，以及需关联的PLC地址DO，如图10： 2)直接在变量属性窗13中的动态属性项中填写 如图1 1： [RVlMELSEC—=AAlAddr=D0 5.5建立监控画面 MOVICON开发系统提供了丰富的图形对象和动画连接类型，如命令语言连接、模拟值输出连接、属性变化连接、闪烁、旋转连接等.通过对画面中图形对象的动画连接及命令语言程序，实现画面监控系统和生产现场数据的同步动态变化。图1 2为配料工艺的画面： 5.6启动工控机系统后自动运行MOVICON软件设置 将MOvICON软件安装生成的MOVICON.exe运行系统快捷方式拷贝到“系统开始一程序一启动”中，这样工控机一启动就自动运行MOVICON。以上工作完成后，经过组态外部的I/O、温度，重量、压力等现场数据就能实时传递给监控系统并进行生产过程控制。 6 结束语 该系统一经运用，降低了生产流程中的关键工艺难度，tigao了工作效率、产品产能及合格率，从根本上tigao了磁粉生产线的自动化程度，在用户处使用3年，效果良好。 一、PLC控制系统的设计与调试步骤 PLC控制系统的设计调试过程如图所示。设计前应熟悉图纸资料，并向有关人员详细了解被控对象的全部功能，如机械部件的动作顺序、动作条件、工作方式、必要的保护与连锁等。 1.与硬件有关的设计 (1)确定系统输入元件和输出元件的型号，如按钮、接近开关、继电器、接触器的型号。 (2)根据设备的操作任务和操作方式，确定操作面版所需的元件，如指示灯、数字显示装置等。 (3)确定PLC的输入点和输出点。列表统计PLC的输入信号和输出信号，在表中标明各信号的意义和类型。 (4)确定PLC的型号和硬件配置。如确定CPU模块的型号，扩展模块的型号和块数。 (5)给各输入、输出变量分配地址，梯形图中变量的地址与PLC的外部接线端子号是一致的。 (6)画出PLC的外部硬件接线图、电气原理图、安装图。 (7)建立符号表。建立符号表后可以在程序中显示各地址的符号名，利于程序的设计和阅读。 2.设计梯形图程序 首先，应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定用户程序的基本结构，画出程序流程图或数字量控制系统的顺序功能图。它们是编程的主要依据，应尽可能的准确和详细。较简单的系统梯形图可以用经验法设计，复杂系统的梯形图一般采用顺序控制设计法。画出系统的顺序功能图后，选择某一种编程方法，即可设计梯形图程序。 3.梯形图程序的模拟调试 一般先对用户程序作模拟调试，根据顺序功能图，用小开关和按钮来模拟PLC实际的输入信号，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计要求。在调试时应充分考虑各种可能的情况，系统各种不同的工作方式、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入信号与输出信号之间的关系完全符合要求为止。 4.现场调试 完成上述工作后，将PLC安装在控制现场，接入实际的输入信号和负载。在联机总调试过程中要将暴露出来的各种问题，在现场加以解决，直到完全符合要求为止。 5.编审技术文件 系统交付使用后，应根据调试的终结果整理出完整的技术文件并提供给用户，以利于系统的维修和改进。技术文件包括： (1)PLC的外部连线图和其他电气图纸。 (2)PLC的编程元件表，包括输入/输出地址、定时器/计数器编号以及设定值等。 (3)顺序功能图、带注释的梯形图和必要的总体文字说明。对于传统的乳化机控制系统进行改进，采用三菱变频器和三菱PLC，三菱触摸屏，设计了一套基于HMI、PLC、变频器的乳化机自动控制系统。该控制系统分为3个部分：电气控制部分、PLC程序的开发、人机界面的开发。分析了系统工作的基本原理和主要过程，介绍了系统的硬、软件构成及其特性。实践表明，该系统已实现工业应用，设备运行效果良好。1 序言真空均质乳化机（简称乳化机）主要应用于化工、医药、生物、食品等诸多领域中非均相液一固和液一液多相体分散体系的混合。目前该设备在国内主要是采用传统的继电器控制系统构成，操作人员需要根据经验和仪表显示输入指令或数据进行手动操作，自动化程度不高，同时控制系统存在操作繁琐、温度控制超调量大、能耗高等缺点。2 乳化机的工作过程2.1 工作原理乳化机由乳化锅、水相锅、油相锅、真空装置、温度控制系统、电气控制系统等组成。生产工艺流程如图1所示[1，2]。油溶性和水溶性原料分别在油相锅和水相锅内熔化或溶解，温度一般保持在80℃左右，将用水蒸气加热的油相和水相原料通过过滤器加至乳化锅内，以进行均质搅拌、乳化和真空脱气。然后，向夹套通入冷水，冷却到一定温度后，添加香精，继续冷却至要求的温度停止搅拌，待恢复常压即可出料。2.2 工作过程(1)油相锅、水相锅进料后，启动油相、水相搅拌电机，在线设定油相、水相电机的转速；(2)设定油相锅、水相锅控制温度后，启动油相锅、水相锅的温度控制；(3)当油相锅、水相锅内原料初处理完成后，启动油相锅、水相锅出料泵，将初处理后的物料泵入乳化锅内；(4)当油相锅、水相锅内的物料完全泵入乳化锅内后，出料泵停止运行。启动液压电机，垂直下降主搅拌器与均质搅拌器，当下降到位时，液压电机停止工作，然后手动旋紧密封阀；(5)当真空乳化锅密封后，启动主搅拌、均质搅拌电机。转速将从零上升到用户的设定值，并可根据不同的加工要求，在线改变主搅拌、均质搅拌电机的转速；(6)启动真空泵电机，乳化锅负压力不断变大，终将达到用户设定值；达到用户设定值后真空泵电机自动停止；(7)启动乳化锅温度控制，自动对乳化锅进行加热控制，控制方法采用模糊PID恒温控制，乳化锅内原料将被加热到用户设定温度；(8)当乳化工作完成后，通过排气口减小乳化锅内负压力，当乳化锅压力为零时，打开出料阀，排出乳化品。图1 乳化生产工艺流程3 控制系统的构成3.1 控制系统的结构根据系统设计要求，实现油相、水相、主搅拌、均质搅拌电机转速控制，控制范围依次是10rpm~1500rpm、10rpm~1500rpm、10rpm~80rpm、100rpm~4500rpm；实现油相锅、水相锅、乳化锅温度的智能控制，控制量范围依次是：0~100℃、0~140℃、20~140℃；实现乳化压力控制，控制范围为-100Kpa~+100Kpa和液压升降控制。系统的结构如图2所示。控制系统主要由上位机、下位机两个部分组成，上位机采用三菱的HMI[3]；下位机采用三菱PLC[4]；电机的转速控制，采用三菱变频器实现。图2 乳化机控制系统结构图3.2 控制系统的模块划分系统的控制部分可以划分为各种模块，如图3所示。（1）压力采集模块实现将压力仪表的模拟电压信号转化为三菱PLC可以识别的数字量信号，压力表的信号通过三菱PLC的AD(FX2N-4AD)模拟量输入模块采样到PLC中。（2）温度采集模块油相锅、水相锅和乳化锅的使用铂电极(Pt100)测量温度，采用三线制接法。信号通过PLC的TM（FX2N-4AD-PT）PT100模块采样到PLC中。（3）连锁保护模块设置硬件和软件双重安全连锁装置，保证乳化锅在抽真空的过程中不能打开锅盖，液压站也不能启动。图3 乳化机控制系统模块图3.3 PLC容量选择乳化机控制系统的I/O点数分析见表1。表1 I/O点数分析表3.4 变频器的选择及通信乳化机系统有主搅拌电机1个，均质电机1个，液压站电机1个，真空泵1个，功率均为KW级，对于电能的消耗大，由于变频器具有调速节能和软启动节能的作用，因此考虑选择用变频器。本系统中选用三菱变频器。根据人机界面上控制的转速设定，输出4～20mA的信号以调节电机的转速，变频器的运行需要和PLC进行MODBUS通信来确定是否启动或停止。4 控制系统的软件设计4.1 软件设计的基本要求操作功能主要是方便操作，需要人机对话界面。系统的规模越大，自动化程度越高，要求也越复杂，比如下拉式菜单设计、趋势报警、I/O信息的显示以及有关数据、表格的更新存储和输出等。图4为设计的乳化锅人机界面。图4 乳化锅人机界面4.2 I/O信号及数据结构分析工业现场的检测信号是多种多样的，有模拟量也有开关量，三菱PLC就以这些现场的数据作为对被控对象进行控制的源信息。通过对PLC的工作现场数据进行分析，确定了每一个I/O信号的地址。依据生产过程从前至后，I/O点数由小到大的原则把I/O信号集中编址。部分I/O信号的分配见表2。表2 I/O信号的分配表乳化机的温度控制系统是以三个锅的温度为被控制参数，冷却水liuliang为控制参数的回路控制。由于锅温系统是具有大滞后和时变性的系统，被调量不能及时反映系统受到的扰动，调节器的动作需经过一定的滞后时间才能影响被调量，经常会引起系统的响应超调过大或发生振荡，导致系统过渡到其他操作状态，用常规PID控制很难得到满意的控制结果。本控制系统采用三菱公司的FX系列的PLC为核心部件，实现恒温控制，控制系统的原理框图如图5所示[5]。PLC根据采集的信号计算出偏差e(t)和偏差变化率ec(t)，按照模糊PID的控制规则计算控制量u(t)，并输出控制量u(t)。经过PLC的D/A转换，变成4～20mA的电流信号，送到调节阀来调节蒸汽或者冷却水的liuliang，实现系统温度的智能控制。图5 控制系统结构图5 总结本文采用三菱PLC、HMI、变频器设计了一套均质机自动控制系统，开发成本低、操作方便，能够实现在线监视、控制和警报。目前控制系统运行良好，显著tigao了乳化控制系统的自动化程度，降低了控制系统的超调量，减少系统运行时间，有效降低乳化机能耗。