基于PLC控制的自動配料系統(tǒng)的應(yīng)用

0.引言

　　自動配料系統(tǒng)是精細(xì)化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序，配料工序質(zhì)量對整個產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴(yán)格地協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機(jī)、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機(jī)輸送的物料進(jìn)行計量。PLC主要承擔(dān)對輸送設(shè)備、秤量過程進(jìn)行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調(diào)節(jié)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速的作用。

1.自動配料系統(tǒng)的構(gòu)成

　　該自動配料系統(tǒng)由5臺電子皮帶秤配料線組成，編號分別為1#、2#、3# 、4#、5#、，其中1#～4#為一組，1#為主料秤，其余三臺為輔料秤。當(dāng)不需要添加輔料時，5#電子秤單獨(dú)工作輸送主料。系統(tǒng)具有恒流量和配比控制兩種功能。對于恒流量控制時，電子皮帶秤根據(jù)皮帶上物料的多少自動調(diào)節(jié)皮帶速度，以達(dá)到所設(shè)定流量要求。以主秤（1#）系統(tǒng)工藝流程來分析，工藝流程如圖1所示。

　　自動配料系統(tǒng)加電后，皮帶驅(qū)動電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，微處理機(jī)根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運(yùn)送到達(dá)稱重區(qū)，由電子皮帶秤對皮帶上的物料進(jìn)行稱重。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小輸出一個電壓信號，經(jīng)變送器放大，輸出一個正比于物料重量的計量電平信號。該信號送至上位機(jī)的接口，經(jīng)采樣后并轉(zhuǎn)換成一個流量信號，在上位機(jī)上顯示當(dāng)前流量值。同時將此流量信號送至PLC接口，與上位機(jī)設(shè)定的各種配料給定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，其控制量送至變頻器，以此來改變變頻器的輸出值，從而改變驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)整給定量，使之與設(shè)定值相等，完成自動配料過程。

　　圖1：系統(tǒng)工藝流程

　　流量就是一定時間內(nèi)皮帶上走過的物料量。電子皮帶秤稱量的是瞬時流量，上位機(jī)給出的是設(shè)定流量，二者在實時計量中有所偏差。在流量實際控制中采用工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的PID調(diào)節(jié)，根據(jù)流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關(guān)系在時域中可用公式表示如下：

　　公式中e（t）表示誤差、控制器輸入，u（t）是控制器的輸出，kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。圖2為系統(tǒng)流量PID閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。在生產(chǎn)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)時，以主料成分的流量計量為依據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過上位機(jī)設(shè)定出總流量及主、輔料配比參數(shù)，按配方比例摻雜其余輔料。流量計量控制是計量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠和調(diào)整方便等優(yōu)點。