1、冶金自動化）年增刊在石墨生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)中的應(yīng)用熊科。石中鎖北科技大學(xué)信息】枉學(xué)院，北京（摘要】本女介紹的是基可編程控制器（）口料控制器位機(jī)（微機(jī)）的自動化配料系統(tǒng)。囂輔相成，構(gòu)成一套較為完整的控制、監(jiān)視系統(tǒng)。奉若革陶注日編程控制器杠該系統(tǒng)中的控制作用【關(guān)鍵】日編程控制器料控制器；位機(jī)；自動化引言本文主要結(jié)合在山西某炭素廠的自動化配料系統(tǒng)巾的且體應(yīng)用做如介紹。設(shè)廠生產(chǎn)的是右罨電扳，石墨電飯的生產(chǎn)是一個(gè)多種藝相結(jié)合的復(fù)雜過程。其主要藝包括：煅燒，破碎，篩分盟配料；混捏；成型；焙燒；浸潰；：墨化；機(jī)械加卜成品榆騎，包裝其配料是石墨電極啦產(chǎn)過程巾的關(guān)鍵序酣方的編制及配料操作的正確性穩(wěn)定眭對最終產(chǎn)品

2、的物理囝化學(xué)性能和各。序的成品率都有明顯影響：在我們?yōu)樵搹S設(shè)計(jì)這一自動化配料系統(tǒng)之前，該廠在這配料環(huán)節(jié)上所采用的是人丁的方式，這種方式生產(chǎn)效率很低，太大影響了廠的效益，同時(shí)丁人的勞動強(qiáng)度很大，加上現(xiàn)場作環(huán)境比較惡劣，對人的身心健康很不利。培于多方面因素考慮，浚廠決定要實(shí)現(xiàn)自動化配料，所以就有我們所設(shè)計(jì)的這一動化自料系統(tǒng)。系統(tǒng)概述該系統(tǒng)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控界面如同所示。自動配料系統(tǒng)（北線）誓一一掣一、奠目橫現(xiàn)場界面居于編程角度的考慮，我們將現(xiàn)場的個(gè)料槽接順序依次定義為號料梢到號料槽？每個(gè)料槽裝了種不同規(guī)格的原料，另外兩個(gè)混¨繃镕¨”；：镕捍鍋依次定義為號錨和號鍋。每次配料小車從

3、個(gè)料槽接完料后從終點(diǎn)返叫，將料卸到號鍋或號鍋，留待一個(gè)產(chǎn)環(huán)，使用，日】：镕日镕，）月自，±日“自自自十月冶金自動化年增刊系統(tǒng)原理整體系統(tǒng)原理框圖如圖所示。圖自動配料系統(tǒng)原理框圖上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要功能現(xiàn)場的情況是配料車間在二樓，而配料控制室卻在一樓。由于條件限制，配料車間沒有安裝監(jiān)視裝置。也就是說如果操作工在一樓操作生產(chǎn)的話，將無法知曉配料車間里小車的具體位置。根據(jù)這一情況，我們在小車到達(dá)原點(diǎn)、終點(diǎn)、各個(gè)料槽和各個(gè)混捏鍋（卸料的位置）時(shí)通過返回來不同的信號，送到上位機(jī)的板。上位機(jī)程序通過檢測，判斷出每個(gè)信號，實(shí)時(shí)地顯示出現(xiàn)場小車的位置（如圖所示，。料槽的紅燈亮表示現(xiàn)場小車已經(jīng)到達(dá)了該位置

4、）。此外，上位機(jī)還實(shí)現(xiàn)一個(gè)重要的功能就是，通過一串口通信，讀取每個(gè)料槽的實(shí)際配料重量。實(shí)現(xiàn)的主要功能一是判斷料槽或混捏鍋是否選錯(cuò)，我們要求在配料開始前每次必須要選擇一個(gè)或多個(gè)料槽，而混捏鍋必須并且只能選擇一個(gè)。如果有錯(cuò)，就會報(bào)警。二是控制小車前進(jìn)接料，并準(zhǔn)確定位每個(gè)料槽的位置；控制小車后退卸料，并準(zhǔn)確定位混捏鍋的位置。三是在配料過程中配合配料控制器工作，對所配到的原料重量進(jìn)行測量。總而言之就是實(shí)現(xiàn)整個(gè)配料過程的自動化控制。即可以讓小車完全自動的動作，完成每一個(gè)周期的配料工作。配料控制器控制原理配料之前要把配方通過上位機(jī)下載到配料控制器。配方分兩部分，一是每個(gè)料槽實(shí)際要配料的重量，二是事先測好的

5、每個(gè)料槽的飛料的重量。開始配料時(shí)，當(dāng)小車在某個(gè)料槽所接的料與該料槽要求配料的重量減去該料槽的飛料重量后的差值相等，配料控制器馬上給發(fā)出一個(gè)停止配料的信號，接到信號后馬上響應(yīng)，并控制小車走出該料槽，同時(shí)料槽會自動關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)的主要功能介紹該配料系統(tǒng)所選用的是日本公司生產(chǎn)的型。其的型號為。日本公司是專業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)備的廠家，其系列產(chǎn)品以其較好的性能價(jià)格比而廣泛應(yīng)用于材料處理、食品加工、過程控制等領(lǐng)域，在我國市場上也占有較大的份額。系列可分為微型、小型、中型和大型四種。輸出模塊有觸點(diǎn)輸出模塊、晶體管輸出模塊和輸出模塊三種類型可選。型有一個(gè)接口，因此不需要鏈接模塊，即可直接鏈接具有接口的外部設(shè)備，如顯示終

6、端，打印機(jī)等。另外還有一個(gè)外部設(shè)備接口，主要用來連接編程器。型最大點(diǎn)數(shù)為，程序容量為字，數(shù)據(jù)存儲容量為字。計(jì)時(shí)器及計(jì)數(shù)器總數(shù)為個(gè)，指令條數(shù)為條，執(zhí)行一條指令時(shí)間：爐。通常，內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)地址分為：內(nèi)部寄存器；特殊寄存器；保持寄存器；暫存寄存器；輔助寄存器；時(shí)間計(jì)數(shù)寄存器；數(shù)據(jù)存儲器等等。在自動配料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的主要功能在這一自動化配料系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)順序控制的過程。其中的程序是根據(jù)三種操作方式即單步、單周期和連續(xù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。所謂“單步”就是，每按一次“啟動”按鈕，將完成規(guī)定的各步動作，如小車前進(jìn)、延時(shí)和小車后退等。“單周期”是指按一次“啟動”按鈕后，將完成一個(gè)周期的動作，即小車從原點(diǎn)出發(fā)，到

7、各個(gè)料槽接完料后到達(dá)終點(diǎn)，然后返回到其中一個(gè)混捏鍋卸料，再回到原點(diǎn)停止。在這整個(gè)過程中，各個(gè)動作都是自動進(jìn)行的。而“連續(xù)”是指，按一次啟動按鈕后，將執(zhí)行連續(xù)的工作，理論上可以完成無數(shù)單周期的動作，直至按下“復(fù)位”按鈕，在完成當(dāng)時(shí)所在周期的動作后，使小車返回原點(diǎn)停止。我們主要采用了步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)該部分的程序。步進(jìn)指令可以讓配料小車按照事先假定的各步順序進(jìn)行動作。下面著重談一下在該系統(tǒng)控制過程中的一些技術(shù)難點(diǎn)的處理方式。首先，配料小車的定位問題。在這個(gè)配料系冶金自動匕年增刊統(tǒng)中，一個(gè)關(guān)鍵性的問題就是要求準(zhǔn)確定位小車的位置。我們在每個(gè)料槽下方的地面上固定有一個(gè)高約鐵樁子，鐵樁子的頂部焊有一塊面積約正

8、方形鐵片。在混捏鍋附近的地面上也做了同樣的設(shè)置。此外，我們在小車的底座上裝有一個(gè)接近開關(guān)，這種開關(guān)是電磁感應(yīng)式的，其最大有效距離是。在這個(gè)距離范圍內(nèi)，當(dāng)它的感應(yīng)到正對著上述鐵片時(shí)就會閉合。我們在的輸入模塊中設(shè)置了一個(gè)常開的繼電器觸點(diǎn)跟接近開關(guān)對應(yīng)，當(dāng)配料小車到達(dá)每價(jià)料槽的時(shí)候都會返回來一個(gè)輸入信號給，通過程序中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定每個(gè)料槽的位置，然后再結(jié)合先前設(shè)定的是否需要在所到達(dá)的料槽接料的開關(guān)信號，進(jìn)行判斷是否需要發(fā)出停車接料的輸出信號。對混捏鍋的定位也采用了相類似的方法。其次，連續(xù)功能實(shí)現(xiàn)。在自動程序中，我們使用了一個(gè)保持繼電器，其地址編號為，在執(zhí)行步進(jìn)指令之前使其置位。保持繼電器

9、的功能在于，一旦置位，其常開觸電將閉合，常閉觸點(diǎn)將斷開，并一直保持這種狀態(tài)，直到保持繼電器的復(fù)位端有高電平脈沖輸入。在小車回到原點(diǎn)后，進(jìn)行一次判斷，如果的常開觸點(diǎn)處于狀態(tài)，則小車在回到原點(diǎn)停止并延時(shí)后自動又進(jìn)入了第一步，即又開始了一個(gè)新周期的配料工作。從而達(dá)到了連續(xù)的效果。在設(shè)置讓配料小車連續(xù)工作的程序中，有一個(gè)必須要解決的問題就是，如何在需要的時(shí)候讓小車停止連續(xù)工作的狀態(tài)。我們主要利用前面提到了一個(gè)“復(fù)位”按鈕來終止連續(xù)的工作狀態(tài)。按下該按鈕后，就產(chǎn)生了一個(gè)輸入脈沖到的輸入點(diǎn)上，這個(gè)輸入點(diǎn)地址對應(yīng)的常開觸點(diǎn)在程序中是與前面提到的保持繼電器的復(fù)位端相連的。也就是說只要按下“復(fù)位”按鈕，保持繼電

10、器的將復(fù)位，其所有繼電器的狀態(tài)也隨之改變。等到小車回到原點(diǎn)作出判斷時(shí)，發(fā)現(xiàn)常開觸點(diǎn)已經(jīng)斷開，則不再讓小車動作。最后，談一下在整個(gè)配料系統(tǒng)中是如何配合其他設(shè)備工作的。我們知道，小車在接料的時(shí)候是處于靜止?fàn)顟B(tài)的。什么時(shí)候該前進(jìn)了，是由配料控制器“說”了算的。配料控制器根據(jù)配料前設(shè)好的配方，并實(shí)時(shí)計(jì)算正在配的原料重量，在適當(dāng)時(shí)候會給發(fā)出一個(gè)“停止接料”的信號。眥在接收到該信號后馬上執(zhí)行小車前進(jìn)的指令。但是小車在每個(gè)料槽接完料后是不能直接走到下一個(gè)料槽接料的，因?yàn)槲覀円獙υ诿總€(gè)料槽所接料的實(shí)際重量進(jìn)行測量。測量丁作是由裝在小車底部的稱重傳感器和一個(gè)變送模塊加上控制室中的配料控制器來完成的。考慮到小車在

11、運(yùn)動過程中稱重傳感器受到的干擾較大，所測出來的重量誤差就會很大。所以我們在程序中設(shè)定，在小車從一個(gè)料槽接完料后，到達(dá)下一個(gè)料槽之前（最后一個(gè)料槽對應(yīng)的是到達(dá)終點(diǎn)之前），讓小車停止運(yùn)動，并延時(shí)。等待配料控制器把重量測好以后再繼續(xù)前進(jìn)。實(shí)現(xiàn)的具體的順序控制原理如圖所示。圈控制原理圖冶金自動年增刊結(jié)束語編程是靈活多變的，只有密切結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)作情況，才能將該的控制作用發(fā)揮得恰到好處，保證配料系統(tǒng)的安全性，可靠性和穩(wěn)定性，從而才能做到在保證配料精度的前提下，有效地提高生產(chǎn)效率。我們所設(shè)計(jì)的這一自動化配料系統(tǒng)于年月日投產(chǎn)，據(jù)用戶反饋的信息表明，在使用了該系統(tǒng)后，工廠的生產(chǎn)效率提高了左右，工廠的效益得到

12、很大程度的改觀。參考文獻(xiàn)楊長能，張興毅可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用重慶：重慶大學(xué)出版社，編輯：魏方 PLC在石墨生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)中的應(yīng)用作者：熊科， 石中鎖作者單位：北京科技大學(xué)信息工程學(xué)院,北京 100083相似文獻(xiàn)(4條1.會議論文 張健輝 一個(gè)用PLC代替配合料控制系統(tǒng) 1999該文介紹了一種用PLC代替配料控制器的配料控制系統(tǒng)，介紹了軟件程序的設(shè)計(jì)思想。2.學(xué)位論文 趙佰亭 全自動小料配料稱量系統(tǒng)智能控制和控制方法的研究 2005本課題所研究的配料稱量系統(tǒng)主要針對于橡膠行業(yè)的配料環(huán)節(jié)，采用了自適應(yīng)模糊PID控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對橡膠配料過程的自動化控制。主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型的

13、建立及控制算法的研究、智能配料控制器的開發(fā)、軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通訊。 首先，闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了三級計(jì)算機(jī)控制的方案，把系統(tǒng)從上到下分為管理級、系統(tǒng)控制級、設(shè)備控制級，形成分級分布式控制。 然后，系統(tǒng)闡述了系統(tǒng)三級計(jì)算機(jī)控制的具體實(shí)現(xiàn)方案。設(shè)備控制級是整個(gè)系統(tǒng)研制的核心，在TOLEDO儀表的硬件基礎(chǔ)上研制了智能配料控制器，并解決了設(shè)備級和管理級、系統(tǒng)控制級的網(wǎng)絡(luò)通訊問題。系統(tǒng)控制級使用性能可靠的工業(yè)可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)整體運(yùn)行的控制。管理級采用工控計(jì)算機(jī)，解決了不同PLC的接口通訊問題，實(shí)現(xiàn)了管理級與控制級多種PLC的

14、對接，并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)配方下傳運(yùn)行，強(qiáng)大的報(bào)表功能對工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和管理。 最后，基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在該模型的基礎(chǔ)上給出了自適應(yīng)模糊PID控制算法，并設(shè)計(jì)了智能采樣環(huán)節(jié)、給出了落差預(yù)估算法。由于控制過程中各種信號量以及評價(jià)指標(biāo)不易定量表示，模糊理論是解決這一問題的有效途徑，運(yùn)用模糊推理，即可實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的最佳調(diào)整，解決了現(xiàn)有配料系統(tǒng)控制參數(shù)多、復(fù)雜的問題，并有效解決了稱量速度和稱量精度的矛盾。和以往配料控制系統(tǒng)中采用的雙段速控制比較，提高了稱量精度和效率。3.期刊論文 李翠英. 袁貴棟. 任有志. 周芬萍 微機(jī)控制自動物料配比系統(tǒng)的開發(fā) -組合機(jī)床與自動化加工技

15、術(shù)2003(3介紹了利用配料控制器CB920及可編程控制器PLC開發(fā)的微機(jī)控制自動物料配比系統(tǒng),可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求設(shè)定各種物料的混合比例,并實(shí)現(xiàn)自動定量送料與混合,有效地保證了配料質(zhì)量,提高了勞動生產(chǎn)率.4.學(xué)位論文 王堯 可編程稱重控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2007稱重控制器是包裝、建筑等行業(yè)的重要控制設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，食品包裝行業(yè)方興未艾，開發(fā)高精度、智能型的稱重控制器已成為必然。本文面向定量包裝稱量控制領(lǐng)域，借鑒國內(nèi)外可編程稱重控制器的設(shè)計(jì)，給出了可編程稱重控制器的主要設(shè)計(jì)方案和技術(shù)指標(biāo)，開發(fā)了一款基于C8051F020增強(qiáng)型單片機(jī)的可編程稱重控制器。本文詳細(xì)給出了稱重控制器的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)配料生產(chǎn)的工藝要求，采用單片微機(jī)設(shè)計(jì)，集測量控制一體化的新型稱重控制器，可實(shí)現(xiàn)自動稱重、配料控制和聯(lián)機(jī)測控，具有較高的性能價(jià)格比。 稱重控制器是一種軟硬件緊密結(jié)合的產(chǎn)品。在硬件設(shè)計(jì)中，我們采用Cygnal公司的具有增強(qiáng)型51內(nèi)核、基于SOC設(shè)計(jì)的C8051F020單片機(jī)及Cirrus公司針對電子秤設(shè)計(jì)的具有24位分辨率的高精度A/D芯片CS5550，精心設(shè)計(jì)測控電路，充分發(fā)揮各器件的功能。本稱重控制器具有8路開關(guān)量輸入和8路繼電器輸出控