某工廠粉料輸送控制系統的研究與設計

楊勤林　謝廣興　姚晶宏

摘 要

針對工業生產粉料輸送中存在的人力勞動強度較大、粉塵現象嚴重以及可控性較差等問題，研究并設計了一套以PLC為核心的粉料輸送控制系統，從而大大減少了人工操作，降低了工人勞動強度，減少了車間的粉塵，提高了系統的可靠性以及可控性。

【關鍵詞】粉料輸送控制系統 PLC 設計

1 引言

在傳統工業生產中，當生產原料中有粉料時，往往依賴人力進行粉料的輸送、投入等操作，一是增大了工人的勞動負荷，二是降低了粉料攪拌的均勻性以及投入量的準確性，三是造成了生產車間的粉塵現象，對工人的健康造成較大的傷害。針對這些問題，本文研究設計了一套以PLC為核心的粉料輸送控制系統，不僅大大減少了工人勞動強度，更降低了車間的粉塵，同時提高了系統的可靠性，提升了產品的質量。

2 粉料輸送控制系統的總體設計

根據工廠生產需要，粉料輸送控制系統需要先將原料進行充分的攪拌，待原料攪拌均勻后，對其進行稱重，而后將給定量的原料自動輸送至相應的設備進行生產，其中整個粉料輸送控制系統的流程圖如圖1所示。

本系統是以PLC為核心的自動控制系統，系統通過數據采集模塊對攪拌時間、加工時間、原料重量等信息進行采集，根據預先設定好的時間與重量值，控制執行模塊對攪拌設備、稱重設備或輸送設備進行控制。工作人員通過上位機即可對整個系統工作狀態進行監視，并通過對上位機的操作和參數修改即可完成對系統的調整控制，另外系統通過以太網完成各硬件部分之間的通訊。具體的粉料輸送控制系統總體結構框圖如圖2所示。

3 粉料輸送系統的硬件設計

3.1 控制模塊的設計

由于PLC使用方便，性價比較高，編程快捷，功能較強，適應性較強，并且有著較高的可靠性及較強的抗干擾能力，因此選用PLC作為粉料輸送控制系統的核心，筆者通過分析和比較，選用的PLC為美國Rockwell公司所生產的型號為Control Logix 5000的PLC。在設計PLC控制模塊時，根據現場的實際生產需要，選擇I/O點數滿足要求的PLC，并對其進行合理的分配，擴展通信、模擬量控制及數字量控制等功能。

在對粉料原料進行稱重時，傳感器獲得的數據信息是模擬量信號，需要在稱重設備與PLC之間增加一個模擬量數字量轉換裝置，即A/D轉換器，從而將模擬量信號轉換為數字信號供PLC處理。

在利用變頻器對粉料輸送設備的電動機進行控制時，PLC輸出的是數字信號，因此需要在PLC與輸送設備之間增設數字量模擬量轉換裝置即D/A轉換器，從而實現數字量信號轉換為模擬量信號，進而實現粉料輸送速度的快慢調節。

3.2 上位機的設計

由于工業生產的需要，粉料輸送控制系統需要有較高的交互性，從而使得系統具有較高的可控性。粉料輸送控制系統利用上位機實現對系統各種數據信號的綜合和顯示，并采用Wondare公司的Intouch軟件，為工作人員提供了可視化工具，使得其可以便捷地通過界面操作完成對系統相關的操作及參數的修改。與其他人機界面相比較，Intouch有著較高的開放性，具備較強的適應能力，還具有較強的網絡功能，使用戶可以較為輕松地完成網絡通信功能，另外Intouch還具有數據庫功能，能夠與其他數據庫十分便捷地實現互聯，這也就大大提高了粉料輸送控制系統的可控性。

3.3 數據采集模塊的設計

在粉料原料進行稱重和輸送時，需要對粉料的重量及輸送速度進行精準的控制，既要避免重量超重，速度過快導致生產設備過負荷，又要避免重量不足，速度過慢導致生產設備欠負荷，另外在對粉料原料進行攪拌時，也要保證足夠的攪拌時間，避免攪拌時間不足導致的原料不均勻，避免這些情況可能對產品質量造成的影響，也是粉料輸送控制系統的既定要求。

粉料輸送控制系統在稱重設備上裝有重量傳感器，實時將粉料原料的重量信息反饋至PLC控制模塊，另外在輸送設備上也裝有速度傳感器，對輸送設備的輸送速度進行實時監控，此外系統還加入了計時器，以對時間進行精準的控制。粉料輸送控制系統通過精準的數據采集模塊，實現對粉料輸送的精準控制，大大提高了生產效率與產品質量。

3.4 執行模塊的設計

執行模塊是粉料輸送控制系統中的重要模塊，精準的控制離不開執行模塊快速的響應能力，因此在對執行模塊進行設計時，較好的響應速度是重要的影響因素。

3.4.1 攪拌設備

系統選用攪拌能力較強的攪拌設備，并受PLC控制模塊的控制，保證充足的攪拌時間，保證粉料原料得到充分的攪拌。另外攪拌設備還應具有較高的響應能力，當PLC控制模塊發出開始攪拌命令后，立即開始攪拌，而當其發出停止攪拌命令后，立即停止攪拌，這樣可以大大減少信號延遲以及啟動、停機延遲帶來的誤差，同時當緊急停機時，能夠大大提高系統的安全性。

3.4.2 稱重設備

為了保證精準的重量測量，粉料輸送控制系統采用了美國梅特勒品牌的稱重設備，具有絕佳的準確性、快速性及便捷性，從而大大提高了原料重量控制的準確性，提升了系統的響應能力。

3.4.3輸送設備

粉料輸送控制系統中選用了瑞士進口的Gericke公司的粉料輸送系統，作為一家在粉體處理領域擁有超過百年歷史的企業，其在粉體處理行業中處于國際領先地位。Gericke粉料輸送系統有著優良的粉料輸送性能，能夠自動識別排除外界干擾，保證輸送量的穩定性，同時具有較快的響應速度，大大提高了整個粉料輸送控制系統的可靠性。

3.5 通訊模塊的設計

通訊模塊作為連接粉料輸送系統各個模塊的通道，其傳輸速度和可靠性對系統的安全性及響應能力有著重要的影響。由于以太網是當今現有局域網中最通用的通信協議標準，足以滿足系統對通訊的要求，因此本系統選擇以太網作為系統的通訊方式，通過以太網，將系統中的各模塊連接起來，從而實現了各模塊間的通訊與數據交互，保證了系統的正常運行。endprint

4 粉料輸送系統的軟件設計

4.1 軟件設計平臺的選擇

除了硬件設計外，軟件的設計是否合理，也直接影響到粉料輸送系統能否按照預想正常工作，本系統中的PLC部分統一采用美國Rockwell Control Logix 5000進行編寫。由于羅克韋爾的RSLogix5000是模塊化的，用戶可以十分便捷有效地進行軟件的編寫，并且還提供專用于順序控制、運動控制、過程控制以及傳動控制的指令集，大大提高了生產效率。另外Rockwell Control Logix 5000與以太網有著較好的適應能力，能夠實現數據的快速處理與傳輸。

4.2 軟件設計

粉料輸送控制系統中利用美國Rockwell Control Logix 5000平臺，遵循模塊化的原則進行軟件的設計編寫。為了增強程序的可讀性及可擴展性，便于及時對程序中的問題進行查找和修改，將系統程序分為四個子程序，分別為順序啟動子程序、順序停機子程序、修改調整子程序以及告警子程序。

4.2.1順序啟動子程序

粉料輸送控制系統的啟動需要遵循一定的順序，切忌違背順序啟動設備，以避免對設備等的損壞。在順序啟動子程序中，采用順序程序，以前一個設備的運行信號作為后一個設備的啟動信號，并留有延時，逐個設備進行啟動，避免違背啟動順序造成的損壞。

4.2.2 順序停機子程序

當粉料輸送控制系統啟動后，在正常情況下需要停機時，同啟動過程一樣，也需要遵循一定的順序，順著來料的方向逐個設備進行停機，使正在輸送的粉料原料走完全部設備，避免原料在設備中的堆積與阻塞。

4.2.3修改調整子程序

在粉料輸送系統正常運行時，有時需要對運行參數進行修改，通過修改調整子程序，能夠實現不停機下參數的修改。將參數修改后，將根據實際情況，精準地實現參數的調整與修改。

4.2.4告警子程序

在粉料輸送系統正常運行中，如果因為外界擾動或設備故障等因素造成系統無法正常運行時，通過告警子程序，當發生輕微擾動時，發出警告，使工作人員盡快發現并解決；當發生故障或嚴重擾動時，緊急停機，避免造成更大的損壞。

5 總結

本文研究設計的粉料輸送控制系統能夠有效解決工業生產粉料輸送中存在的問題，降低了工人的勞動強度，減少了投料所致的車間粉塵，更提高了系統的可靠性和安全性，降低了維護成本，提高了生產效率和產品質量，大大提高了工廠的經濟效益。

參考文獻

[1]李成群等.PLC在礦山破碎給料輸送控制系統中的應用[J].礦山機械，2012，3（40）：52-56.

[2]李江燕.牙膏生產粉料輸送系統的技術現狀及發展趨勢[J].牙膏工業，2008，2（3）；46-47.

[3]高寶軍.拌合系統粉料輸送優化對比[J].科技與企業，2013，23（10）：329-330.

作者單位

東莞市力源機電工程有限公司 廣東省東莞市 523000endprint