荆州市西门子模块代理商

一.引言
      连续配料输送自动控制系统在水泥、煤炭、冶金、化工、饲料、食品等行业有很广泛的应用。具有功能全面，灵活性强，等特点，受到连续配料系统集成商和用户的欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。
      加盟WTO后，我国商品分销、配送服务市场将逐步扩大开放的领域和范围。而物流是企业发展的关键问题，物流会影响企业总体的生存和发展。在2000年物流成本占国内国民经济生产总值（GDP）的16.7%，而美国仅为10%以下。尤其是企业的物流设备水平与发达国家之间存在着巨大的差距，主要表现为，运输效率低，物流过程浪费惊人。我们知道，差距就是潜力和发展空间，因此，提高物流设备化水平，已成为当务之急。自动配料车是物流体系中运输分配的重要组成部分，它是能自动地存储和取出物料的系统。
二. 物料自动控制系统工艺生产控制
      物流自动控制系统主要是控制输送系统完成其物料的输送任务。在物料的入口处和出口处设有升降机和输送线。这样在库房、生产车间和包装车间范围内形成了一个既可顺畅到达各个生产位置同时又是封闭的循环输送线系统。所有生产过程中使用的有关物料和成品等，后都须装在贴有条形码的货箱里输送装车。在生产管理系统发出的生产指令的作用下，物料的从指定的入口处进入输送系统。物流自动控制系统如图1所示。
      总体控制要求：如图所示，系统由料斗、传送带、检测系统组成。配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动停止配料。料斗物料不足时停止配料并自动进料。
其工艺流程控制要求如下:
（1）初始状态        
      系统启动后，红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。
（2）装车控制
      装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S后，再启动启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S后启动M1，再经过2S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。
当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。
（3）停机控制
      关闭启动SD开关，自动配料装车的整个系统终止运行。

三. 系统硬件设计

2. I/O配置及接线
      为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，系统选用MITSUBISHI的 FX1N-40MR型PLC作为控制器，根据自动配料装车控制的要求， 电动机M1～M4，通过接触器KM1～KM4控制;为了方便操作人员监控，也可以采用信号灯显示出电动机的运行状态。

2.系统的PLC控制程序的结构
      用基本逻辑指令编程自动配料装车控制系统中，进料阀受料位传感器S1的控制，S1无监测信号，表明料不满，经5S后进料;S1有监测信号，表明料已满，中止进料。配料系统的启动，可以通过台秤下面的限位开关SQ1实现。当汽车开进装车位置时，在其自重作用下，接通SQ1，配料系统启动;当车装到吨位时，限位开关SQ2断开，停止配料。
      采用梯形图语言编制PLC控制程序。该控制程序以清晰的线性模块化方法体现出物流控制方式和结构。可分为以下几个部分：
①.运动设备/输送路径控制
对所有皮带输送机、滚轮输送机和升降机按照所需的模式运行，保证货箱在输送线上能够畅通、连续运行。按照货箱的路径识别码，控制输送线和别的输送线交换装置，实现货箱输送当中的路径选择。
②.自动识别系统的数据处理
把条形码激光扫描仪和PLC的实时数据库相通信，完成对输送线上货箱的自动识别。
③.上位机生产管理系统的通信接口/实时数据库管理系统
主要处理与上位机的信息交换，包括通讯规约、报文格式、通讯编码和解码及诊错等。利用数据块建立记录存储区，存储货箱的信息。利用功能块实现对数据库的操作，为输送系统路径识别提供控制依据。
④. 组态监控的数据处理    
配合监控，进行的数据处理，主要有报警处理、设备运行状态的数据处理等。
⑤.缺料换仓　
      当配料过程中，该仓号物料已配完，系统自动提示缺料报警。按[缺料换仓]按钮，弹出对话框，输入需更换的仓号，确定，再按[清故障]按钮，即可完成换仓，并进入自动配料状态。注：换仓后，须更改配料顺序。将缺料仓设为0，新更换的仓号设为与原来的顺序一致，便于报表统计。
      经分析可知，本系统是一个按一定顺序动作的控制过程，采用可使每一工步严格按顺序动作，若用步进指令编程则程序更容易理解和方便阅读。
五. 结束语
      该物料自动控制系统经过调试和运行，其生产物料自动配送能力可以满足各种产品的生产需求，可以满足相关物流公司的设备和生产的高水平和高效率运转的。在现代工业控制中，该系统犹如不知疲惫的搬运工，严格按照程序指令连续不断地进行物料输送。该系统的投入使企业彻底抛弃了手工操作，配料方式进入科学数据化生产，个人也从粉尘、噪音等恶劣的劳动环境中解脱出来。不仅如此，稳定的高质量的配料更带来了产品质量的提高。系统投入后，产品密度、假比重等主要技术指标有较大提高，所以，物流自动控制系统在生产制造和加工领域里，尤其是在大规模、高效率、连续生产的物流公司现场，的确是一项值得推广的技术。整个系统现已投入使用，它对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程以及网络销售领域等物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。

原有4套钻、铣床设备，用于轻轨精整。其电气控制系统采用继电器及接触器构成，控制手段比较落后，控制效果完全取决于操作工经验和精神状态，各道工序间连贯性差，费时又费力，故障率较高且维修困难，影响了生产效率。因此，有必要进行技术改造。 PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短等优点，特别适合于机床控制和故障自诊断系统，可以大大减少继电器等元器件的数量，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而,用PLC控制系统替代体积大、投资大、耗能大的继电器是电气控制系统发展的趋势。鉴于上述原因，我们利用PLC技术对原有电气系统进行了全面技术改造。
2.系统功能
　　轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：
　　（1） 切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。
　　（2） 自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员迅速采取措施，避免或减少事故所造成的损失。
　　（3） 自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。
　　（4） 紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。
　　为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。
3. 系统组成
　　PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现[1]，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制系统结构如下：

该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。
　　1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分。
　　a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
　　b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。
　　2）控制运算部分
　　控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。
　　3）输出部分包括报警装置、输送和动力装置、固定装置
　　a.报警装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。绿色表示系统正常，黄色表示系统参数超范围，但仍能工作，需要进行处理;红色报警并伴随报警声音，必须紧急停机处理。
　　b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
　　c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
4.系统软件设计
　　4.1 PLC软件设计考虑的问题
　　利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：
　　（1） 强电关断优先原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电，只要关断信号XO2= 1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能同时动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，任何一个回路启动后必须同时关断另一 个回路，从而保证两者不能同时动作。

3） 顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个动作常开触点串在下一个控制动作中，同时将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，

影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会更加稳定 [2] 。
　　4.2 PLC基本控制程序设计

4.3 故障诊断模块的程序设计
　　对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。
　　采用故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。[3][4]
　　（1） 故障结构分析 
　在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为系统的故障层次结构。

　　（2）程序设计
　　系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：
　　a. 必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的安全可靠运行考虑，以便系统能及时进行故障处理;
　　b. 应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
5.结束语
　　经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行,运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。
　　本文作者创新点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，并使之具有故障诊断和报警功能，系统结构简单，操作方便。