PLCとマルチヘッド計量機に基づく自動バッチ制御システムの設計

著者：Smartweigh–マルチヘッド計量器

1 はじめに 中山スマート計量製造の分野では、調味とは一般的に、原材料を一定の比率で混合して新しい原材料を製造することです。したがって、調味はこの分野の製造の重要な構成要素です。加工プロセスでは、さまざまな原材料を厳密に比率に従って均一に混合する必要があり、調味機械によって実行する必要があります。この段階で、加工工場では一般的に2つの方法を使用します。1つ目の方法は、手動で計量し、さまざまな原材料を別々にバッチマシンに入れて混合する方法です。もう1つの方法は、自動計量、完全自動混合です。

多くの初期原料は粉末または顆粒であるため、人力による調味を行うと、粉塵やその他の汚れを吸い込みやすく、職業上の危険を引き起こし、生産リスクと人的資本コストが増加します。したがって、建設現場で人力による調味を管理することはできず、ミスマッチが発生しやすく、品質が保証されないだけでなく、管理コストも増加します。製品の品質をより良く保証し、生産性を向上させるために、正確で信頼性の高い自動バッチシステムソフトウェアを選択する必要があると規定されています。 2 PLC、産業用制御コンピュータ、マルチヘッド計量機による自動バッチシステムに従って、中山スマート計量の現在の自動バッチシステムでは、作業員がまず原料を計量ワークショップに運びます。計量が完了したら、原料は手動でバッチマシンに送られます。調味を行うために、計量生産ワークショップは杭州四方マルチヘッド計量機を使用して計量を行います。RS232ポートに従って、産業オートメーションサーバーに接続されます。メインコントロールルームに設置された産業用オートメーションサーバーは、計量結果の記録と計量データ情報の表示を担当します。また、オペレーターは制御回路に基づいて、メインコントロールルームで調味工程全体の開始と停止を手動で制御できます。

この方法は効率的ではありません。さらに、C言語で開発・設計されたDOSプログラムプロセスはサーバー上で動作しており[1]、拡張性が低く、ヒューマンコンピュータインタラクション技術が難しく、自動バッチ処理に必要なすべての機能を実行できません。生産効率の向上とコスト管理をより効果的に行うためには、自動バッチ処理システムを選択する必要があります。新しいシステムは、マスタースレーブ関係構造を採用しています。

産業用コンピュータを上位サーバーとして使用し、シーメンスPLC[2]、ソフトスタータ、マルチヘッド計量器をそれぞれ上位スレーブおよび下位スレーブとして使用します。サーバーは主導的な役割を果たし、各スレーブの通信管理と操作を完了し、パルス信号変換後に産業用制御コンピュータのRS-232非同期通信ポートをPLCに接続して、上位コンピュータと下位コンピュータ間の通信のための物理的な安全チャネルを作成します。サーバーの別のRS-232ポートをマルチヘッド計量器の通信ポートに接続して、2番目の物理的な安全チャネルを形成します。上位コンピュータのソフトウェアは、ポーリング方式を選択してスレーブステーションと1つずつ通信します。

上位コンピュータソフトウェアは、日々のタスクの全体計画の結果をPLCに送信します。PLCの動作の全プロセスにおいて、上位コンピュータソフトウェアは、上位コンピュータソフトウェアの接続指示を使用して、下位コンピュータの動作とデータ情報領域の内容を監視し、PLCデータを即座にロードします。内部状況とそのマルチヘッド計量のリアルタイムデータは、ホストコンピュータソフトウェアに表示されます。全体として、システムソフトウェアには次の機能があります。①全自動バッチ処理。秘密のレシピが設定されると、システムソフトウェアは実際のオペレーターの介入なしに秘密のレシピに従って材料を自動的に計量します。②フォーム機能があり、日報、リアルタイムフォーム、月報、年次報告などを生成できます。③表の動的な拡張と変更。システムソフトウェアは、専門技術者または実際のオペレーターが設定された管理権限に従って変更できるようにし、秘密のレシピの制御を強化し、変更の時間と実際の操作を記録します。スタッフシリアル番号。 4. 電源オフ修復機能。システムソフトウェアは、電源が突然オフになったときに、電源オフ前の正確な測定記録を修復できます。 5. ローカルエリアネットワーク共有機能。サーバーはローカルエリアネットワークでリソースデータ情報を共有でき、生産現場の担当者は建設の進捗状況やその他の状況を追跡できます。 2.1 システムの構成 すべての自動バッチミキサーは、産業用コンピュータ、PLC、工業生産用マルチヘッド計量器、ソフトスターター、振動モーター、ミキサー、センサー、コンベアベルトなどで構成されています。

上位産業制御コンピュータは、ヒューマンコンピュータインタラクション技術ページを表示し、情報コンテンツ入力の操作、データベース管理、データ情報表示情報、保存、統計分析、フォームなどの機能を実行します。上位コンピュータソフトウェアは、IPC810産業制御コンピュータを使用します。主なタスクは次のとおりです。産業オートメーションサーバーは、まず実際の操作スタッフの順序に従って特定のシリアル番号の秘密のレシピをロードし、次に秘密のレシピの調味料の比率と順序に従って、調味料を開始するコマンドをPLCに送信して、PLCが専用ソフトウェアランチャーを起動できるようにします。調味料の全プロセスにおいて、産業オートメーションサーバーはポーリング方式を使用してPLCの状態ワードをリアルタイムでロードし、PLCとその従属機械の動作を制御します。計量データ情報については、調味料戦略に従って、計量が秘密のレシピのプリセット値に近づくと、サーバーは調味料を終了するコマンドをPLCに送信します。秘伝のレシピに基づくすべての原材料が準備されると、調味料の製造工程全体が中断され、実際の作業スタッフからの指示を待つことになる。

システムソフトウェアの動作の全過程において、PLCはホストコンピュータソフトウェアとリアルタイムで通信し、ページに表示されるデータ情報と現場の具体的なデータ情報との整合性を確保します。すべてはすぐにPLCに送信できます。PLCの主なタスクは次のとおりです。①上位コンピュータのソフトウェアによってプッシュされた命令を受け入れ、ソフトスタータに従って振動モータの起動、停止、および速度を制御します。②ソフトスタータの動作状態をリアルタイムで動作メモリデータ情報領域にロードし、産業制御コンピュータによってロードされます。③さまざまな状態をステータスワードの形式で準備し、産業制御コンピュータにすぐにロードできます。2.2 制御方法と調合の全過程 調合の全過程の特性の分析によると、調合の全過程には次の特性があります。(1)測定対象は、一方的な不可逆システムソフトウェアです。原料がバッチングマシンからコンベアベルトに再び戻る方法はありません。

（２）かなりの時間遅延があります。調味料がプリセット値に達すると、PLCはモーターを制御して原材料の搬送を停止します。このとき、コンベアベルト上に購入できない原材料がいくつかあるため、システムソフトウェアにはかなりの時間遅延があります。（３）制御可能な機能は、電源を切り替えられることです。

システムソフトウェアの開始と停止操作はすべてスイッチング量です。(4) 自動バッチシステムは、通常の作業領域すべてにおいて線形です。そのため、高速、低速、終了供給コマンドの早期送信などの制御方法の使用、および調味料のスムーズな展開を保証するためのPLCの自己ロックおよびインターロック技術の使用を考慮しています。

システムソフトウェアが起動すると、産業用制御コンピュータは供給開始のデータ信号をPLCに送信し、PLCはソフトスタータを制御してモータを駆動し、供給を急速に開始します。さらに、産業オートメーションサーバはシリアル通信に従ってマルチヘッド計量器の計量データ情報を継続的にロードします。正味重量値がプリセット値に近づくと、産業オートメーションサーバは供給終了の制御コードをPLCに送信します。このとき、PLCはソフトスタータを制御して低速供給を実行し、プリセット値と具体的な供給量は、伝送組織上の残留原材料に応じて事前に決定できます。エラーと伝送構造上の残留原材料が異常な場合、PLCは実際に終了コマンドを送信し、ソフトスタータによって実行され、その後モータを制御して停止します。手順を図1に示します。自動バッチシステムソフトウェア 3 産業オートメーションサーバソフトウェア開発 産業用制御コンピュータの主な日常業務は次のとおりです。(1) 調味の全プロセスのアニメーション表示情報を表示します。

（２）制御コードをPLCに送信し、PLCの動作をロードします。（３）マルチヘッド計量器に計量データ信号をロードし、表示画面に計量値を表示し、計量データ情報に基づいてコマンドをPLCに送信します。（４）データベースを照会してフォームを作成し、調味料データ情報を保存し、フォームをコピーします。

（５）秘伝レシピの改良と変更。（６）調味における一般的な故障に対する補助アラームなどのその他の機能。 ３．１ 調味用携帯電話ソフトウェアのページデザイン 産業制御コンピュータアプリケーション Longchuanqiao 構成設計図 産業用タッチスクリーン、産業制御システム構成は、実際には顧客が独自のニーズに応じて開発できる開発ソフトウェアサービスプラットフォームです。

サービス プラットフォーム上のすべてのビデオ監視システム向けに、処理技術規制に従って使いやすい産業用タッチスクリーンを開発および設計することができ、オペレーターはこのページに従って現場の機械や設備とリアルタイムでやり取りできます。Longchuanqiao モバイルフォン ソフトウェアは HMI/SCADA 産業制御自動化構成であり、統合されたアスペクト比とデータ視覚化を備えた開発ツールを提供します。このソフトウェアには次の特徴があります: (1) さまざまな通信機能。

Longchuan Bridge構成[3]は、以下の通信機能に適しています。1) RS232、RS422、RS485などのシリアル通信方式、およびリピーター、電話ダイヤル、電話ポーリング、ダイヤルなどの方式に適しています。2) Ethernetインターフェース通信は、ケーブルテレビのEthernetインターフェースおよび無線ネットワークのEthernetインターフェースにも適用可能です。3) すべての機器のドライバソフトウェアは、GPRS、CDMA、GSMなどのモバイルインターネット仕様に対応しています。

（２）便利な開発および設計システムソフトウェア。さまざまなコンポーネントとコントロールが強力なHMI開発および設計システムソフトウェアを構成します。改善された接続色と漸近色効果により、多くの類似の携帯電話ソフトウェアが接続色と漸近色を多用し、インターフェースの更新の高速性と高効率性という深刻な脅威となっている問題を根本から解決します。ベクターマテリアルサブグラフの形式が増えたことで、エンジニアリングプロジェクトのインターフェース作成がより便利になりました。オブジェクト指向思考法を示し、間接独立変数、中間変数、データベースクエリ独立変数を組み込み、カスタム機能とカスタムオーダーに適用できます。（３）オープン。

Longchuan Bridge構成のオープン性は、主に以下の点に表れています。1) Excelを使用してVBAでデータベースクエリを参照できます。2) モバイルソフトウェアはオープンシステムアーキテクチャであり、DDE、OPC、ODBC/SQL、AcTIveX、DNA仕様に完全対応しています。OLE、COM/DCOM、ダイナミックリンクライブラリなど、さまざまな形式の外部参照ソケットを提供しており、顧客がさまざまな一般的な開発環境（VC++、VBなど）を使用して詳細な二次開発を行うのに便利です。

3) Longchuan Bridge構成I/Oドライバソフトウェアのシステムアーキテクチャはオープン構造であり、ソケットのソースコードの一部が完全に公開されているため、顧客はドライバソフトウェアを独自に開発できます。(4) データベースクエリ機能。Longchuan Bridge構成には時系列データベースが組み込まれており、データ処理方法と保存のためにさまざまな機能ブロックが時系列データベースに組み込まれており、集計、統計分析、操作、線形化などのさまざまな機能を実行できます。(5) さまざまな機械や設備、システムバスに適用可能。

世界中の有名メーカーが製造する PLC、コントローラ、多機能機器、モバイルインテリジェント端末、インテリジェント制御モジュールに適しています。さらに、Profibus、Can、LonWorks、Modbus などの標準コンピュータインターフェースにも適しています。 3.2 システムの I/O レベル Longchuan Bridge 構成では、時系列データベースポイントを使用して I/O ポイントを示します。分析の結果、システム ソフトウェアには 3 つの I/O ポイントが必要であり、2 つのデータ参照ポイントを使用して PLC に従ってモータの起動と停止を制御します。したがって、これら 2 つのポイントのデータ情報接続を PLC の 2 つのデータボリューム I/O として選択します。終了。

シミュレーションポイントは、マルチヘッド計量器からロードされたリアルタイムデータを表すために使用され、そのポイントのデータ情報はマルチヘッド計量器の正確な測定値に接続されます。 4 通信プログラミング設計 通信プログラミング設計は、3 つの部分から構成されます。最初の部分は、サーバーと PLC 間の通信です。2 番目の部分は、サーバーとマルチヘッド計量器間の通信です。3 番目の部分は、PLC とソフトスタータ間の通信です。 4.1 サーバーと PLC 間の通信構成は、一般的に一般的な PLC ドライバ ソフトウェアに組み込まれています。まず、Longchuan Bridge 構成で新しい PLC 仮想マシンを作成します。仮想マシンのモデルと仕様は、実際のアプリケーションと一致している必要があります。PLC モデルと仕様は同じです。構成で必要な PLC モデル仕様が見つからない場合は、携帯電話ソフトウェアメーカーに、このタイプと仕様の新しい PLC ドライバを完全に無料で開発および設計するよう依頼できます。

仮想マシンは、実際の機械を投影するために使用されます。ここでは、全員が使用する PLC は SimensS7-300 であり、サーバーはシリアル通信 1 に従って PLC と通信するように設定されています。 4.2 サーバーとマルチヘッド計量器間の通信 マルチヘッド計量器については、杭州 Sifang のマルチヘッド計量器を使用します。計器盤と構成間の通信を非常に良好にするために、計器盤ドライバ ソフトウェアの開発を Longchuanqiao Enterprise に特別に委託しました。まず、構成済みドライブ ディレクトリから必要なタイプの機械設備を選択し、このタイプに対して、実際のマルチヘッド計量器を投影するための仮想マシン設備を作成し、次に、ダッシュボードとコンピュータ間の通信ポート番号と通信プロトコルを設定します。

4.3 PLCとソフトスタータ間の通信 調味料製造工場にはさまざまな原材料があるため、調味料の利便性を高めるために複数のコンベアベルトを設置しています。そのため、自動バッチシステムの1つのPLCを複数のソフトスタータに接続する必要があります。そこで、PLCとソフトスタータ間の通信にはProfibusシステムバスを使用し、専用のProfibus通信制御モジュールをソフトスタータに挿入し、ソフトスタータのスレーブステーションの詳細アドレスを設定してから、Profibus無線周波数に従ってコントローラをPLCに接続します。PLCはプログラミングに従ってメッセージフォーマットのプッシュと受信をソフトスタータに完了し、操作ワードをソフトスタータに送信し、ソフトスタータのホームからステータスワードをロードします。CPU315-3DPをProfibusドメイン名として使用し、ドメイン名と通信する各ソフトスタータをProfibusスレーブステーションとみなすことができます。

通信中、ドメイン名は通信メッセージフォーマット内の詳細なアドレス識別子に従って、データを送信するスレーブステーションを選択します。スレーブステーション自体はデータを能動的に送信することはできず、各スレーブステーションは情報コンテンツの送信を即座に実行することはできません。システムソフトウェアで使用されているソフトスタータのモデルと仕様はすべて、シーメンス MicroMaster430 シリーズ製品です [4]。

PLCとソフトスタータ間の重要な通信キーには、2つの定義が含まれます。1つ目はデータメッセージフォーマット、2つ目は操作ワードとステータスワードです。（1）通信メッセージフォーマット。

各メッセージのフォーマットは、識別子 STX で始まり、次に長さが LGE と詳細アドレス ADR のバイト数を示し、続いて選択されたデータ情報識別子が続きます。メッセージフォーマットは、データ情報ブロックの検出器 BCC で終わります。キーフィールド名は次のように表されます。STX フィールドは、メッセージコンテンツの開始を示す 1 バイトの ASCII 識別子 (02hex) です。LGE 領域は 1 バイトで、この情報の内容に続くバイト数を示します。ADR 領域は 1 バイトで、ステーションノード (つまりソフトスタータ) の詳細アドレスです。

BCC領域は、情報の内容が妥当かどうかを確認するために使用される、長さ1バイトのチェックサムです。これは、メッセージ内容のBCCより前のバイト数の合計と「XOR」演算の結果です。ソフトスターターが受信した情報内容がチェックサムの計算結果に基づいて無効であると判断された場合、ソフトスターターはその情報内容を破棄し、ドメイン名に応答データ信号を送信しません。

（２）操作ワードとステータスワード。PLCはソフトスタータのPKW領域に従ってソフトスタータの変数値を読み書きし、ソフトスタータの動作状態を変更または制御できます。このシステムソフトウェアでは、PLCはこの領域のデータ情報を読み取り、産業制御コンピュータが閲覧するための専用データ情報領域に格納し、閲覧結果を産業制御コンピュータに表示します。

5 結果 システムソフトウェアは、産業用制御コンピュータ、PLC、ソフトスタータの相互連携により、要求された自動バッチ処理の日常業務を完了しました。システムソフトウェアは2008年5月から納入され、使用されています。1日のバッチ処理量は100トンで、10種類の秘密のレシピが実行されます。上下に操作することで、情報の作業状況をリアルタイムで表示できるだけでなく、秘密のレシピの変更やアップグレード機能も表示できます。具体的な操作手順も記載されており、システムソフトウェアはスムーズかつ確実に動作し、産業用タッチスクリーンは美しく洗練されており、実際の操作は便利です。さらに、システムソフトウェアは構成開発設計を採用しており、後続のアップグレードを容易にします。

著者：Smartweigh–マルチヘッド計量機メーカー

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