PLC 및 멀티헤드 계량기를 기반으로 한 자동 배치 제어 시스템 설계

저자: 스마트웨이그 멀티헤드 웨이터

1. 서문 중산 스마트 계량 제조 분야에서 조미료란 일반적으로 원료들을 특정 비율로 혼합하여 새로운 원료를 생산하는 과정을 말합니다. 따라서 조미료는 이 분야 제조의 핵심 요소입니다. 가공 과정에서 다양한 원료들은 정해진 비율에 따라 균일하게 혼합되어야 하며, 이는 반드시 조미료 기계를 통해 이루어져야 합니다. 이 단계에서 가공 공장들은 일반적으로 두 가지 방법을 사용합니다. 첫 번째 방법은 수동으로 계량한 후, 각 원료의 비율을 정하여 배합기에 따로 투입하고 혼합하는 것입니다. 두 번째 방법은 자동 계량 후 완전 자동 혼합을 수행하는 것입니다.

초기 원료가 분말이나 과립 형태인 경우가 많아, 수작업으로 조미할 경우 작업자가 분진이나 기타 오염 물질을 흡입하기 쉬워 직업병을 유발하고 생산 위험 및 인건비를 증가시킵니다. 따라서 수작업 조미는 건설 현장에서 관리하기 어렵고, 배합 불량이 발생하기 쉬워 품질 보장이 불가능할 뿐만 아니라 관리 비용도 증가합니다. 제품 품질을 더욱 확실하게 보장하고 생산성을 향상시키기 위해서는 정확하고 신뢰할 수 있는 자동 배합 시스템 소프트웨어를 선택해야 합니다. 2. PLC, 산업 제어 컴퓨터 및 멀티헤드 계량기를 이용한 자동 배합 시스템 현재 중산 스마트 계량기의 자동 배합 시스템에서는 작업자가 먼저 원료를 계량 작업장으로 운반합니다. 계량이 완료되면 원료를 수동으로 배합기에 투입합니다. 조미 작업을 위해 계량 생산 작업장에서는 항저우 시팡사의 멀티헤드 계량기를 사용하여 계량하고, RS232 포트를 통해 산업 자동화 서버에 연결합니다. 주 제어실에 위치한 산업 자동화 서버는 계량 결과를 기록하고 계량 데이터 정보를 표시하는 역할을 합니다. 또한, 작업자는 제어 회로에 따라 주 제어실에서 전체 조미 공정의 시작과 정지를 수동으로 제어할 수 있습니다.

이러한 방식은 효율적이지 않다. 게다가 C 언어로 개발 및 설계된 DOS 프로그램 프로세스는 서버에서 실행되므로[1] 확장성이 떨어지고 인간-컴퓨터 상호작용 기술이 어려워 자동 배치에 필요한 모든 조항을 실행할 수 없다. 생산 효율을 향상시키고 비용을 제어하기 위해서는 자동 배치 시스템을 선택해야 한다. 새로운 시스템은 마스터-슬레이브 관계 구조를 채택한다.

산업용 컴퓨터는 상위 서버로 사용되고, Siemens PLC[2], 소프트 스타터 및 멀티헤드 계량기는 상위 및 하위 슬레이브로 사용됩니다. 서버는 주도적인 역할을 하며 각 슬레이브의 통신 관리 및 작동을 완료하고, 산업용 제어 컴퓨터의 RS-232 비동기 통신 포트를 펄스 신호 변환 후 PLC에 연결하여 상위 및 하위 컴퓨터 간 통신을 위한 물리적 안전 채널을 생성합니다. 또한 서버의 다른 RS-232 포트를 멀티헤드 계량기의 통신 포트에 연결하여 두 번째 물리적 안전 채널을 형성합니다. 상위 컴퓨터 소프트웨어는 폴링 방식을 선택하여 슬레이브 스테이션과 순차적으로 통신합니다.

상위 컴퓨터 소프트웨어는 일일 작업의 전체 계획 결과를 PLC로 전송합니다. PLC 작동 과정 전체에서 상위 컴퓨터 소프트웨어는 상위 컴퓨터 소프트웨어의 연결 지침을 사용하여 하위 컴퓨터의 작동 및 데이터 정보 영역의 내용을 모니터링하고 PLC 데이터를 즉시 로드합니다. 내부 상황 및 멀티헤드 계량기의 실시간 데이터는 호스트 컴퓨터 소프트웨어에 표시됩니다. 시스템 소프트웨어는 전반적으로 다음과 같은 기능을 제공합니다. ① 완전 자동 배치: 비법 레시피가 설정되면 시스템 소프트웨어는 실제 작업자의 개입 없이 비법 레시피에 따라 재료를 자동으로 계량합니다. ② 양식 생성 기능: 일일 보고서, 실시간 보고서, 월간 보고서, 연간 보고서 등을 생성할 수 있습니다. ③ 테이블의 동적 개선 및 수정: 시스템 소프트웨어는 전문 기술 인력 또는 실제 작업자가 설정된 관리 권한에 따라 수정할 수 있도록 하여 비법 레시피 관리를 강화하고 수정 시간 및 실제 작업자의 일련 번호를 기록합니다. 4. 전원 차단 복구 기능: 시스템 소프트웨어는 전원이 갑자기 차단될 경우 전원이 꺼지기 전의 정확한 측정 기록을 복구할 수 있습니다. 5. 근거리 통신망 공유 기능: 서버는 근거리 통신망에서 자원 데이터 정보를 공유할 수 있으며, 생산 현장 담당자는 시공 진행 상황 및 기타 조건을 추적할 수 있습니다. 2.1 시스템 구성 모든 자동 배치 믹서는 산업용 컴퓨터, PLC, 산업용 멀티헤드 계량기, 소프트 스타터, 진동 모터, 믹서, 센서, 컨베이어 벨트 등으로 구성됩니다.

상위 산업 제어 컴퓨터는 인간-컴퓨터 상호작용 기술 페이지를 표시하고, 정보 콘텐츠 입력, 데이터베이스 관리, 데이터 정보 표시, 저장, 통계 분석 및 양식 작성 등의 기능을 수행합니다. 상위 컴퓨터 소프트웨어는 IPC810 산업 제어 컴퓨터를 사용하며, 주요 기능은 다음과 같습니다. 산업 자동화 서버는 먼저 실제 작업자의 순서에 따라 특정 일련번호의 비밀 레시피를 로드한 후, 비밀 레시피에 명시된 양념의 비율과 순서에 따라 양념 시작 명령을 PLC로 전송하여 PLC가 특수 소프트웨어를 실행하도록 합니다. 양념 과정 전체에서 산업 자동화 서버는 폴링 방식을 사용하여 PLC의 상태 정보를 실시간으로 로드하고 PLC 및 하위 장비의 작동 상태를 파악합니다. 또한, 양념 전략에 따라 계량 데이터 정보가 비밀 레시피에 설정된 값에 근접하면 서버는 PLC로 양념 종료 명령을 전송합니다. 비밀 레시피에 필요한 모든 원재료가 준비되면, 모든 양념 공정은 중단되고 실제 조리 담당자의 지시를 기다립니다.

시스템 소프트웨어 작동 과정 전체에서 PLC는 호스트 컴퓨터 소프트웨어와 실시간으로 통신하여 페이지에 표시되는 데이터 정보와 현장의 특정 데이터 정보 간의 일관성을 보장합니다. 모든 정보는 즉시 PLC로 전송될 수 있습니다. PLC의 주요 기능은 다음과 같습니다. ① 상위 컴퓨터 소프트웨어에서 전송된 명령을 수신하고 소프트 스타터에 따라 진동 모터의 시작, 정지 및 속도를 제어합니다. ② 산업 제어 컴퓨터에서 소프트 스타터의 작동 상태를 실시간으로 작동 메모리 데이터 정보 영역에 로드합니다. ③ 자체의 다양한 상태를 상태어 형태로 준비하여 산업 제어 컴퓨터에 즉시 로드할 수 있도록 합니다. 2.2 시즈닝의 제어 방법 및 전체 공정 시즈닝 전체 공정의 특성을 분석한 결과, 시즈닝 전체 공정은 다음과 같은 특징을 갖는 것으로 나타났습니다. (1) 측정 대상은 일방적이고 비가역적인 시스템 소프트웨어입니다. 원료가 배치 기계에서 컨베이어 벨트로 다시 돌아갈 수 있는 방법이 없습니다.

(2) 시간 지연이 상당히 큽니다. 양념이 사전 설정된 값에 도달하면 PLC가 모터를 제어하여 원료 이송을 중지합니다. 이때 컨베이어 벨트에 구매하지 못한 원료가 일부 남아 있어 시스템 소프트웨어에 상당한 시간 지연이 발생합니다. (3) 제어 가능한 특징은 전원 공급을 전환할 수 있다는 것입니다.

시스템 소프트웨어의 시작 및 정지 동작은 모두 스위칭 수량입니다. (4) 자동 배치 시스템은 모든 정상 작동 영역에서 선형입니다. 따라서 우리는 급속, 저속 및 종료 공급 명령의 조기 전송과 같은 제어 방법의 사용과 PLC의 자체 잠금 및 연동 기술의 사용을 고려하여 조미료의 원활한 진행을 보장합니다.

시스템 소프트웨어가 시작되면 산업 제어 컴퓨터는 공급 시작 데이터 신호를 PLC로 전송하고, PLC는 소프트 스타터를 제어하여 모터를 구동시켜 빠른 공급을 시작합니다. 또한 산업 자동화 서버는 직렬 통신에 따라 멀티헤드 계량기의 계량 데이터 정보를 지속적으로 로드합니다. 순중량 값이 사전 설정값에 가까워지면 산업 자동화 서버는 공급 종료 제어 코드를 PLC로 전송합니다. 이때 PLC는 소프트 스타터를 제어하여 저속 공급을 수행하며, 사전 설정값과 구체적인 공급량은 이송 장치에 남아 있는 원료 잔류량을 기준으로 미리 결정될 수 있습니다. 오류가 발생하거나 이송 장치에 남아 있는 원료 잔류량이 비정상적일 경우, PLC는 실제로 종료 명령을 전송하고, 소프트 스타터는 이를 실행한 후 모터를 정지시킵니다. 이러한 단계는 그림 1에 나와 있습니다. 자동 배치 시스템 소프트웨어 3 산업 자동화 서버 소프트웨어 개발 산업 제어 컴퓨터의 주요 일상 업무는 다음과 같습니다. (1) 전체 조미 공정의 애니메이션 표시 정보 제공

(2) PLC에 제어 코드를 전송하고 PLC의 작동을 로드합니다. (3) 멀티헤드 계량기에 계량 데이터 신호를 로드하고, 디스플레이 화면에 계량값을 ​​표시하고, 계량 데이터 정보에 따라 PLC에 명령을 푸시합니다. (4) 데이터베이스를 조회하고 양식을 생성하여 양념 데이터 정보를 저장하고 양식을 복사합니다.

(5) 비법 레시피의 개선 및 수정. (6) 조미료의 일반적인 오류에 대한 보조 경보와 같은 기타 기능. 3.1 조미료 모바일 소프트웨어의 페이지 디자인 산업 제어 컴퓨터 응용 프로그램 Longchuanqiao 구성 디자인 계획 산업용 터치스크린, 산업 제어 시스템 구성은 실제로 고객이 자체 요구에 따라 개발할 수 있는 개발 소프트웨어 서비스 플랫폼입니다.

우리는 처리 기술 규정에 따라 서비스 플랫폼의 모든 비디오 감시 시스템에 대한 사용자 친화적인 산업용 터치스크린을 개발 및 설계할 수 있으며, 운영자는 이 페이지를 통해 현장의 기계 및 장비와 실시간으로 상호 작용할 수 있습니다. Longchuanqiao 모바일 소프트웨어는 HMI/SCADA 산업 제어 자동화 구성으로, 통합된 화면 비율과 데이터 시각화를 제공하는 개발 도구를 제공합니다. 이 소프트웨어는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. (1) 다양한 통신 기능.

Longchuan Bridge 구성[3]은 다음과 같은 통신 기능에 적합합니다. 1) RS232, RS422, RS485와 같은 직렬 통신 방식뿐만 아니라 리피터, 전화 걸기, 전화 폴링 및 다이얼링과 같은 방식에도 적합합니다. 2) 이더넷 인터페이스 통신은 케이블 TV 이더넷 인터페이스 및 무선 네트워크 이더넷 인터페이스에도 적용 가능합니다. 3) 모든 기계 및 장비의 드라이버 소프트웨어는 GPRS, CDMA, GSM 및 기타 모바일 인터넷 사양에 적용 가능합니다.

(2) 편리한 개발 및 설계 시스템 소프트웨어. 다양한 구성 요소와 제어 기능을 통해 강력한 HMI 개발 및 설계 시스템 소프트웨어를 구성합니다. 개선된 연결 색상 및 점근 색상 효과는 유사한 모바일 소프트웨어에서 너무 많은 연결 색상과 점근 색상을 사용하는 문제를 근본적으로 해결하여 시스템 소프트웨어 운영의 고속 및 고효율성 문제를 해결합니다. 더 많은 형태의 벡터 자료 하위 그래프를 통해 엔지니어링 프로젝트 인터페이스를 더욱 편리하게 만들 수 있습니다. 객체 지향적 사고 방식을 보여주고, 간접 독립 변수, 중간 변수, 데이터베이스 쿼리 독립 변수를 내장하여 사용자 정의 함수 및 사용자 정의 명령에 적용할 수 있습니다. (3) 개방성.

룽촨 브리지 구성의 개방성은 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다. 1) Excel을 사용하여 VBA로 데이터베이스를 조회하고 쿼리할 수 있습니다. 2) 모바일 소프트웨어는 개방형 시스템 아키텍처를 기반으로 하며, DDE, OPC, ODBC/SQL, ActiveX, DNA 규격을 완벽하게 지원합니다. 또한 OLE, COM/DCOM, 동적 링크 라이브러리 등 다양한 형태의 외부 브라우징 소켓을 제공하여 고객이 VC++, VB 등 다양한 일반 개발 환경을 활용하여 심층적인 2차 개발을 편리하게 수행할 수 있도록 합니다.

3) 룽촨 브리지 구성 I/O 드라이버 소프트웨어의 시스템 아키텍처는 개방형 구조이며, 소켓의 소스 코드 일부가 완전히 공개되어 있어 고객이 드라이버 소프트웨어를 독립적으로 개발할 수 있습니다. (4) 데이터베이스 조회 기능. 룽촨 브리지 구성에는 시계열 데이터베이스가 내장되어 있으며, 데이터 처리 및 저장을 위한 다양한 기능 블록이 시계열 데이터베이스에 내장되어 있어 요약, 통계 분석, 조작, 선형화 등 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. (5) 다양한 기계 및 장비와 시스템 버스에 적용 가능합니다.

이 시스템은 전 세계 유명 제조업체에서 생산하는 PLC, 컨트롤러, 다기능 계측기, 모바일 스마트 단말기 및 스마트 제어 모듈에 적합하며, Profibus, Can, LonWorks, Modbus와 같은 표준 컴퓨터 인터페이스에도 적합합니다. 3.2 시스템 I/O 레벨 Longchuan Bridge 구성에서는 시계열 데이터베이스 포인트를 사용하여 I/O 포인트를 나타냅니다. 분석 결과, 시스템 소프트웨어에는 세 개의 I/O 포인트가 필요하며, 두 개의 데이터 참조 포인트는 PLC에 따라 모터의 시작 및 정지를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 따라서 이 두 포인트의 데이터 정보 연결은 PLC의 두 데이터 볼륨 I/O로 선택됩니다.

시뮬레이션 지점은 멀티헤드 계량기에서 로드된 실시간 데이터를 나타내는 데 사용되므로 해당 지점의 데이터 정보는 멀티헤드 계량기의 정확한 측정값과 연결됩니다. 4. 통신 프로그래밍 설계 통신 프로그래밍 설계는 세 부분으로 구성됩니다. 첫 번째는 서버와 PLC 간의 통신, 두 번째는 서버와 멀티헤드 계량기 간의 통신, 세 번째는 PLC와 소프트 스타터 간의 통신입니다. 4.1 서버와 PLC 간의 통신 구성은 일반적으로 널리 사용되는 PLC 드라이버 소프트웨어에 내장됩니다. 먼저 Longchuan Bridge 구성에서 새로운 PLC 가상 머신을 생성합니다. 가상 머신의 모델과 사양은 실제 응용 프로그램과 일치해야 합니다. PLC 모델과 사양은 동일해야 합니다. 구성에서 필요한 PLC 모델 사양을 찾을 수 없는 경우, 모바일 소프트웨어 제조업체에 해당 유형 및 사양의 새로운 PLC 드라이버를 무료로 개발 및 설계하도록 요청할 수 있습니다.

가상 머신은 실제 장비를 투영하는 데 사용됩니다. 여기서는 모두가 사용하는 PLC가 지멘스 S7-300이며, 서버는 직렬 통신 1에 따라 PLC와 통신하도록 설정되어 있습니다. 4.2 서버와 다중 헤드 계량기 간의 통신 다중 헤드 계량기는 항저우 시팡(Hangzhou Sifang) 사의 제품을 사용합니다. 계기판과 장비 간의 원활한 통신을 위해 룽촨차오(Longchuanqiao)사에 계기판 드라이버 소프트웨어 개발을 특별히 의뢰했습니다. 먼저, 구성된 드라이버 디렉토리에서 필요한 장비 유형을 선택하고, 해당 유형에 대해 실제 다중 헤드 계량기를 투영하는 가상 장비를 생성한 다음, 대시보드와 컴퓨터 간의 통신 포트 번호와 통신 프로토콜을 설정합니다.

4.3 PLC와 소프트 스타터 간 통신 조미료 생산 작업장에는 다양한 원료가 있기 때문에 조미료 투입 편의를 위해 여러 개의 컨베이어 벨트를 설치했습니다. 따라서 자동 배치 시스템의 PLC 하나는 여러 개의 소프트 스타터에 연결되어야 합니다. 이를 위해 PLC와 소프트 스타터 간 통신에는 Profibus 시스템 버스를 사용합니다. 소프트 스타터에 특수 Profibus 통신 제어 모듈을 장착하고, 소프트 스타터의 슬레이브 스테이션 상세 주소를 설정한 후, Profibus 무선 주파수에 따라 컨트롤러를 PLC에 연결합니다. PLC는 프로그래밍에 따라 소프트 스타터와 메시지 형식을 송수신하고, 작동 워드를 소프트 스타터로 전송하며, 소프트 스타터의 홈에서 상태 워드를 수신합니다. CPU315-3DP를 Profibus 도메인 이름으로 사용하며, 해당 도메인 이름과 통신하는 각 소프트 스타터를 Profibus 슬레이브 스테이션으로 간주합니다.

통신 중에 도메인 이름은 통신 메시지 형식의 상세 주소 식별자에 따라 데이터를 전송할 슬레이브 스테이션을 선택합니다. 슬레이브 스테이션 자체는 능동적으로 데이터를 전송할 수 없으며 각 슬레이브 스테이션은 정보 콘텐츠 전송을 즉시 수행할 수 없습니다. 시스템 소프트웨어에 사용된 소프트 스타터 모델 및 사양은 모두 Siemens MicroMaster430 시리즈 제품입니다[4].

PLC와 소프트 스타터 간의 핵심 통신에는 두 가지 정의가 포함됩니다. 첫째는 데이터 메시지 형식이고 둘째는 조작 단어와 상태 단어입니다. (1) 통신 메시지 형식.

각 메시지의 형식은 식별자 STX로 시작하고, 그 다음에는 길이(LGE)와 상세 주소 ADR의 바이트 수, 그리고 선택된 데이터 정보 식별자가 옵니다. 메시지 형식은 데이터 정보 블록의 검출기 BCC로 끝납니다. 주요 필드 이름은 다음과 같습니다. STX 필드는 메시지 내용의 시작을 나타내는 1바이트 ASCII 식별자(02 hex)입니다. LGE 영역은 1바이트이며, 해당 정보의 바이트 수와 내용이 이어집니다. ADR 영역은 1바이트이며, 스테이션 노드(즉, 소프트 스타터)의 상세 주소입니다.

BCC 영역은 1바이트 길이의 체크섬으로, 정보 내용의 타당성을 확인하는 데 사용됩니다. 이는 메시지 내용에서 BCC 앞의 전체 바이트 수를 XOR 연산한 결과입니다. 소프트 스타터가 수신한 정보 내용이 체크섬 계산 결과에 따라 유효하지 않은 경우, 해당 정보 내용을 폐기하고 도메인 이름으로 응답 데이터 신호를 전송하지 않습니다.

(2) 조작 워드 및 상태 워드. PLC는 소프트 스타터의 PKW 영역에 따라 소프트 스타터의 변수 값을 읽고 쓸 수 있으며, 이를 통해 소프트 스타터의 작동 상태를 변경하거나 제어할 수 있습니다. 이 시스템 소프트웨어에서 PLC는 이 영역의 데이터 정보를 읽어 산업 제어 컴퓨터에서 볼 수 있도록 특수 데이터 정보 영역에 저장하고, 보기 결과는 산업 제어 컴퓨터에 정보를 표시합니다.

5. 결과 시스템 소프트웨어는 산업 제어 컴퓨터, PLC 및 소프트 스타터의 상호 협력을 통해 필요한 자동 배치 일일 작업을 완료했습니다. 이 시스템 소프트웨어는 2008년 5월부터 공급되어 사용 중이며, 일일 배치 중량은 100톤이고 10가지 비법 레시피를 사용하고 있습니다. 상하좌우로 작업 현황 정보를 실시간으로 표시할 뿐만 아니라 비법 레시피 변경 및 업그레이드 기능, 구체적인 작동 지침도 제공합니다. 시스템 소프트웨어는 원활하고 안정적으로 작동하며, 산업용 터치스크린은 아름답고 세련되어 실제 조작이 편리합니다. 또한 시스템 소프트웨어는 구성 개발 설계를 채택하여 향후 업그레이드가 용이합니다.

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