Projeto de sistema automático de controle de dosagem baseado em CLP e balança multicabeças

Autor: Smartweigh– Balança Multicabeças

1. Introdução No campo da fabricação de produtos químicos inteligentes da Zhongshan, o processo de mistura geralmente consiste na combinação de matérias-primas em uma determinada proporção para produzir um novo produto. Portanto, a mistura é um componente chave da fabricação neste setor. No processo de processamento, as diversas matérias-primas devem ser misturadas uniformemente, seguindo rigorosamente as proporções, e isso deve ser feito por máquinas de mistura. Nesta etapa, as fábricas de processamento geralmente utilizam dois métodos. O primeiro método utiliza a pesagem manual, e então as proporções das diversas matérias-primas são determinadas e colocadas separadamente na máquina de dosagem para serem misturadas. O outro método utiliza a pesagem automática e a mistura totalmente automatizada.

Como muitas matérias-primas iniciais são pós ou grânulos, durante a mistura manual, os trabalhadores inalam poeira e outras impurezas com muita facilidade, causando riscos ocupacionais, aumentando os riscos de produção e os custos com mão de obra. Portanto, a mistura manual não pode ser gerenciada no canteiro de obras e é muito propensa a erros, o que não só compromete a qualidade, como também aumenta os custos de gerenciamento. Para garantir melhor a qualidade do produto e aumentar a produtividade, é necessário selecionar um software de sistema de dosagem automática preciso e confiável. 2. De acordo com o sistema de dosagem automática com CLP, computador de controle industrial e balança multicabeçais: No sistema de dosagem automática atual da Zhongshan Smart Weigh, os trabalhadores primeiro transportam as matérias-primas para a oficina de pesagem. Após a pesagem, as matérias-primas são enviadas manualmente para a máquina de dosagem. Para realizar a mistura, a oficina de produção utiliza a balança multicabeçais da Hangzhou Sifang. Através da porta RS232, ela é conectada ao servidor de automação industrial. O servidor de automação industrial localizado na sala de controle principal é responsável por registrar os resultados da pesagem e exibir as informações dos dados de pesagem. Além disso, o operador pode controlar manualmente o início e a parada de todo o processo de tempero na sala de controle principal, de acordo com o circuito de controle.

Este tipo de método não é eficiente. Além disso, o processo do programa DOS desenvolvido e projetado em linguagem C é executado no servidor [1], que possui baixa escalabilidade e tecnologia de interação humano-computador complexa, e não consegue implementar todas as provisões para o processamento automático em lotes. Para melhorar a eficiência da produção e controlar os custos, é necessário selecionar um sistema de processamento automático em lotes. O novo sistema adota a estrutura relacional mestre-escravo.

O computador industrial é utilizado como servidor principal, e o PLC Siemens [2], o soft starter e a balança multicabeças são utilizados como escravos principal e inferior, respectivamente. O servidor desempenha o papel principal, gerenciando a comunicação e a operação de cada escravo e conectando a porta de comunicação assíncrona RS-232 do computador de controle industrial com o PLC após a conversão do sinal de pulso, criando um canal de segurança físico para a comunicação entre os computadores principal e inferior. Outra porta RS-232 do servidor é conectada à porta de comunicação da balança multicabeças para formar um segundo canal de segurança físico. O software do computador principal seleciona o método de polling para se comunicar com as estações escravas uma a uma.

O software do computador principal transmite os resultados do planejamento geral das tarefas diárias para o CLP (Controlador Lógico Programável). Durante todo o processo de operação do CLP, o software do computador principal utiliza as instruções de conexão do software do computador principal para monitorar a operação do computador inferior e o conteúdo da área de informações de dados, carregando os dados do CLP imediatamente. Os dados em tempo real da situação interna e da balança multicabeças são exibidos no software do computador principal. No geral, o software do sistema possui as seguintes funções: ① Dosagem totalmente automática. Após a definição da receita secreta, o software do sistema pesa automaticamente os ingredientes de acordo com a receita secreta, sem a intervenção da equipe operacional; ② Possui a função de geração de formulários, que pode gerar relatórios diários e em tempo real, relatórios mensais, relatórios anuais, etc.; ③ Aprimoramento e modificação dinâmica da tabela. O software do sistema permite que técnicos ou operadores façam alterações de acordo com a autoridade de gerenciamento definida, aprimorando o controle da receita secreta e registrando a hora e a operação real da modificação, bem como o número de série do funcionário. 4. Função de reparo em caso de queda de energia: o software do sistema pode reparar os registros de medição precisos anteriores ao desligamento repentino de energia; 5. Função de compartilhamento em rede local: o servidor pode compartilhar informações de dados de recursos na rede local, permitindo que os responsáveis ​​na oficina de produção acompanhem o progresso da construção e outras condições. 2.1 Composição do sistema: Todos os misturadores de dosagem automáticos são compostos por computador industrial, CLP, balança industrial multicabeçais, soft starter, motor de vibração, misturador, sensor, esteira transportadora, etc.

O computador de controle industrial superior exibe a página de tecnologia de interação homem-computador e executa funções como manipulação de entrada de conteúdo de informações, gerenciamento de banco de dados, exibição de informações, armazenamento, análise estatística e formulários. O software do computador superior utiliza o controlador lógico programável (CLP) IPC810. Suas principais tarefas são as seguintes: O servidor de automação industrial primeiro carrega a receita secreta de um determinado número de série, de acordo com a ordem de operação do operador, e então, de acordo com a proporção e a ordem dos temperos na receita secreta, transmite o comando para iniciar o processo de tempero ao controlador lógico programável (CLP), para que o CLP possa iniciar o software específico. Durante todo o processo de tempero, o servidor de automação industrial utiliza o método de polling para carregar o status do CLP em tempo real, a fim de monitorar a operação do CLP e de suas máquinas subordinadas; As informações de pesagem, de acordo com a estratégia de tempero, quando a pesagem se aproxima do valor predefinido na receita secreta, o servidor envia um comando ao CLP para encerrar o processo de tempero. Quando todas as matérias-primas de uma receita secreta estiverem preparadas, todo o processo de tempero é suspenso, aguardando o comando da equipe operacional.

Durante todo o processo de operação do software do sistema, o CLP comunica-se em tempo real com o software do computador host para garantir a consistência entre as informações de dados exibidas na tela e as informações de dados específicas no local. Todas podem ser enviadas ao CLP imediatamente. As principais tarefas do CLP incluem: ① Aceitar as instruções enviadas pelo software do computador host e controlar a partida, a parada e a velocidade do motor de vibração de acordo com o soft starter; ② Carregar o status de operação do soft starter na área de dados de memória em tempo real, que é carregada pelo computador de controle industrial; ③ Preparar várias condições de operação na forma de palavras-chave de status, que podem ser carregadas imediatamente pelo computador de controle industrial. 2.2 O método de controle e todo o processo de cura De acordo com a análise das características de todo o processo de cura, obtém-se que este apresenta as seguintes características: (1) O objetivo da medição é um software de sistema unilateral irreversível. Não há possibilidade de a matéria-prima retornar à esteira transportadora a partir da máquina de dosagem.

(2) Apresenta um atraso significativo. Quando o tempero atinge o valor predefinido, o CLP controla o motor para interromper a transmissão de matérias-primas. Nesse momento, há algumas matérias-primas na esteira transportadora que não podem ser adquiridas, portanto, o software do sistema apresenta um atraso significativo. (3) A característica controlável é a possibilidade de comutação da fonte de alimentação.

As operações de início e parada do software do sistema são todas quantidades de comutação. (4) O sistema de dosagem automática é linear em todas as áreas de trabalho normais. Portanto, levamos em consideração o uso de métodos de controle, como velocidade rápida, velocidade lenta e transmissão antecipada do comando de término da alimentação, e o uso da tecnologia de autotravamento e intertravamento do PLC para garantir o desenvolvimento suave do tempero.

Após a inicialização do software do sistema, o computador de controle industrial transmite o sinal de dados do início da alimentação para o CLP (Controlador Lógico Programável), e o CLP controla o soft starter para acionar o motor e iniciar a alimentação rapidamente. Além disso, o servidor de automação industrial carrega continuamente as informações de pesagem da balança multicabeças por meio de comunicação serial. Quando o valor do peso líquido se aproxima do valor predefinido, o servidor de automação industrial transmite o código de controle para interromper a alimentação ao CLP. Nesse momento, o CLP controla o soft starter para realizar uma alimentação lenta, e o valor predefinido e a quantidade específica de matéria-prima podem ser determinados previamente com base na quantidade de matéria-prima residual na estrutura de transmissão. Quando o erro e a quantidade de matéria-prima residual na estrutura de transmissão são anormais, o CLP envia um comando de interrupção, que é executado pelo soft starter, e então controla o desligamento do motor. As etapas são mostradas na Figura 1. Software do sistema de dosagem automática 3 Desenvolvimento do software do servidor de automação industrial As principais tarefas diárias do computador de controle industrial são as seguintes: (1) Exibir as informações de animação de todo o processo de dosagem.

(2) Enviar o código de controle para o CLP e carregar a operação do CLP. (3) Carregar o sinal de dados de pesagem na balança multicabeças, exibir o valor da pesagem na tela e enviar o comando para o CLP de acordo com as informações dos dados de pesagem. (4) Consultar e preencher o banco de dados, armazenar informações de dados de tempero e copiar o formulário.

(5) O aprimoramento e a modificação da receita secreta. (6) Outras funções, como alarme auxiliar para falhas comuns no tempero. 3.1 O design da página do software de tempero para celular. O esquema de design de configuração do aplicativo de computador de controle industrial Longchuanqiao para tela sensível ao toque industrial, a configuração do sistema de controle industrial é, na verdade, uma plataforma de serviço de software de desenvolvimento que pode ser desenvolvida pelos clientes de acordo com suas próprias necessidades.

Podemos desenvolver e projetar uma tela sensível ao toque industrial amigável para todos os sistemas de videovigilância na plataforma de serviços, de acordo com as normas de tecnologia de processamento, e o operador pode interagir com as máquinas e equipamentos no local em tempo real através desta página. O software para celular Longchuanqiao é uma configuração de automação de controle industrial HMI/SCADA, que fornece uma ferramenta de desenvolvimento com proporção de aspecto e visualização de dados integradas. Este software possui as seguintes características: (1) Diversas funções de comunicação.

A configuração da Ponte Longchuan [3] é adequada para as seguintes funções de comunicação: 1) É adequada para métodos de comunicação serial como RS232, RS422 e RS485, bem como métodos como repetidor, discagem telefônica, polling telefônico e discagem. 2) A comunicação via interface Ethernet também é aplicável à interface Ethernet de TV a cabo e à interface Ethernet de rede sem fio. 3) O software de driver de todas as máquinas e equipamentos é compatível com GPRS, CDMA, GSM e outras especificações de internet móvel.

(2) Software de sistema de desenvolvimento e design conveniente. Uma variedade de componentes e controles formam um poderoso software de sistema de desenvolvimento e design de IHM; os efeitos de cor de conexão e cor assintótica aprimorados resolvem o problema na origem de muitos softwares semelhantes para celulares que usam muitas cores de conexão e cores assintóticas, o que representa uma séria ameaça à atualização da interface. O problema de alta velocidade e alta eficiência da operação do software do sistema; mais formas de subgrafos de materiais vetoriais tornam mais conveniente a criação da interface do projeto de engenharia; demonstra método de pensamento orientado a objetos, variáveis ​​independentes indiretas incorporadas, variáveis ​​intermediárias, variáveis ​​independentes de consulta de banco de dados, aplicável a funções personalizadas e pedidos personalizados. (3) Aberto.

A abertura da configuração do Longchuan Bridge se manifesta principalmente nos seguintes aspectos: 1) Utilização do Excel para navegar em consultas de banco de dados com VBA. 2) O software para celular possui uma arquitetura de sistema aberta, totalmente compatível com as especificações DDE, OPC, ODBC/SQL, AcTIveX e DNA. Ele oferece sockets de navegação externa em diversos formatos, como OLE, COM/DCOM, bibliotecas de vínculo dinâmico (DLLs), etc., o que facilita o uso de diversos ambientes de desenvolvimento comuns (como VC++, VB, etc.) para realizar desenvolvimento secundário aprofundado.

3) A arquitetura do sistema do software de driver de E/S da configuração Longchuan Bridge é de estrutura aberta, e parte do código-fonte de seus sockets é totalmente publicada, permitindo que os clientes desenvolvam software de driver de forma independente. (4) Função de consulta de banco de dados. A configuração Longchuan Bridge possui um banco de dados de séries temporais integrado, com diversos blocos funcionais para processamento e armazenamento de dados, que podem realizar funções como sumarização, análise estatística, manipulação e linearização, entre outras. (5) Aplicável a uma variedade de máquinas, equipamentos e barramentos de sistema.

É adequado para PLCs, controladores, instrumentos multifuncionais, terminais móveis inteligentes e módulos de controle inteligente produzidos pelos fabricantes mais renomados do mundo; além disso, também é compatível com interfaces de computador padrão, como Profibus, CAN, LonWorks e Modbus. 3.2 O nível de E/S do sistema Longchuan Bridge utiliza pontos de banco de dados de séries temporais para indicar os pontos de E/S. Após análise, o software do sistema deve ter três pontos de E/S, e dois pontos de referência de dados são usados ​​para controlar a partida e a parada do motor de acordo com o PLC. Portanto, a conexão de informações de dados desses dois pontos é selecionada como duas E/S de volume de dados do PLC.

Um ponto de simulação é usado para representar os dados em tempo real carregados da balança multicabeças, de modo que as informações de dados nesse ponto estejam conectadas à medição exata da balança multicabeças. 4. Projeto de programação de comunicação O projeto de programação de comunicação inclui três partes: a primeira parte é a comunicação entre o servidor e o CLP; a segunda parte é a comunicação entre o servidor e a balança multicabeças; a terceira parte é a comunicação entre o CLP e o soft starter. 4.1 A configuração de comunicação entre o servidor e o CLP geralmente é integrada ao software de driver de CLP mais utilizado. Primeiro, uma nova máquina virtual de CLP é criada na configuração do Longchuan Bridge. O modelo e as especificações da máquina virtual devem ser consistentes com a aplicação real. Os modelos e especificações do CLP são os mesmos. Se as especificações do modelo de CLP necessárias não forem encontradas na configuração, o fabricante do software para celular pode ser autorizado a desenvolver e projetar um novo driver de CLP desse tipo e com essas especificações, sem custos adicionais.

A máquina virtual é usada para simular a máquina real. Aqui, o CLP utilizado é o Siemens S7-300, e o servidor está configurado para se comunicar com o CLP via comunicação serial. 4.2 Comunicação entre o servidor e a balança multicabeças. Para a balança multicabeças, utilizamos o modelo da Hangzhou Sifang. Para garantir uma comunicação eficiente entre o painel de instrumentos e o sistema de configuração, contratamos a empresa Longchuanqiao para desenvolver o software de driver do painel de instrumentos. Primeiramente, selecionamos o tipo de equipamento necessário no diretório de drivers configurado e, para esse tipo, criamos uma máquina virtual para simular a balança multicabeças real. Em seguida, configuramos o número da porta de comunicação entre o painel e o computador, bem como os protocolos de comunicação.

4.3 Comunicação entre CLP e soft starter: Devido à variedade de matérias-primas na oficina de produção de temperos, instalamos diversas esteiras transportadoras para facilitar o processo. Portanto, um CLP do sistema de dosagem automática precisa ser conectado a vários soft starters. Para isso, utilizamos o barramento Profibus entre o CLP e o soft starter. Inserimos um módulo de controle de comunicação Profibus específico no soft starter e configuramos o endereço IP da estação escrava. Em seguida, conectamos o controlador ao CLP por meio da radiofrequência Profibus. O CLP envia e recebe mensagens para o soft starter conforme a programação, enviando comandos de operação e recebendo informações de status. O nome de domínio Profibus utilizado é CPU315-3DP, e cada soft starter que se comunica com esse nome de domínio é considerado uma estação escrava Profibus.

Durante a comunicação, o nome de domínio seleciona a estação escrava para transmitir dados de acordo com o identificador de endereço detalhado no formato da mensagem de comunicação. A própria estação escrava não pode transmitir dados ativamente e cada estação escrava não pode realizar imediatamente a transmissão do conteúdo da informação. Os modelos e especificações do soft starter usados ​​no software do sistema são todos produtos da série Siemens MicroMaster430 [4].

A chave de comunicação entre o PLC e o soft starter envolve duas definições. A primeira é o formato da mensagem de dados e a segunda é a palavra de manipulação e a palavra de estado. (1) Formato da mensagem de comunicação.

O formato de cada mensagem começa com o identificador STX, seguido pelo comprimento LGE e o número de bytes do endereço detalhado ADR, e, por fim, o identificador da informação de dados selecionada. O formato da mensagem termina com o identificador BCC do bloco de informações de dados. Os nomes dos campos principais são expressos da seguinte forma: o campo STX é um identificador ASCII de um byte (02hex) que indica o início do conteúdo da mensagem. O campo LGE é um byte que indica o número de bytes seguidos pelo conteúdo dessa informação. O campo ADR é um byte que representa o endereço detalhado do nó da estação (ou seja, o soft starter).

A área BCC é um checksum de um byte, usado para verificar se o conteúdo da informação é válido. O resultado do cálculo é o número total de bytes antes do BCC no conteúdo da mensagem, através de um "XOR". Se o conteúdo da informação recebida pelo soft starter for inválido de acordo com o resultado do checksum, ele descartará a informação e não enviará um sinal de resposta para o nome de domínio.

(2) Palavra de manipulação e palavra de estado. O CLP pode ler e escrever o valor da variável do soft starter de acordo com a área PKW do soft starter e, em seguida, alterar ou controlar o estado de funcionamento do soft starter. Neste software de sistema, o CLP lê as informações de dados nesta área e as coloca em uma área de informações de dados especial para o computador de controle industrial visualizar, e o resultado da visualização exibe as informações no computador de controle industrial.

5. Resultados: O software do sistema concluiu as tarefas diárias de dosagem automática necessárias, graças à cooperação mútua do computador de controle industrial, do CLP e do soft starter. O software do sistema foi entregue e está em uso desde maio de 2008. O peso da dosagem diária é de 100 toneladas, e 10 receitas secretas são executadas. O sistema não só exibe o status de funcionamento em tempo real, como também mostra as funções de alterações e atualizações das receitas secretas; as instruções de operação específicas, o software do sistema opera de forma suave e confiável, a tela sensível ao toque industrial é bonita e elegante, e a operação é conveniente. Além disso, o software do sistema adota um design de desenvolvimento de configuração, o que facilita atualizações futuras.

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