Thiết kế hệ thống điều khiển định lượng tự động dựa trên PLC và cân đa đầu.

Tác giả: Smartweigh – Máy cân đa đầu

1. Lời nói đầu Trong lĩnh vực sản xuất cân thông minh Zhongshan, quá trình trộn nguyên liệu thường là việc trộn các nguyên liệu thô theo một tỷ lệ nhất định để tạo ra nguyên liệu mới. Do đó, trộn nguyên liệu là một thành phần quan trọng trong sản xuất lĩnh vực này. Trong quá trình chế biến, các nguyên liệu thô khác nhau phải được trộn đều theo đúng tỷ lệ và phải được thực hiện bằng máy móc trộn nguyên liệu. Ở giai đoạn này, các nhà máy chế biến thường sử dụng hai phương pháp. Phương pháp thứ nhất sử dụng cân thủ công, sau đó tỷ lệ các nguyên liệu thô khác nhau sẽ được đưa riêng vào máy trộn và trộn. Cách thứ hai là cân tự động, trộn hoàn toàn tự động.

Do nhiều nguyên liệu thô ban đầu ở dạng bột hoặc hạt, khi gia công thủ công, cơ thể rất dễ hít phải bụi và các chất bẩn khác, gây ra nguy hiểm nghề nghiệp, làm tăng rủi ro sản xuất và chi phí nhân công. Do đó, việc gia công thủ công không thể được quản lý tại công trường, và rất dễ xảy ra sai sót, không chỉ không đảm bảo chất lượng mà còn làm tăng chi phí quản lý. Để đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt hơn và nâng cao năng suất, cần phải lựa chọn phần mềm hệ thống định lượng tự động chính xác và đáng tin cậy. 2. Theo hệ thống định lượng tự động PLC, máy tính điều khiển công nghiệp và cân đa đầu Trong hệ thống định lượng tự động hiện tại của Zhongshan Smart weigh, công nhân trước tiên vận chuyển nguyên liệu thô đến xưởng cân. Sau khi cân xong, nguyên liệu thô được chuyển thủ công đến máy định lượng. Để thực hiện gia công, xưởng sản xuất cân sử dụng cân đa đầu Hangzhou Sifang để thực hiện cân. Thông qua cổng RS232, nó được kết nối với máy chủ tự động hóa công nghiệp. Máy chủ tự động hóa công nghiệp đặt tại phòng điều khiển chính chịu trách nhiệm ghi lại kết quả cân và hiển thị thông tin dữ liệu cân. Ngoài ra, người vận hành có thể điều khiển thủ công việc khởi động và dừng toàn bộ quá trình ướp gia vị trong phòng điều khiển chính theo mạch điều khiển.

Phương pháp này không hiệu quả. Ngoài ra, quy trình chương trình DOS được phát triển và thiết kế bằng ngôn ngữ C đang chạy trên máy chủ [1], có khả năng mở rộng kém và công nghệ tương tác người-máy khó khăn, và không thể thực hiện tất cả các quy định cho việc phân lô tự động. Để cải thiện hiệu quả sản xuất và kiểm soát chi phí tốt hơn, cần phải lựa chọn một hệ thống phân lô tự động. Hệ thống mới áp dụng cấu trúc quan hệ chủ-tớ.

Máy tính công nghiệp được sử dụng làm máy chủ trên, và PLC Siemens[2], bộ khởi động mềm và cân đa đầu được sử dụng làm các thiết bị phụ trên và dưới. Máy chủ đóng vai trò chủ đạo, hoàn thành việc quản lý và vận hành giao tiếp của từng thiết bị phụ, và kết nối cổng giao tiếp không đồng bộ RS-232 của máy tính điều khiển công nghiệp với PLC sau khi chuyển đổi tín hiệu xung, tạo ra một kênh an toàn vật lý cho việc giao tiếp giữa máy tính trên và dưới; Kết nối một cổng RS-232 khác của máy chủ với cổng giao tiếp của cân đa đầu để tạo thành một kênh an toàn vật lý thứ hai. Phần mềm máy tính trên chọn phương pháp thăm dò để giao tiếp với các trạm phụ từng cái một.

Phần mềm máy tính chủ truyền kết quả lập kế hoạch tổng thể các công việc hàng ngày đến PLC. Trong toàn bộ quá trình hoạt động của PLC, phần mềm máy tính chủ sử dụng các lệnh kết nối để giám sát hoạt động của máy tính chủ và nội dung của khu vực thông tin dữ liệu, đồng thời tải dữ liệu PLC ngay lập tức. Dữ liệu thời gian thực về tình hình bên trong và cân đa đầu được hiển thị trên phần mềm máy tính chủ. Nhìn chung, phần mềm hệ thống có các chức năng sau: ① Định lượng hoàn toàn tự động. Sau khi thiết lập công thức bí mật, phần mềm hệ thống sẽ tự động cân các nguyên liệu theo công thức bí mật mà không cần sự can thiệp của nhân viên vận hành thực tế; ② Có chức năng tạo biểu mẫu, có thể tạo báo cáo hàng ngày và biểu mẫu thời gian thực, báo cáo hàng tháng, báo cáo hàng năm, v.v.; ③ Nâng cấp và sửa đổi bảng động, phần mềm hệ thống cho phép nhân viên kỹ thuật chuyên nghiệp hoặc nhân viên vận hành thực tế sửa đổi theo quyền quản lý đã thiết lập, tăng cường kiểm soát công thức bí mật và ghi lại thời gian và thao tác thực tế của việc sửa đổi. Số sê-ri nhân viên; 4. Chức năng sửa chữa khi mất điện: Phần mềm hệ thống có thể khôi phục các bản ghi đo lường chính xác trước khi mất điện nếu nguồn điện bị ngắt đột ngột; 5. Chức năng chia sẻ mạng cục bộ: Máy chủ có thể chia sẻ thông tin dữ liệu tài nguyên trong mạng cục bộ, và người phụ trách xưởng sản xuất có thể theo dõi tiến độ thi công và các điều kiện khác. 2.1 Cấu tạo của hệ thống Tất cả các máy trộn định lượng tự động đều bao gồm máy tính công nghiệp, PLC, cân đa đầu công nghiệp, bộ khởi động mềm, động cơ rung, máy trộn, cảm biến, băng tải, v.v.

Máy tính điều khiển công nghiệp cấp trên hiển thị trang công nghệ tương tác người-máy và thực hiện các chức năng như nhập liệu nội dung thông tin, quản lý cơ sở dữ liệu, hiển thị thông tin dữ liệu, lưu trữ, phân tích thống kê và biểu mẫu. Phần mềm máy tính cấp trên sử dụng máy tính điều khiển công nghiệp IPC810. Các nhiệm vụ chính của nó như sau: Máy chủ tự động hóa công nghiệp trước tiên tải công thức bí mật của một số sê-ri nhất định theo thứ tự của nhân viên vận hành thực tế, sau đó, theo tỷ lệ và thứ tự gia vị trong công thức bí mật, truyền lệnh bắt đầu gia vị đến PLC, để PLC có thể khởi chạy phần mềm đặc biệt. Trong toàn bộ quá trình gia vị, máy chủ tự động hóa công nghiệp sử dụng phương pháp thăm dò để tải trạng thái của PLC theo thời gian thực nhằm điều khiển hoạt động của PLC và các máy móc trực thuộc; Thông tin dữ liệu cân, theo chiến lược gia vị, khi trọng lượng gần đạt đến giá trị đặt trước trong công thức bí mật, máy chủ sẽ gửi lệnh đến PLC để kết thúc quá trình gia vị. Khi tất cả nguyên liệu thô trong một công thức bí mật đã được chuẩn bị, toàn bộ quá trình gia vị sẽ bị tạm dừng, chờ lệnh của nhân viên vận hành thực tế.

Trong toàn bộ quá trình vận hành phần mềm hệ thống, PLC giao tiếp với phần mềm máy chủ theo thời gian thực để đảm bảo tính nhất quán giữa thông tin dữ liệu hiển thị trên trang và thông tin dữ liệu cụ thể tại chỗ. Tất cả có thể được gửi đến PLC ngay lập tức. Các nhiệm vụ chính của PLC bao gồm: ① Chấp nhận các lệnh được đẩy bởi phần mềm của máy tính chủ và điều khiển việc khởi động, dừng và tốc độ của động cơ rung theo bộ khởi động mềm; ② Tải trạng thái hoạt động của bộ khởi động mềm vào vùng thông tin dữ liệu bộ nhớ hoạt động theo thời gian thực được tải bởi máy tính điều khiển công nghiệp; ③ Chuẩn bị các điều kiện khác nhau của chính nó dưới dạng các từ trạng thái, và máy tính điều khiển công nghiệp có thể được tải ngay lập tức. 2.2 Phương pháp điều khiển và toàn bộ quá trình tẩm ướp Theo phân tích các đặc điểm của toàn bộ quá trình tẩm ướp, ta thấy rằng toàn bộ quá trình tẩm ướp có các đặc điểm sau: (1) Mục tiêu đo lường là phần mềm hệ thống không thể đảo ngược một chiều. Không có cách nào để nguyên liệu thô quay trở lại băng tải từ máy định lượng.

(2) Nó có độ trễ thời gian đáng kể. Khi gia vị đạt đến giá trị cài đặt trước, PLC điều khiển động cơ dừng việc truyền nguyên liệu. Lúc này, có một số nguyên liệu trên băng tải không thể mua được, do đó phần mềm hệ thống có độ trễ thời gian đáng kể. (3) Tính năng điều khiển được là nguồn điện có thể chuyển đổi.

Các thao tác khởi động và dừng của phần mềm hệ thống đều là các đại lượng chuyển mạch. (4) Hệ thống định lượng tự động là tuyến tính trong tất cả các khu vực làm việc bình thường. Do đó, chúng tôi xem xét việc sử dụng các phương pháp điều khiển như tốc độ nhanh, tốc độ chậm và truyền sớm lệnh cấp liệu kết thúc, cũng như việc sử dụng công nghệ tự khóa và liên khóa của PLC để đảm bảo quá trình ủ diễn ra suôn sẻ.

Sau khi phần mềm hệ thống được khởi động, máy tính điều khiển công nghiệp truyền tín hiệu dữ liệu bắt đầu cấp liệu đến PLC, và PLC điều khiển bộ khởi động mềm để dẫn động động cơ bắt đầu cấp liệu nhanh. Ngoài ra, máy chủ tự động hóa công nghiệp liên tục tải thông tin dữ liệu cân của cân đa đầu theo giao tiếp nối tiếp. Khi giá trị trọng lượng tịnh gần với giá trị đặt trước, máy chủ tự động hóa công nghiệp truyền mã điều khiển để kết thúc cấp liệu đến PLC. Lúc này, PLC điều khiển bộ khởi động mềm thực hiện cấp liệu chậm, và giá trị đặt trước và lượng cấp liệu cụ thể có thể được xác định trước dựa trên lượng nguyên liệu còn lại trên tổ chức truyền tải. Khi lỗi và lượng nguyên liệu còn lại trên cấu trúc truyền tải bất thường, PLC thực sự gửi lệnh kết thúc, được thực hiện bởi bộ khởi động mềm, và sau đó điều khiển động cơ tắt. Các bước được thể hiện trong Hình 1. Phần mềm hệ thống định lượng tự động 3 Phát triển phần mềm máy chủ tự động hóa công nghiệp Các nhiệm vụ chính hàng ngày của máy tính điều khiển công nghiệp như sau: (1) Hiển thị thông tin hoạt hình của toàn bộ quá trình ướp.

(2) Gửi mã điều khiển đến PLC và nạp lệnh vận hành cho PLC. (3) Nạp tín hiệu dữ liệu cân trên cân đa đầu, hiển thị giá trị cân trên màn hình và gửi lệnh đến PLC theo thông tin dữ liệu cân. (4) Truy vấn cơ sở dữ liệu và biểu mẫu, lưu trữ thông tin dữ liệu gia vị, sao chép biểu mẫu.

(5) Cải tiến và sửa đổi công thức bí mật. (6) Các chức năng khác như cảnh báo phụ trợ cho các lỗi thường gặp trong quá trình nêm gia vị. 3.1 Thiết kế trang phần mềm điện thoại di động nêm gia vị Ứng dụng máy tính điều khiển công nghiệp Longchuanqiao, thiết kế cấu hình màn hình cảm ứng công nghiệp, cấu hình hệ thống điều khiển công nghiệp thực chất là một nền tảng dịch vụ phần mềm phát triển có thể được khách hàng phát triển theo nhu cầu của riêng họ.

Chúng tôi có thể phát triển và thiết kế màn hình cảm ứng công nghiệp thân thiện cho tất cả các hệ thống giám sát video trên nền tảng dịch vụ theo quy định công nghệ xử lý, và người vận hành có thể tương tác với máy móc thiết bị tại chỗ trong thời gian thực theo trang này. Phần mềm điện thoại di động Longchuanqiao là một cấu hình tự động hóa điều khiển công nghiệp HMI/SCADA, cung cấp một công cụ phát triển với tỷ lệ khung hình tích hợp và trực quan hóa dữ liệu. Phần mềm này có các đặc điểm sau: (1) Nhiều chức năng giao tiếp.

Cấu hình cầu Longchuan [3] phù hợp với các chức năng truyền thông sau: 1) Phù hợp với các phương thức truyền thông nối tiếp như RS232, RS422 và RS485, cũng như các phương thức như bộ lặp, quay số điện thoại, thăm dò và quay số điện thoại. 2) Giao tiếp giao diện Ethernet cũng áp dụng cho giao diện Ethernet truyền hình cáp và giao diện Ethernet mạng không dây. 3) Phần mềm trình điều khiển của tất cả các máy móc và thiết bị đều áp dụng cho GPRS, CDMA, GSM và các thông số kỹ thuật Internet di động khác.

(2) Phần mềm hệ thống thiết kế và phát triển tiện lợi. Nhiều thành phần và điều khiển tạo thành một phần mềm hệ thống thiết kế và phát triển HMI mạnh mẽ; hiệu ứng màu kết nối và màu tiệm cận được cải tiến giải quyết vấn đề từ gốc rễ là nhiều phần mềm điện thoại di động tương tự sử dụng quá nhiều màu kết nối và màu tiệm cận, gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đến vấn đề cập nhật giao diện với tốc độ cao và hiệu quả cao trong hoạt động của phần mềm hệ thống; nhiều dạng đồ thị con vật liệu vectơ hơn giúp việc tạo giao diện dự án kỹ thuật trở nên thuận tiện hơn; thể hiện phương pháp tư duy hướng đối tượng, nhúng các biến độc lập gián tiếp, biến trung gian, biến độc lập truy vấn cơ sở dữ liệu, áp dụng cho các chức năng tùy chỉnh và đơn đặt hàng tùy chỉnh. (3) Mở.

Tính mở của cấu hình cầu nối Longchuan chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau: 1) Sử dụng Excel để truy vấn cơ sở dữ liệu bằng VBA. 2) Phần mềm điện thoại di động có kiến ​​trúc hệ thống mở, hoàn toàn tương thích với các chuẩn DDE, OPC, ODBC/SQL, ActiveX và DNA. Nó cung cấp các socket duyệt ngoại vi dưới nhiều hình thức khác nhau như OLE, COM/DCOM, thư viện liên kết động, v.v., thuận tiện cho khách hàng sử dụng nhiều môi trường phát triển phổ biến (như VC++, VB, v.v.) để thực hiện phát triển thứ cấp chuyên sâu.

3) Kiến trúc hệ thống của phần mềm điều khiển I/O cấu hình cầu Longchuan là một cấu trúc mở, và một phần mã nguồn của các socket của nó được công bố hoàn toàn, khách hàng có thể tự phát triển phần mềm điều khiển. (4) Chức năng truy vấn cơ sở dữ liệu. Cấu hình cầu Longchuan được tích hợp cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian, và nhiều khối chức năng được tích hợp trong cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian để xử lý và lưu trữ dữ liệu, có thể hoàn thành các chức năng tóm tắt, phân tích thống kê, thao tác và tuyến tính hóa, v.v. (5) Áp dụng cho nhiều loại máy móc, thiết bị và bus hệ thống.

Nó phù hợp với PLC, bộ điều khiển, thiết bị đa chức năng, thiết bị đầu cuối thông minh di động và mô-đun điều khiển thông minh được sản xuất bởi hầu hết các nhà sản xuất nổi tiếng trên toàn thế giới; ngoài ra, nó cũng phù hợp với các giao diện máy tính tiêu chuẩn như Profibus, Can, LonWorks và Modbus. 3.2 Mức I/O của hệ thống Cấu hình cầu Longchuan sử dụng các điểm cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian để chỉ ra các điểm I/O. Sau khi phân tích, phần mềm hệ thống phải có ba điểm I/O, và hai điểm tham chiếu dữ liệu được sử dụng để điều khiển việc khởi động và dừng động cơ theo PLC. Do đó, kết nối thông tin dữ liệu của hai điểm này được chọn làm hai I/O dung lượng dữ liệu của PLC.

Một điểm mô phỏng được sử dụng để biểu diễn dữ liệu thời gian thực được tải từ cân đa đầu, do đó thông tin dữ liệu tại điểm đó được kết nối với phép đo chính xác của cân đa đầu. 4 Thiết kế lập trình truyền thông Thiết kế lập trình truyền thông bao gồm ba phần, phần đầu tiên là giao tiếp giữa máy chủ và PLC; phần thứ hai là giao tiếp giữa máy chủ và cân đa đầu; phần thứ ba là giao tiếp giữa PLC và bộ khởi động mềm. 4.1 Cấu hình truyền thông giữa máy chủ và PLC thường được tích hợp với phần mềm điều khiển PLC phổ biến. Đầu tiên, một máy ảo PLC mới được tạo trong cấu hình Longchuan Bridge. Mô hình và thông số kỹ thuật của máy ảo phải phù hợp với ứng dụng thực tế. Mô hình và thông số kỹ thuật PLC phải giống nhau. Nếu không tìm thấy thông số kỹ thuật mô hình PLC cần thiết trong cấu hình, nhà sản xuất phần mềm điện thoại di động có thể được ủy quyền để phát triển và thiết kế một trình điều khiển PLC mới thuộc loại và thông số kỹ thuật này hoàn toàn miễn phí.

Máy ảo được sử dụng để mô phỏng máy thật. Ở đây, PLC được mọi người sử dụng là Siemens S7-300, và máy chủ được thiết lập để giao tiếp với PLC theo giao tiếp nối tiếp 1. 4.2 Giao tiếp giữa máy chủ và cân đa đầu Đối với cân đa đầu, chúng tôi sử dụng cân đa đầu của Hangzhou Sifang. Để đảm bảo giao tiếp giữa bảng điều khiển và cấu hình được tốt, chúng tôi đã đặc biệt ủy quyền cho Longchuanqiao Enterprise phát triển phần mềm điều khiển bảng điều khiển. Trước hết, chúng tôi chọn một loại thiết bị máy cần thiết từ thư mục điều khiển đã được cấu hình, và đối với loại này, tạo một thiết bị máy ảo để mô phỏng cân đa đầu thực, sau đó thiết lập số cổng giao tiếp giữa bảng điều khiển và máy tính cũng như các giao thức giao tiếp.

4.3 Giao tiếp giữa PLC và bộ khởi động mềm Do xưởng sản xuất gia vị có nhiều loại nguyên liệu khác nhau, chúng tôi đã bố trí một số băng tải để thuận tiện hơn cho việc tẩm ướp. Vì vậy, một PLC của hệ thống định lượng tự động phải được kết nối với một số bộ khởi động mềm. Do đó, chúng tôi sử dụng hệ thống bus Profibus giữa PLC và bộ khởi động mềm để thực hiện giao tiếp, lắp đặt mô-đun điều khiển giao tiếp Profibus chuyên dụng vào bộ khởi động mềm, thiết lập địa chỉ chi tiết của trạm phụ của bộ khởi động mềm, sau đó kết nối theo tần số vô tuyến Profibus. Bộ điều khiển được kết nối với PLC, và PLC hoàn thành việc đẩy và nhận định dạng thông báo đến bộ khởi động mềm theo chương trình, gửi lệnh điều khiển đến bộ khởi động mềm và tải từ trạng thái từ bộ khởi động mềm. CPU315-3DP được sử dụng làm tên miền Profibus, và mỗi bộ khởi động mềm giao tiếp với tên miền này có thể được coi là một trạm phụ Profibus.

Trong quá trình giao tiếp, tên miền chọn trạm phụ để truyền dữ liệu theo định danh địa chỉ chi tiết trong định dạng thông báo giao tiếp. Bản thân trạm phụ không thể chủ động truyền dữ liệu và mỗi trạm phụ không thể ngay lập tức thực hiện việc truyền nội dung thông tin. Các mô hình và thông số kỹ thuật của bộ khởi động mềm được sử dụng trong phần mềm hệ thống đều là sản phẩm dòng Siemens MicroMaster430 [4].

Khóa giao tiếp chính giữa PLC và bộ khởi động mềm bao gồm hai định nghĩa. Thứ nhất là định dạng thông báo dữ liệu, và thứ hai là từ thao tác và từ trạng thái. (1) Định dạng thông báo giao tiếp.

Định dạng của mỗi thông điệp bắt đầu bằng mã định danh STX, sau đó là độ dài biểu thị LGE và số byte của địa chỉ chi tiết ADR, tiếp theo là mã định danh thông tin dữ liệu được chọn. Định dạng thông điệp kết thúc bằng bộ dò BCC của khối thông tin dữ liệu. Tên các trường chính được thể hiện như sau: Trường STX là mã định danh ASCII một byte (02hex) cho biết sự bắt đầu của nội dung thông điệp. Vùng LGE là một byte, cho biết số byte, tiếp theo là nội dung của phần thông tin này. Vùng ADR là một byte, là địa chỉ chi tiết của nút trạm (tức là bộ khởi động mềm).

Vùng BCC là một mã kiểm tra có độ dài một byte, được sử dụng để kiểm tra xem nội dung thông tin có hợp lý hay không. Nó là tổng số byte trước BCC trong nội dung thông báo được "XOR" để tính toán kết quả. Nếu nội dung thông tin nhận được bởi bộ khởi động mềm không hợp lệ theo kết quả tính toán mã kiểm tra, nó sẽ loại bỏ nội dung thông tin đó và sẽ không gửi tín hiệu dữ liệu phản hồi đến tên miền.

(2) Từ thao tác và từ trạng thái. PLC có thể đọc và ghi giá trị biến của bộ khởi động mềm theo vùng PKW của bộ khởi động mềm, sau đó thay đổi hoặc điều khiển trạng thái hoạt động của bộ khởi động mềm. Trong phần mềm hệ thống này, PLC đọc thông tin dữ liệu trong vùng này và đưa vào vùng thông tin dữ liệu đặc biệt để máy tính điều khiển công nghiệp xem, và kết quả xem sẽ hiển thị thông tin trên máy tính điều khiển công nghiệp.

5. Kết quả Phần mềm hệ thống đã hoàn thành các tác vụ định lượng tự động hàng ngày theo yêu cầu dựa trên sự phối hợp giữa máy tính điều khiển công nghiệp, PLC và bộ khởi động mềm. Phần mềm hệ thống đã được bàn giao và sử dụng từ tháng 5 năm 2008. Khối lượng định lượng hàng ngày là 100 tấn, và thực hiện 10 công thức bí mật. Hệ thống không chỉ hiển thị trạng thái hoạt động theo thời gian thực mà còn hiển thị các chức năng thay đổi và nâng cấp công thức bí mật; các hướng dẫn vận hành cụ thể, phần mềm hệ thống hoạt động trơn tru và đáng tin cậy, màn hình cảm ứng công nghiệp đẹp và trang nhã, thao tác thực tế thuận tiện. Ngoài ra, phần mềm hệ thống áp dụng thiết kế phát triển cấu hình, giúp thuận tiện cho việc nâng cấp sau này.

Tác giả: Smartweigh – Các nhà sản xuất máy cân đa đầu

Tác giả: Smartweigh – Bộ cân tuyến tính

Tác giả: Smartweigh – Máy cân tuyến tính và đóng gói

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói cân đa đầu

Tác giả: Smartweigh – Khay Denster

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói dạng vỏ sò

Tác giả: Smartweigh – Máy cân kết hợp

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói Doypack

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói túi sẵn

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói quay

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói thẳng đứng

Tác giả: Smartweigh – Máy đóng gói VFFS