基于S7—200PLC的陶瓷砂磨机控制系统的技术改造.pdf

自动化 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 1 基于S 7 2 0 0 P L C的陶瓷砂磨机控制系统的技术改造 王志刚 ，李文群 1 ． 中山火炬职业技术学院，广东中山 5 2 8 4 3 6 ；2 ． 西1“ 3 子 中国有限公司 深圳分公司，广东深圳 5 1 8 0 0 0 摘要根据陶瓷砂磨机的工艺流程，通过s 7 2 0 0 P L C 与S m a r t L i n e 面板对其控制系统进行硬件设计 、软件设计。实践证明， 该 控制系统不仅可以提高产品品质又可以降低成本，而且具有运行稳定可靠、生产效率高、 操作简单 、 参数的设置方便、经济实 用等优点 。 关键词P L C ；陶瓷砂磨机 ； 控制系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 40 40 0 3 8 0 3 Th e Te c h n i c a l Re f o r m o f Ce r a mi c Gr i n d i n g M a c h i n e Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n 7 - 2 0 0 PLC W ANG Zh i -g a n g ， L I W e n - q un 1 ． Z h o n g s h a n T o r c h P o l y t e c h n i c ，Z h o n g s h a n 5 2 8 4 3 6 ，C h i n a ；2 ．S i e me n s C h i n a C o ． ，L t d ． ，S h e n z h e n B r a n c h ， S h e n z h e n 5 1 8 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s o f c e r a mi c g r i nd i n g ma c h i n e， t h e a r t i c l e d e s i g n s t h e h a r d wa r e a n d s o f t ware t o i t s c o n t r o l s y s t e m b y S 7 2 0 0P LC a n d S ma r t l i n e p a n e 1 ．Pr a c t i c e h a s p r o v e d tha t t h e c o n t r o l s y s t e m c a n n o t o n l y i mp r o v e t h e p r o d uc t q u a l i t y a nd r e d u c e c o s t ， b ut a l s o h a s s t a b l e o p e r a t i o n，h i g h e ffic i e n c y，s i mp l e o p e r a t i o n，c o n v e n i e n t pa r a me t e r s e t t i n g，a n d e c o n o mi c p r a c t i c a l i t y ． Ke y wo r ds PL C； c e r a mi c g r i n d i n g ma c hi n e ； c o n t r o l s y s t e m 0 引言 陶瓷砂磨机是一种水平湿式连续性生产超 微 粒 的分 散机器 。将预 先搅拌均 匀 的原 料送 到 主机的研磨槽 ，进而将原材料研磨到纳米单位 等级的颗粒。通过 P L C技术对传统的砂磨机控 制 系统进 行改造 ，其所研 磨之后 的颗粒 可 以达 到 5 0 纳 米 以下 。不仅 可以提高产 品品质 ，还可 以降低成本，而且具有运行稳定可靠、高效低 能耗 、无金属污染等特点。广泛应用于电池材 料 、电子浆料、数码耗材、陶瓷材料、无机颜 料、稀土材料 、化妆品、医药制剂、高档油墨 涂料等行业。 此次技术改造的陶瓷砂磨机原机型使用国产 品牌信捷P L C 和触摸屏，英威腾变频器 ，为了提 高其生产效率与生产质量 ，降低企业生产成本， 2 0 1 2 年国家火炬计划资助项目 编号 收稿 日期 2 0 1 40 3 一O 1 增 加 利 润 ，本 文 选 用 了可 靠 高 效 的 西 门 子 s 7 2 0 0 P L C 、S m a r t L i n e 触摸屏和 1 L G 0电机等产 品对其控制系统进行改造 ，所用主要设备清单见 表 1 。实验证 明 ，这是一条投资少 、见效快 、收 益高、易推广的技术之路』 l _ 4 J 。 表 1 主要设备清单 2 0 1 2 G H 5 7 1 6 6 0 匦翌盟 ⅡI 王志刚 等基亏S 7 2 0 0 P L C的陶瓷砂磨机控制系统的技术改造 1 控制系统硬件设计 1 ． 1 控制系统简介 陶瓷砂磨机具有水平筒体，是可以用于研磨 分散 固／ 液相悬浮体 的设备 。主电动机通过三角 皮带来驱动分散轴作高速旋转运动，通过分散轴 带动分散盘上的研磨介质运动，所产生的摩擦与 剪切力使相关物料得 以研磨与分散。该设备为湿 法分散 ，研磨工艺设备在超微粉材料 的制造及应 用 上效果十分理想 。可为电池材料 、电子 浆料 、 数码耗材 、陶瓷材料 、无机颜料 、稀土材料 、化 妆品、医药制剂、高档油墨涂料等多个行业的生 产制造提供高效的研磨、分散技术解决方案。 陶瓷砂磨 机 的工作 过程是 由S 7 一 P L C程序 控 制 ，根据工作需要 ，可通过设定不同的砂磨模 式 、不同时间或次数运行以满足实际需要。物料 在交替罐和砂磨主机之间进行循环流动 ，在研磨 缸 内被磨成满足需要 的颗粒度小的物料。 陶瓷砂磨机主要部件包括两个储料的交替 罐，砂磨主机 ，管道，气泵 ，出进料阀门，电气 控制箱等 】。 1 ． 2 设备选型 根据陶瓷砂磨机的工艺要求，控制系统由按 钮 、电磁 阀 、继 电器 、压力变送器 、热电阻等组 成 ，通过选用 C P U 2 2 4 X P ， b J n 模拟量输人模块 E M 2 3 l 实现控制设备的功能。 陶瓷砂磨 机 运行 过程 中 ，需 要 显示 数据 变 量，以方便工作人员设定与修改相关技术参数。 本 文 选 用 了性 价 比较好 的 S m a r t L i n e 1 0 0 0触 摸 屏 ，不仅画面清晰、美观，同时具有技术参数易 于修订的功能，大大提高了砂磨机的技术层次。 此次进行技术改进后的陶瓷砂磨机控制系统 所使用 的主电机 、搅拌 电机等由国产变频器进行 控制 ，变频器具有支持 Mo d b u s 通信 的功能 。C P U 2 2 4 X P 可装载M o d b u s 指令库，通过调用指令可方 便地与其他设备进行M o d b u s 通信。控制系统结构 如图 1 所示。 2 控制系统的软件设计 2 ． 1 控制系统的功能 陶瓷砂磨机控制系统在手动控制状态下 ，可 独立开关电磁阀、变频器等设备，以便于操作人 员在设备调试、维护以及检修过程中进行 自主操 图1 控制系统结构图 作 。 陶瓷砂磨机控制系统在自动控制状态下 ，可 完成料罐交替循环、单罐循环 、批次循环等过 程 。在此 ，本文以批次循环过程为例 ，结合程序 来详细介绍其控制过程 。 首先 ，将 当前循环次数／ 2 ，根据余数来判断 当 前 循 环 的 状 态 。 若 偶 数 次 则 为 l 主 机2 状态 ；奇数 次 为 2 主 机 l 状 态 。设定模式完成后按下启动按钮 ，当 l 罐设定 值大于当前值时置位 自动进料标志，同时启动自 动进料泵并置位 1 罐进料标志位 ，随后启动 1 罐 搅拌电机 。当达到设定料位后停进料泵，置位l } ≠ 罐出料标志与2 罐进料标志，停 l 搅拌电机，打 开 1 样 罐出料阀，打开2 罐进料阀，同时启动砂磨 机 电机 ，当 l 罐料 位为 0时 ，复位 l 罐 出料标 ，志，随后关闭1 罐出料阀。此时判断2 撑 罐料位是 否到达 1 罐 的设定值 ，到达设定值时 ，l 主 机2 过程完成 。当循环次数加 1 后 ，进入奇 数次的循环 2 _主机1 模式 ，置位 2 出料 标 志与 1 进料标志 ，同时打开 2 出料阀与 1 进料 阀，此时打开 l 搅拌电机。当2 罐为空罐时，则 复位2 罐出料标志与l 罐进料标志，同时关闭2 罐 出料 阀、l 罐进料阀 ，停止 1 罐搅拌 电机。此 时 2 主机 l 过程完成 。循环次数再次加 1 ，随后进入偶 数次 的循环 。在循 环工作 的过程 中，判断是否达到批次循环的设定次数，如果已 经达到 ，就置位完成位，置位自动出料标志，同 时停止砂磨主机，打开出料气泵。判断循环次数 是否达到设定次数 的依据是奇数次循环 2 罐料位 为0 ，偶数次循环 1 罐料位为0 ，置位出料完成， 自动化 同时 自动循环完成 ，蜂呜器启动，复位当前模 式 ，等待下次模式设定。 2 ． 2 编程及调试 控制系统 的功能主要 由逻辑程序实现 。根据 控制 系统 的功能 ，其 子程序模 块分别 为参数设 定 、自动运行 、手 动运行 、模 式选择 、通信 处 理 、输 出、故障报警等。子程序在主程序中循环 调用。根据需要 ，重点讲述P L C 与变频器通信与 HM I 界面制作 。 2 ． 2 ． 1 C P U 2 2 4 与第三方变频器的通信 C P U 2 2 4 X P作为主站 ，使用 Mo d b u s R T U协 议 ，与第三方变频器进行通信。编程软件是 V 4 ． 0 S T E P 7 Mi c r o WI N S P 7 ，首先 要装 载 Mo d b u s 协议 库 ，调 用 Mo d b u s 主 站 的 指 令 P o rt 0 。 C P U 2 2 4 X P作为 主站 ，3 台变频器为从站 ，波特率 为 9 6 0 0 b iff s ，偶校验，1 起始位，1 停止位。 由于M B U S M S G指令在同一时间只能使用 1 次，所以需要建立轮询访问从站的机制。在通信 任务 中，3台变频器读写指令共 2 l 条 ，并分别对 应 2 1 个连续存储区。如有相应 的指令激活 ，则将 存储 区置 1 。完 成存储 区置 1 之后 ，再 使用 MBUS M S G 指令的D o n e 标志位将存储区清零。通 信轮询编号在 1 ～ 2 1 之间循环，指令执行的时间 用 1 0 0 ms 定时器监视 ，超过 1 0 0 ms 则退出 ，跳转 到通信轮询编号。 使用轮询的通信机制，能够保证各读写指令 的访问不冲突 ，经调试后运行效果达到预期效果。 在使用MB U S M S G 指令时，根据s 7 2 0 0 指令 的说 明，A d d r 的参数应该按规定写人。访 问可读 写的保持寄存器时，使用 “ 4 从站寄存器地址 十进制 1 ” ，即可实现对从站寄存器的读写访 问 ，地 址 支 持 5位 ， 即 0 0 0 0 09 9 9 9 9 。例 如 ， l O 0 0 h 的寄存器 ，A d d r 应填写 “ 1 6 a e 4 1 ” 。 通信程序设计流程图详情见图2 。 2 ． 2 ． 2 HMI 画面的制作 此次技术改造的陶瓷砂磨机控制系统使用 S m a r t L in e 系列控制面板，其不仅准确地提供了人 机界面的标准功能，还具有经济实用 ，高性价比 的特点。P P I 通讯协议可以确保面板与 s 7 2 0 0 建 立高速无缝的连接。S m a r t L i n e 为控制系统所包含 的料罐、管道、阀门、搅拌机等设备提供了丰富 命令存储寄存区V B 2 0 0 1 ． V B 2 0 2 1 ，设 定指针指向V B 2 0 0 0 l 指针索引循环初值； 1 有命令执行，将相应命令存储寄存区 检测命令存储寄存 区是否为1 0 输出相应逻辑标志位V1 8 2 X ． x 』 标志位V 1 8 2 X．X使能MB U S ． MS G 指 令，开始l O O m s 计时 l I 、 r ’ ’ 通讯指令执行成 指令执行定 指令执行定 功，指令输出D o n e 时器l O O ms 时器l O O ms 标志位V1 8 5 X． X 超时输出 超时输出 I l D o n e 标志位 V 1 8 5 X． X 置位执行 r 完 成 标 志 位 M 2 0 ．1 J 置 位 故 障 标 志 位 M 2 o ．2 J 同时将相应命令存 储寄存区写0 l 指针索弓 循环初值加1 指针索引循环初值大于2 1 I 图2 通信程序设计流程图 的画面对象库p 叫 。管道、阀门等控制对象可通过 图库直接调用，不仅具有很强的立体感，而且还 可以动态显示。通过精心制作的监控界面 ，可 以 把系统运行情况直观 、形象地展示 出来 。与原机 型所使用的国产触摸屏相 比较 ，S m a r t L i n e 的画面 更为美观，操作更为便利 ，其高性价比赢得用户 的一致好评。通过 S ma r t L i n e 的配方功能 ，操作人 员可以方便地实现对产品参数的分组与设定，不 仅优化了工作流程 ，而且提高了客户产品的层 次。H MI 监控画面效果如图3 、图4 所示 。 3 结束语 采用P L C 技术对陶瓷砂磨机控制系统进行优 化改造之后，不仅准确实现了陶瓷砂磨机控制工 艺流程 ，同时也可以方便地与第三方设备进行通 下转第 1 4 4页