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可編程序控制器在叉車自動稱重系統(tǒng)的應用

發(fā)布時間：2020-08-13 11:39:34 |來源：網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載

叉車是現(xiàn)代經(jīng)濟建設中的重要裝卸及搬運機械,在叉車上安裝稱重及顯示系統(tǒng)，可以實時、準確的測量并顯示出貨物的重量，對叉車安全工作、提高效率有很大作用?？删幊炭刂破?PLC)作為已經(jīng)使用比較成熟的工業(yè)控制部件，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良、操作簡單等優(yōu)點，特別適用于實時控制系統(tǒng)。本文介紹了基于可編程邏輯控制器(PLC)而開發(fā)研究的一種叉車自動稱重裝置，它是根據(jù)湖北丹江鋁廠的實際生產(chǎn)情況而開發(fā)研制的，主要實現(xiàn)鋁錠生產(chǎn)中鋁槽鋁液澆注的實時重量顯示與到限報警功能。

1叉車移重儀設計方案

1.1測試機構(gòu)方案

在叉車的起升鏈下端與升叉架的相聯(lián)部位，安裝兩個拉力傳感器，通過測量鏈張力來求取貨物的重量。該種方案的稱重誤差主要由載荷在叉鏟上的偏載和測力在傳遞中的非線性摩擦力造成。實踐中左右偏載帶來的測量誤差很小，可以不予考慮。而載荷在叉鏟前后偏載造成的誤差較大，必須給予補償。設兩傳感器的張力分別是R和F\,貨物重量為G,叉鏟傾角為a,叉架與支撐架之間的摩擦力為Ff,由測試機構(gòu)受力分析可得到：

G=(Fi+E-&)/cos(a)

式中：

Ff=卩kG；

卩為摩擦系數(shù)；由于貨物中心基本固定，所以k為與叉鏟機構(gòu)幾何尺寸有關的常數(shù)，可以在系統(tǒng)實驗和標定中確定并給予補償。

1.2系統(tǒng)硬件構(gòu)成與工作原理

叉車自動稱重系統(tǒng)原理如圖1所示，主要由測力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)組成，貨物重力通過張力傳感器機構(gòu)傳遞給重量傳感器，傳感器輸出的重力信號經(jīng)過接線盒傳送給變送器，信號再經(jīng)過功放放大、濾波，送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由S7-200PLC微處理器根據(jù)力學數(shù)學模型計算重量值，最后由TD200文本顯示器和DDM4A數(shù)字顯示器顯示實時稱重結(jié)果，并由報警器提示是否超載或者提醒現(xiàn)場工作人員進行人工控制，防止鋁水溶液溢出。

 

2移重控制系統(tǒng)要求與選型

基于鋁廠的現(xiàn)場生產(chǎn)條件和工藝情況，要求系統(tǒng)稱重范圍量程為8t,分辨率小于10kg,數(shù)字顯示實時跟蹤小于Is,工作溫度為0~70差。要求控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：離線標定、系統(tǒng)置零、稱重顯示、凈重查詢、功能增減、功能確認與退出以及到限報警等。

依據(jù)功能要求與實際工作情況，采用西門子S7-222PLC.TD200文本顯示器和擴展模塊EM231及DDM4A數(shù)字顯示表設計。

設計中功能設定和操作可以由TD200文本顯示器來完成，實時重量顯示由DDM4A數(shù)字顯示器完成，功能操作面板輸入有：離線標定、稱重、凈重查詢顯示、按鍵確認、退出、按鍵增減等，輸出有DDM4A所用4個輸出口和蜂鳴器一個輸出口，故可選用SIMATICS7-200系列具有8輸入、6輸出的CPU-222型PLC微控制器。TD200文本顯示器經(jīng)由RS485通訊口進行功能設定控制，信號采樣經(jīng)由EM231擴展模塊完成，系統(tǒng)硬件與功能配置如圖2所示。

根據(jù)系統(tǒng)配置情況和系統(tǒng)控制功能要求，稱重控制功能軟件采用易操作、易維護的模塊化方法設計。

  1. TD200組態(tài)

TD200文本顯示器是專為S7-200系列PLC開發(fā)的操作員界面，應用場合廣泛，特別是小型和低成本的應用場合，是S7-200控制系統(tǒng)人機界面最經(jīng)濟的一種選擇，具有如下特點：

  1. 帶背光的兩行液晶顯示，可顯示40個字符；
  2. 無需單獨電源，直接與PLC的CPU的PPI口連接；
  3. 可顯示修改和設定控制程序的過程變量值;
  4. 可編程的功能鍵。

本文主要用TD200來顯示稱重重量和修改標定參數(shù)。為了給操作員提供較好的參數(shù)輸入界面，必須對TD200文本框顯示器進行適當?shù)慕M態(tài)。組態(tài)包括：(1)支持語言：中文簡體；實時時鐘：否；強制I/O菜單：否；參數(shù)保護：否；掃描CPU時間：盡快；每條信息字符數(shù)：40字符；希望組態(tài)的信息數(shù):24;參數(shù)塊起始地址：VB32。(2)組態(tài)每條信息:將一些變量設置成為可編輯的，這樣就可以通過外面控制面板或者TD200修改參數(shù)。而且，這24條信息，通過分級，設置成為菜單模式，使得人機界面形象生動，便于操作。

  1. DDM4A數(shù)字顯示器

DDM4A數(shù)字顯示器主要用于PLC、DCS、計算機等控制中采集系統(tǒng)顯示某些數(shù)據(jù)、參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度、角度、位置、數(shù)量、頻率、轉(zhuǎn)

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速、電壓、電流、功率、時間、故障代碼等)。其主要特點如下：

(1)4線串行BCD碼通訊方式；

(2)4位0.8"LED數(shù)碼顯示,0000-9999顯示范圍；

  1. 帶正負號及5個擴展特殊符號顯示；
  2. 小數(shù)點位置可編程控制；
  3. 采用晶體管開關輸出驅(qū)動，單表僅需要4個開關量輸出點，在多表連接方式下可共用選通輸出點，節(jié)約大量的I/O點；
  4. 電源極性保護；
  5. 顯示值與PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)完全一致，精確，無誤差、無零漂、無需計量。

由于高溫鋁水不能用一般的泵抽，只有靠巨大的氣壓吸鋁水，所以采用DDM4A數(shù)字顯示器顯示鋁水凈重，使得操作員能及時操作抽鋁水系統(tǒng)。

  1. PLC自動稱重系統(tǒng)

用一臺小型PLC實現(xiàn)單一的生產(chǎn)過程控制，比如叉車稱重控制過程等，具有相當?shù)膬?yōu)勢，它所需的外圍電路極少，且能夠?qū)崿F(xiàn)對采樣值的數(shù)字濾波、PID運算等，還能夠根據(jù)運算結(jié)果產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)脈沖移相等功能。同時它具有抗干擾能力強、使用方便靈活、體積小、容易安裝維護等優(yōu)點，又是普通微機用于生產(chǎn)現(xiàn)場時所欠缺的。本文采用S7-200配合張力傳感器測量鋁水的重量，對重量采樣值進行數(shù)字濾波。

數(shù)字濾波采樣常用的求算術(shù)平均值的方法，設定采樣18次為一個采樣周期，在一個周期內(nèi)的采樣值舍去最大值和最小值后，余下的數(shù)值求取平均值,作為本次測量值。在進行線性化計算時，將采樣值區(qū)分為若干區(qū)段，每一區(qū)段內(nèi)的(采樣值-重量值)關系均視為線性關系，即為標定過程。數(shù)字濾波后的測量值經(jīng)比較，落在哪區(qū)段，則取相應區(qū)段的值進行計算，其公式為：

W=(Wraax—Wmi„)(Sx—Smi„)/(Smax-Smi„)+Wmi„

式中：

w.為區(qū)段重量上限值；

w.為區(qū)段重量下限值；

為區(qū)段重量上限對應的采樣值；

S皿.為區(qū)段重量下限對應的采樣值;

Sx為濾波后的當次采樣值；

W為本次重量值。

4軟件設計與程序?qū)崿F(xiàn)

針對控制稱重系統(tǒng)實際工作情況，程序采用簡單、易操作的模塊化設計實現(xiàn)。整個程序軟件分為:初始化模塊、稱重計算模塊、重量顯示模塊和操作設定查詢模塊4部分。

主程序完成上電復位、初始化和顯示程序調(diào)用、功能選擇、蜂鳴器報警等功能；初始化模塊完成設定變量初值、DDM4A顯示程序控制等功能；稱重計算模塊完成數(shù)據(jù)采樣、重量計算、信號轉(zhuǎn)換等功能;重量顯示模塊顯示實時重量；操作設定查詢模塊完成標定、重量累加查詢、清零等功能。主程序框圖如圖3所示。

 

稱重系統(tǒng)主程序框圖

 

文章來源于網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載，侵刪

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