基于PLC控制的海绵钛及合金自动混配料系统研究

基于 PLC控制的海绵钛及合金 自动混 配料系统研究

刘苗苗

西安建筑科技大学机电工程学院 721014

【摘要】海绵钛及中间合金是钛及钛合金铸锭生产的原材料。精准的配料、混料控制过程是成品铸锭的成分及组织均匀性满足后期加工要求的前提。文章详细介绍了一种自动混配料生产线设计方案。介绍了系统结构关键技术组成，并介绍了利用模糊PID技术进行配料精度的控制算法。

【关键词】自动混配料；PLC；模糊PID

Research of Automatic weighing and blending system for sponge titanium and Alloy based on PLC control

Liu Miaomiao

（School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi 'an University of Architecture and Technology）

Abstract:Sponge titanium and master alloys are raw materials for the production of titanium and titanium alloy ingots. Precise batching and mixing control process is a prerequisite for the uniformity of the composition and structure of the finished ingot to meet the requirements of later processing. The article introduces in detail a design scheme of an automatic mixed batching production line. The key technical composition of the system structure is introduced, and the control algorithm of batching accuracy using fuzzy PID technology is introduced.

Keywords:Automatic weighing and blending; PLC; The fuzzy PID

1. 系统硬件部分设计

系统主要机械结构由七大部分组成，具体分为：

1.1储料部分

由多个大吨位海绵钛存储仓及合金存储仓组成，其中每个海绵钛仓容积为6000L，可容纳6600kg海绵钛，颗粒度为20-70mm。每个合金仓的容积为1500L，可容纳2250kg料，颗粒度为1-10mm /0.3-10mm。

1.2给料部分

给料部分是从料仓 (或储罐) 向称重单元中加料的执行机构。根据物料的不同特性（密度、质量、物理型态），选用不同的给料设备，如电磁振动给料机、螺旋给料机、单 (双)速电磁阀等。本设计采用的是SEW变频器控制的可调振动电机，配合相应的导料槽将料送至称重单元。

1.3称重部分

称量部分由称重传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。海绵钛秤最大载重为300Kg,最小分度为0.1kg,每个合金称均由三个称重传感器并联组成，最大载重量为30kg，最小分度为0.005kg。

1.4卸料部分

卸料部分是从称量斗向运料输送机构放料的执行机构。本设计选用由气缸控制的挡板阀来进行卸料。

1.5料的传输部分

包含：皮带传输、传动链条传输、料斗传输、提升机传输、运料小车传输。

传输过程为：按生产工艺配方要求配好的料从称量料斗中经过卸料部分下到皮带上（下料的同时皮带开始倒转）等所有的称重单元均显示为0kg后，皮带再开始正转，将料输送到最末端的称量斗进行混合复称。然后将料从此称量斗经过卸料装置送至运料小车中，运料小车经过传动链条传输进入提升机传输装置运输至提升机最顶端后再经过传动链条传输至混料器上端。运料小车放置于专制的料架上，此小车底部为合页设计，当小车连同料架被混料器上端的提升装置提升至一定高度，则合页打开小车中的料自由落体进入混料器进行混料。

2. 系统软件部分设计

2.1上位机设计：本设计上位机主要完成配方管理、配混料流程的监控、报表显示、查询、打印等功能，因此设计中选用PC机代替价位较高的工控机。此PC机选用windowsXP操作系统，操作方便，带有标准RS-232通讯口、打印接口、USB接口，易与外设备连接。该上位机具有实时监控、参数设置、数据采集和传输、数据保存、预置报警、故障显示等功能。

2.2下位机硬件设计：下位机为S7-300PLC，主要对称量系统中的数据进行采集，并在CPU中进行计算，同时发出过程控制命令。传统的PLC主要通过 RS232 对称量仪表中的数据进行采集，此种采集方式具有通信距离短，通信速度慢，易受到电磁干扰，导致采集数据丢失，本设计选用技术成熟，易操作且功能强大的S7-300可编程逻辑控制器。

2.3称量系统的设计：称重传感器+接线盒+称重仪表+西门子PLC专用称重模块，经过A/D,D/A转换，实现称重重量的显示及反馈控制。

2.4称重传感器的选择：含称重传感器的型号选择和组秤方式选择两方面：本设计考虑到现场实际情况，海绵钛秤选择最大载荷为300kg,最小分度为0.1kg的悬臂梁式称重传感器。合金秤选择最大载重量为30kg，最小分度为0.005kg的悬臂梁式称重传感器。

2.5选择SEW MDV60A 系列变频器结合PLC实现对振动电机振动频率、传输皮带电机转速、传输链条转速、混料器转速的控制。

2.6采用组态软件Wincc实现对控制系统的显示及设备状态监控功能，结合PLC软件设计实现现场设备的监控和自动过程的控制。

3. 自动混配料的精度控制技术

称重传感器在使用过程中，容易受到周围环境的影响，如振动、粉尘等，会使传感器产生稳态误差，在此引入模糊PID控制技术以实现称重传感器的稳态误差及误差累积造成的零点漂移现象，以达到对配料过程精度的控制。

4. 自动混配料系统的生产工艺

配料过程开始后，系统首先检测配方中所涉及的料仓有无料、运料小车所处位置等现场情况，然后读取配方参数开始配料，若称上已有料则对重量进行读取反馈，开始加料使称上的重量达到配方要求再停止加料，然后皮带开始反转，开始卸料，等称上重量清零后皮带停止转动，进入下一步的运输流程。

参考文献：

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作者简介：刘苗苗，1987年4月，女，陕西宝鸡，汉，本科，工程师，西安建筑科技大学机电工程学院，研究方向:电气自动化。