易控〔INSPEC〕组态软件在纸浆模塑成型机监控系统中的应用.docx

易控INSPEC组态软件在纸浆模塑成型机监控系统中的应用易控INSPEC组态软件在纸浆模塑成型机监控系统中的应用开发的易控INSPEC。易控INSPEC软件能够支持同时与不同的PLC设备的通信。2.1成型机监控系统组态设计及通信协议利用易控INSPEC组态软件设计上位机的实时监控画面，如图2所示。通过动画模拟实时的生产状况，使系统便于观察和操作；配制好数据库后，系统会自动保存重要的生产数据、生成实时曲线、统计产量、打印报表；当生产经过出现异常时，会弹出报警画面，自动关闭系统并提示相关处理操作。上位机与不同类型的PLC之间的通信采用不同的通信通道，本系统设置了1通道与台达PLC通信，2通道与艾默生PLC通信；同种类型的PLC之间采用寻址的方式来区分，8台成型机分别对应18的地址；总线选用ModbusRTU形式，PLC通信端口的设置要与上位机通信端口的设置保持一致。2.2真空泵变频控制硬件设计系统保留了原有的手动控制，方便在系统的测试、维修期间，或者在自动控制出现问题时，作为后备功能启用。真空泵组的手动控制和自动控制由手动/自动转换开关来选择。为了节省成本，在自动控制形式下，采用一台变频器控制两台电动机，变频器根据需要在两台电动机之间进行切换。由PLC控制电动机的启停操作。在负压罐的输出管道上，安装有负压传感器，用于获得实际的负压压力。将测得的负压压力与给定的目的值进行比拟，通过PID计算得到变频器的输出频率。整套装置组成了一个完好的闭环控制系统，能够根据实际生产的需要，自动调节电动机的输出功率，进而到达稳定负压压力，节约能源和原材料的目的。控制系统的硬件配置包括：台安N2系列220V/440V22kw变频器1台、艾默生EC20系列可编程控制器PLC、艾默生EC20系列8AD模块、艾默生EC20系列4DA模块、负压传感器、以及空气开关、断路器、防雷器等系统保护性器件，还包括接触器、继电器若干，主要用于PLC的继电器输出及变频器在两台电动机之间的切换。系统的原理框图如图3所示：负压传感器负责在生产经过中实时收集负压压力的信号，然后通过屏蔽双绞线将420mA电流信号送到PLC控制系统的8AD模块中，与PLC中设定的目的值进行比拟，差值送入PID计算得到一个控制量，经4DA模块转换成010V的电压信号，通过改变变频器的输出频率来改变电动机的转速，实现负压压力的自动调节。在自动形式下，通过变频器实现电动机的软启动，能够有效的减少启动电流对电动机的冲击，延长电动机的使用寿命。两台电动机将根据变频运行的时间我们定为36小时，轮流作为变频运行的电动机。在电动机变频运行期间，假如变频时间到达规定的时间，为了不影响生产，电动机将继续变频运行，直到下一次启动时自动转换变频运行的电动机。考虑到水环式真空泵存在下限运行频率，把变频器的频率下限设为36Hz，频率上限设为50Hz。PLC首先启动变频运行的电动机，假如电动机连续运行在50Hz超过一段时间我们定为3分钟，负压压力仍然达不到目的值，系统将自动工频启动另一台电动机，并延时一段时间以后再进行判定，避免了电动机频繁启停动作；假如变频频率低至36Hz后超过一段时间我们定为1分钟，系统将会自动停止另一台电动机，防止外部干扰而让电动机产生误动作。电动机的运行频率能够将变频器的频率输出信号通过屏蔽双绞线送至PLC的8AD模块中。2.3真空泵变频控制软件设计本系统中设计的程序块主要分为下面几个部分：初始化配置，主要有PLC扩展模块8AD、4DA的初始化设置以及特性参数的设置，还有PID各个控制参数的设置；根据变频运行的时间，确定变频运行的电动机和工频运行的电动机；根据负压传感器的反应信号与设定的目的值比拟，进行PID运算，得到变频运行频率的控制量；运行频率判定，根据判定结果，来决定能否启停工频运行电动机及变频运行电动机的运行频率；电动机的运行信号、故障信号检测及过电流保护，变频器的故障信号及复位。艾默生EC20系列PLC编程软件自带PID指令向导，改变了以往PLC实现PID控制算法难度大的窘境，能够非常方便快速的生成PID配置程序和PID控制程序，减轻了编写程序的负担。下面对程序中几个比拟重要的部分进行具体的叙述。PID控制参数整定。变频控制系统选择了4DA模块的02000对应010V的形式，所以需要设定PID控制的输出上下限有效，并且设定输出下限值为0，输出上限值为2000，与4DA模块的输入数字量对应，消除了控制的盲区；采样时间要选择适宜，采样时间过短PID指令无法执行，经过现场调试，我们选定的采样时间为100ms；为了使测量值变化平滑，将输入滤波常数定为10%；选择10%的微分增益，能够缓和输出值得剧烈变化；控制系统PID参数的整定根据负压压力的实时曲线来不断的调整，最终定出适宜的值。变频运行时间计算及切换。程序流程图及部分梯形图如图4所示。D500、D501、D502分别为停电保持的数据寄存器，D500存储变频运行转换时间为36小时，D501存储18kw真空泵组变频运行的时间，D502存储22kw真空泵组变频运行的时间。X2、X4分别为18kw真空泵组变频运行信号和22kw真空泵组变频运行信号。M30为自动控制形式。M205的常闭触点接18kw真空泵组变频启动信号，M206的常开触点接22kw真空泵组变频启动信号。程序运行的结果，将使M205产生一个以72小时为周期的时钟振荡信号，其中首个周期的前半周期为0，也即是首先选定18kw真空泵组的电动机变频运行。运行频率计算。程序流程图及部分梯形图如图5所示。D22为PID计算得到的频率，D32为变频器设定的频率上限，D30为变频器设定的频率下限。T30和T31用的是接通延时计时指令，只要当频率到达设定的值，并持续设定的时间长度D401和D402，线圈M200、M201才会导通。线圈M200、M201、M202分别对应启动电动机、停止电动机、控制变频电动机的操作。3结论本文利用PLC和变频器实现了真空泵组的自动变频控制，改变了以往纸浆模塑生产线中负压压力波动大，废品率高的现状；利用易控INSPEC组态软件优越的组网功能，方便快速的实现了成型机的实时生产数据监控。实际结果表明，该系统不仅提高了控制系统的响应速度和生产效率，而且节省了原材料和电能，使系统运行的方式愈加合理、灵敏、可靠。