摘要：本文主要介绍通过对粮油厂自动送料系统的改造，将原来的传统继电器控制系统改造成PLC+触摸屏控制系统。改造后的设备具有运行监控、出料控制、故障报警和电机控制等功能。取代传统的手动供料，为了降低成本，消除累计误差，提高生产效率，该系统将采用比例阀与供料机构为配合的主要装置。设计出能够代替人在饲料厂供料的自动供料机。
关键词：PLC；程序设计；供料；PLC控制；触摸屏
1 引言
目前，PLC的控制技术已步入成熟阶段，国内外应用的领域非常广泛，PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点。广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个方面，其应用的数量已占据各类工业自动化控制设备的首位。
本文的自动送料系统就是采用了PLC控制。该系统是使用在饲料厂用于传送指定的饲料，实现自动供料。传统的手动供料，不但效率低，工作环境差，同时有浪费劳动力。为了降低成本，消除累计误差，提高生产效率，该系统将采用伺服电机与供料机构为配合的主要装置。设计出能够代替人在饲料厂供料的自动供料机。
2 系统组成和控制要求
2.1 系统组成
图一
如图所示，系统以8台伺服电机运行，以继电器、触摸屏、可编程序控制器PLC作为系统控制的核心部件。系统主要是用于控制送料卷轮的自动供料，它既能减轻人的工作强度，又能自动准确的到达人所不能到达或很难到达的预定位置。系统中有两个饲料仓，可以存储两种不同的饲料，可以根据不同的需要，分别传送饲料到两个仓。两个仓的饲料可以根据需求，进行出料混合，混合的比例可以根据实际情况，在触摸屏设定出料阀数值，从而控制出料阀的打开以及打开大小。通过触摸屏，可以对自动供料系统进行运行监控、出料阀控制、故障报警、电机控制等操作。
2.2 系统控制要求
自动送料系统基本要求是：
（1）两个饲料仓，可以存储两种不同的饲料，可以根据不同的需要，分别传送饲料到两个仓；（2）每个仓分别有5个出料阀，其中三个出料阀固定出料的多少，另外两个需要利用触摸屏设定；（3）两个仓的饲料根据需求，进行出料混合，在触摸屏控制出料阀打开或关闭；（4）通过触摸屏监控系统运行状态；（5）触摸屏可以控制与监控进仓、出仓的工作状态；（6）要有完善的报警功能，包括尾轮报警、电机报警等。
3 设备选型
主要硬件配置表：
3.1 PLC选型
可编程控制器选用三菱FX2N系列继电器输出型PLC，FX系列PLC的工作电源可以用交流220V电源，也可用直流24V电源，它具有抗干扰能力强，可靠性高等特点，可长期在恶劣的工业环境下工作。而PLC主要分为三种形式，一为继电器型，这种形式的输出口是继电器驱动，能进行交直流控制，但反应速度慢，不能处理高速数据；二为晶体管型，这种形式的输出口是晶体管驱动，只能进行直流控制，反应速度是三种方式中最快，能处理高速数据；三为晶闸管型，输出口是晶闸管驱动，只能进行交流控制，反应速度中等，能处理一些高速数据；综合系统要求，选用继电器型PLC，型号规格为FX2N-48MR，已可以满足系统的需求。
3.2 触摸屏选型
触摸屏选用步科的MT4300C。MT4300系列人机界面产品采用32位RISC CPU和精简的LINUX内核，能显示各种真彩图形格式，其出众的处理速度和丰富的软件功能可以满足大多数用户的需要。支持与绝大多数的PLC直接通信，能够轻松实现与其所连设备之间的数据交换。MT4300C系列拥有直接在线模拟、间接在线模拟、大容量用户组态程序存储空间、与标准C语言兼容的宏指令等贴合客户需求的功能，能迅速有效地完成现场数据采集、运算、控制等功能。
产品特点：
1、65536色TFT真彩显示，支持BMP、JPG、GIF等格式的图片导入；
2、高性能32位400MHz RISC CPU，快速处理能力保障更高的工作效率；
3、4.3〞至12.1〞多种显示尺寸；
4、MT4000E系列配置10M/100M自适应以太网接口；
5、集成1USB Slave及1个DB15/DB25打印机接口；
6、强大的EV5000组态软件功能，支持C语言宏脚本；
3.3其他模块
3.3.1扩展模块选用
PLC扩展模块选用FX2N-16EX。三菱FX2N-16EX是三菱电机公司推出的一款FX2n系列PLC数字量输入模块，通过扩展电缆与PLC主机相连。它拥有高速、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N-16EX是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案，最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。由于系统需要，为了满足控制系统的I/O端口数量要求，我们需要通过扩展模块来实现端口数量的扩充。
3.3.2特殊功能模块选用
特殊功能模块选用FX2N-4DA。三菱FX2N-4DA是一款模拟量模块。首先给大家介绍一下模拟量模块的工作原理。模拟量模块是将压力、液位、温度等信号转化为 1-5V，4-20mA（也有别的信号的，如0-10V，0-5V等）然后交给PLC进行处理的。PLC是不知道具体电压或者电流信号的大小的。所以，我们要用一个数字来表示它的大小，然后告诉PLC，PLC才能知道输入的电压、电流信号具体有多大。数字量输入输出信号就是开关量信号，1或者0。模拟量信号有2种，电压或者电流信号，一般是变送器传过来的信号，比如用压力变送器检测水管压力，它会输出一个模拟信号4--20ma或者0-10V的信号给PLC，PLC来进行数据处理。
三菱FX2N-4DA有4个输出通道。提供了12位高精度分辨率的数字输入。转换速度为2.1ms/4通道，使用的通道数变化不会改变转换速度。输出的形式可为电压，也可为电流。其选择取决于接线不同。电压输出时，两个模拟输出通道输出信号为0～10V DC，0～5V DC；电流输出时为4～20mA DC。分辨率为2.5mV（0～10V DC）和4uA（4～20mA）。数字到模拟的转换特性可进行调整。本模块需占用8个I/O点。根据系统要求，每个仓分别有两个出料阀需要通过模拟量来进行输出，所以我们需要4个输出通道，因此选用三菱FX2N-4DA。
3.3.3功能扩展模块选用
功能扩展块选用FX2N-485-BD。FX2N-485-BD功能概述：FX2N功能扩展板FX2N-485-BD，RS485串行通信扩展板，1通道。在FX系列中，使用功能扩展板可以轻松地追加各种通信功能。通过追加功能扩展板，便于实现数据链接以及与外部串行接口设备的通信。
4 控制设计
4.1 根据控制控制要求，做出 PLC输入、输出点分配，具体如下表1
表1 输入点和输出点分配表
4.4 系统控制原理
系统由8台电机组成，自动运行工作模式下，由G095（黑色字体）先开机送料，当G095尾轮检测到有物料到达后，G096启动送料，当G096尾轮检测到有物料到达后，G097进行提升，当G097尾轮检测到有物料到达后。根据1#和2#仓的选择情况，如果是选择1号，则电机G098、G099均不动作，1#仓门打开，如果选择的是2号，则电机G098先动作，G098尾轮检测到有物料到达后，G099打开，同时2#仓门打开。
出料时，1仓门和2仓门分别有5个出料口，其中每5个出料口分别有2个模拟量及3个开关量。模拟量可控制出口的大小从面控制出料量。开关直接控制出料口的关闭。当时选择出料后，出料口相应的电机输送（1#是G100，2#是G101），尾轮检测到物料后，打开下一台电机，最终由G102出料.
安全保护：
1、任一台电机启动后一定时间，尾轮检测不到物料，均进行报警，直接在触摸屏上显示。
2、联锁模式下，所有电机按照先后顺序（G095-G096-G097-G098-G099）（G100-G101-G012）的顺序启停。解锁模式下，所有电机均可自由启停。
4.5 系统PLC梯形图程序（附图）
5 调试
设计完成后，经过调试，程序运行中出现了触摸屏出错、电机运行故障报警等问题，经过请教同行及相关的专家，已解决问题，程序可以良好的运行工作。
6 结束语
在设计过程中，遇到很多问题，经过各方面的修改和调试，该系统现已可使用。该系统可运用于饲料厂的自动供料，使用方便，工作可靠，具有较好的控制效果。系统采用触摸屏控制，可以对自动供料系统进行运行监控、出料阀控制、故障报警、电机控制等操作。根据不同要求自动调节出料阀，调节混料比例，控制精度高，能保证供料混合稳定。综上所述，采用PLC和触摸屏为核心部件构成的自动供料系统，具有很强的实用性，整个系统自动化程度高，不需人员职守，故障时可以自动保护并发出报警信号。为供料领域的技术革新，开辟了切实有效的途径。系统采用PLC控制，容易随时修改程序 ，以改变工作状况，满足不同控制要求，有较大的灵活性和通用性，有一定的推广应用价值。
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作者简介：
本人林世平，中共党员，本科学历，1997年11月被评为电气讲师，2010年1月获得维修电工高级技师资格，1983年7月参加工作，从事电工与仪表自动化工作，1992年1月至2009年1月在技工学校任教，2009年1月至今在湛江机电学校任教，在学校中一直从事电工与电子课程教学任务。
论文作者:林世平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/3
标签：系统论文; 触摸屏论文; 电机论文; 功能论文; 信号论文; 模块论文; 饲料论文; 《基层建设》2018年第32期论文;