Diseño de una balanza dinámica

Diseño de una escala de pesaje dinámico

0 Introducción
Un controlador dinámico es un dispositivo que realiza el peso dinámico en tiempo real de los productos bajo la operación de una línea de producción totalmente automática y clasifica automáticamente los productos en función de los resultados de pesaje. Este documento se centra en la planificación y el diseño de un controlador dinámico en línea para una línea de llenado de aceite lubricante de 200 L. Los requisitos son los siguientes:

El peso de un tambor de 200 l de aceite lubricante terminado es de 185.3 kg, y el rango de desviación permitido establecido por la empresa es (185.3 ± 0.3) kg. La desviación de la escala de pesaje dinámico diseñada en este documento debe controlarse dentro de ± 0.1 kg.

(2) Puede realizar una verificación de peso en tiempo real en los barriles de productos terminados de 200 L en la línea de llenado. Cuando el peso excede los valores de límite superior e inferior permitidos, puede seleccionarlos automáticamente o eliminarlos de la línea de producción y emitir simultáneamente una señal de alarma audible y visual.

El controlador dinámico debe ser capaz de pesar a una velocidad de 120 barriles por hora.

(4) Los datos de pesaje se pueden volver al controlador de la máquina de llenado, ajustando así el volumen de llenado, ahorrando materias primas y proporcionando soporte técnico para el control de costos y la gestión refinada de las empresas [1].

1. Composición y principio de funcionamiento de la escala de pesaje dinámico
La escala de pesaje dinámico está compuesta por un transportador, sensores de pesaje, un controlador de pantalla de pesaje, sistema de control y dispositivo de rechazo. El transportador se coloca en la plataforma de pesaje del sensor de pesaje. El transportador está compuesto por tres partes: motor, reductor y rodillos transportadores [2]. La configuración de la escala de pesaje dinámico se muestra en la Figura 1, y la estructura del sistema de control se muestra en la Figura 2.

Figura 1 Diagrama esquemático de la configuración de la escala de pesaje dinámico

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Figura 2 Estructura del sistema de control de escala de pesaje dinámico

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2 Diseño de hardware dinámico de controlador
El diseño de hardware de este artículo incluye selección de hardware, diseño de circuitos principales eléctricos, diseño de circuitos de control y asignación de puntos de E/S del PLC.

2.1 Selección de hardware
Este documento selecciona el hardware del equipo en función de los principios de satisfacer las necesidades de producción, el rendimiento de alto costo, la fuerte confiabilidad y dejar un cierto margen, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Equipo de hardware Descargar tabla original

Tabla 1 Equipo de hardware

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Tabla 1 Equipo de hardware

2.2 Diseño de circuito principal eléctrico
El circuito principal de la escala de pesaje dinámico se muestra en la Figura 3, que incluye principalmente: interruptor de circuito, contactor, protector contra sobretensiones (SPD), transformador de aislamiento, fuente de alimentación de conmutación, PLC, transportador de cinta, controlador de visualización de peso, etc. El sistema está conectado a través del interruptor QF1, y todo el equipo en el circuito principal está alimentado. Como es suministrado por una potencia de CA trifásica con un voltaje de 380 V, pero el circuito de control de entrada PLC, la pantalla táctil y el relé intermedio del sistema requieren una fuente de alimentación DC 24 V, se necesita una fuente de alimentación de conmutación para proporcionar una fuente de alimentación de 24 V CC. La gestión de energía del PLC es suministrada por 220 V AC después del transformador de aislamiento y la fuente de alimentación de conmutación.

Figura 3 Circuito principal eléctrico

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2.3 Bucle de control y asignación de puntos de E/S de PLC
De acuerdo con el principio de control, la entrada, los puntos de salida (E/S) y las direcciones de registro intermedio se asignan razonablemente como se muestra en las Tablas 2 a 4. El bucle de control está compuesto por el host PLC, los relés intermedios, etc. Todo el sistema de control se puede controlar automáticamente o manualmente para la escala de peso dinámico a través del conmutador de conmutación. Los dos modos de control sirven como copias de seguridad entre sí, asegurando la seguridad del sistema de control. El diagrama de cableado del bucle de control del host PLC se muestra en la Figura 4.

Tabla 2 Dirección de entrada digital Descargar tabla original

Tabla 2 Asignación de direcciones de entrada digital

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Tabla 2 Asignación de direcciones de entrada digital

Tabla 3 Asignación de direcciones de salida digital Descargar tabla original

Tabla 3 Asignación de direcciones de salida digital

Figura 4 Cableado del bucle de control de host PLC

Figura 4 Diagrama de cableado del circuito de control de host PLC Descargar imagen original

Tabla 4 Registro intermedio Dirección de asignación Descargar tabla original

Tabla 4 Asignación de direcciones de registro intermedio

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Tabla 4 Asignación de direcciones de registro intermedio

3 Diseño de software de escala de pesaje dinámico
3.1 Diseño del programa de pantalla táctil
En primer lugar, el software de programación ViJeo Designer se utiliza para configurar la interfaz de la pantalla táctil, incluida la interfaz de proceso, la interfaz manual, la interfaz de alarma, etc., como se muestra en las Figuras 5 a 7. Luego, el "archivo" completado se descarga a la pantalla táctil a través de la interfaz de comunicación de la computadora de cuaderno y Schneider GXU3512 Touch Screen y la comunicación entre la pantalla táctil y se establece la plca de comunicación [2]. La interfaz de configuración incluye parámetros como el peso actual, el inicio/parada del sistema, el recuento de cubos acumulativos, el peso acumulativo y el tiempo de ejecución de la correa.

Figura 5 Edición de la "interfaz de proceso"

Figura 5 Edición de la "interfaz de proceso" Descargue la imagen original

Figura 6 Edición de la "interfaz manual"

Figura 6 Edición de la imagen original "Interfaz manual".

Figura 7 Edición de la "interfaz de alarma"

Figura 7 Edición de la imagen original "Interfaz de alarma"

3.2 Diseño del programa PLC
3.2.1 Configuración de hardware y diseño principal del programa
El Schneider TM218LDA16DRN PLC sirve como el núcleo del sistema de control en este documento. Según el flujo de control que se muestra en la Figura 2, la configuración de hardware y la configuración de configuración para el controlador de visualización de pesaje se llevan a cabo utilizando la máquina SO M218 V2.0.31.45 Software de programación, como se ilustra en las Figuras 8 y 9. Los diagramas de la escalera de control se escriben como se muestra en las Figuras 10 a 12 para lograr las siguientes funciones: arrancar y detener el cinturón de control y el control de lógica correspondiente; pesaje en tiempo real, rechazo de desviación, indicación de falla y alarma; y control de protección necesario [3].

Figura 8 Configuración de hardware del sistema de control

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Figura 9 Configuración de configuración del controlador de visualización de pesaje de IND131

Figura 9 Configuración de configuración de IND131 Pesaje del controlador de visualización Descargar imagen original

Figura 1-0 Programa principal

Figura 1.0 Programa principal Descargar imagen original

Figura 1-1 Programa de control 1

Figura 1-1 Programa de control 1 Descargar imagen original

Figura 1-2 Programa de control 2

Figura 1-2 Programa de control 2 Descargar imagen original

3.2.2 Carga/descarga y depuración del sistema
(1) Establecer variables. Las variables sirven como puente entre las áreas funcionales de la pantalla táctil y los puntos de E/S del Schneider PLC. A través de variables, la pantalla táctil puede lograr funciones como la entrada de parámetros al PLC, el control funcional y la salida del valor actual del PLC, como se muestra en la Figura 13.

(2) El programa se descarga al PLC. Establezca el puerto de comunicación, establezca la comunicación entre el PLC y la computadora, descargue el programa PLC completado al PLC y pruebe el programa a través de la función de estado del programa y el software de simulación. Si se encuentran algún problema, modifique el programa a tiempo. Las configuraciones de Modbus Master y Slave Station se muestran en las Figuras 14 y 15, y las configuraciones de la línea serie se muestran en la Figura 16.

Figura 1-3 Configuración de variable

Figura 1 3 Configuración variable Descargar imagen original

Figura 1-4 Configuración maestra de Modbus

Figura 1 4 Configuración maestra de Modbus Descargar imagen original

Figura 1-5 Configuración de esclavos de Modbus

Figura 1 5 Modbus Slave Configuration Descargar imagen original

Figura 1-6 Configuración de línea de serie

Figura 1 6 Configuración de línea de serie Descargar imagen original

(3) Después de que la depuración del software PLC es normal y el software de configuración de la pantalla táctil se completa, todo el sistema está depurado conjuntamente. La señal de pesaje en el sitio, la señal de detección de posición, la señal de retroalimentación y todos los motores están simulados para ejecutarse de acuerdo con los requisitos de control reales para detectar si la operación y el rendimiento de todo el sistema pueden cumplir con los requisitos de diseño. Después de que todas las pruebas son normales, también se realiza la prueba de simular situaciones de alarma de falla. Cuando todos los enlaces de datos de prueba son normales, se completa la depuración del sistema.

4. Análisis de resistencia a la interferencia para mejorar la precisión de las escalas de pesaje
4.1 Factores principales que afectan la precisión de las escalas de pesaje dinámico
(1) El volumen del producto que se pesa, el peso objetivo y la velocidad de transmisión, etc. En este caso, los tambores de 200 l de aceite lubricante que se pesa tienen relativamente poco movimiento, y la velocidad de transmisión es de 120 tambores por hora, que coinciden con la velocidad de la línea de relleno y el instrumento de control de pesaje.

(2) La precisión de la celda de carga seleccionada y el instrumento de control de peso. En este artículo, se eligen las celdas de carga y los instrumentos de control de Mettler Toledo, con una precisión de 0.1 kg.

(3) La temperatura, la humedad, la vibración del suelo y la circulación del aire del entorno circundante. La escala de pesaje dinámico se instala en el primer piso del taller, con una tierra plana, temperatura estable y humedad, y vibración baja en tierra.

4.2 Análisis anti-interferencia
En este documento, la anti-interferencia se considera completamente en la selección de equipos y diseño de circuitos. Las principales medidas tomadas son:

(1) blindaje electromagnético. Este artículo implementa el blindaje electromagnético a través de tres medidas: los cables de control utilizan cables de par torcido blindado; Se colocan en el tranking de acero de carbono galvanizado cubierto con buena conexión eléctrica entre el tranking; y la distancia de colocación paralela entre los cables de control y los cables de alimentación se mantiene superior a 600 mm para evitar interferencias electromagnéticas externas.

(2) Grounding para anti-interferencia. En este documento, todos los circuitos de señal se conectan a tierra a través de cables a un punto de conexión a tierra común. El suelo de la señal y el suelo de AC deben estar separados. El suelo de blindaje del cable de señal y el suelo del equipo del sistema PLC se comparten. La longitud del cable de conexión a tierra se acorta, y el cable de conexión a tierra y el terminal se usan de acuerdo con las especificaciones estándar.

(3) Protección de rayos y resistencia a la interferencia. Este documento adopta tres medidas de protección, a saber, blindaje externo de cables, cableado razonable e instalación de dispositivos protectores de aumento (SPD), para lograr la protección del rayo y la resistencia a la interferencia [4].

5 Prueba de escala de pesaje dinámico y evaluación de rendimiento
Después de depugarse la escala de pesaje dinámico, se probó durante dos semanas utilizando un peso estándar de 200 kg que había pasado la verificación de acuerdo con el "Reglamento de verificación JJG539-2016 para escalas digitales de indicación". Se recopilaron un total de 10 grupos y 40 datos de medición para el análisis estadístico, como se muestra en la Tabla 5. La escala de pesaje dinámico tiene una alta precisión de medición, una velocidad de ejecución que coincide con la línea de llenado, una fuerte capacidad anti-interferencia, cumple completamente los requisitos de tecnología de proceso y es fácil de establecer y operar.

Tabla 5 Análisis de datos de prueba de escala de pesaje dinámico Descargar tabla original

Tabla 5 Análisis de datos de prueba de escala de pesaje dinámico

A partir del diseño del pesaje dinámico, este documento se da cuenta del 100% de pesaje en línea de 200L terminados de aceite lubricante a través de la aplicación de Schneider PLC en escalas de pesaje dinámico. En comparación con la verificación de manchas manual cronometradas tradicionales, la eficiencia aumenta 10 veces y se ahorra el costo de mano de obra. Especialmente para barriles grandes, es difícil para el manejo manual, y la ventaja del pesaje en tiempo real en línea es obvio. Los datos de medición se pueden volver a la máquina de llenado para lograr un ajuste automático del volumen de llenado, lo que ahorra en gran medida los costos. Con la ayuda de la red, el peso de los productos en la línea de producción se puede monitorear de forma remota, mejorando el nivel de informatización de la empresa. Es digno de una promoción generalizada.