基于CompactLogix PLC的自动配制系统的实现

王卫华，赵庆云，王巧娟

（1.天津金牛电源材料有限责任公司，天津 300400；2.中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

0 引言

美国罗克韦尔公司CompactLogix 系列PLC，不断推出新的机型，用户可以根据需要选择各种I/O，例如可以通过以太网识别器1769-AENTR扩展1769 I/O模块，还可以通过1794-AENT扩展1794分布式I/O模块[1]。在称重计量控制当中，需通过通信模块读取称重控制器的重量， 1769 ASCII通信模块集成有两个串口，可以方便进行ASCII码通信，利于系统集成，性价比高。

1 系统背景

随着动力电池市场快速发展，锂电池动力电解液产量增长较快，面对不同厂家的不同品种，需要准备多条生产线进行生产。锂电池用电解液的生产是将多种有机溶剂按比例进行混合配制，手动操作时，需要人工将脱水净化后的单剂从储罐内放入到200Kg桶中，通过台秤计量，再将单剂压入到配置釜内，费力费时，效率低下，同时配制多个电解液，容易出错。在产量不断增长的背景下，电解液自动化配制的需求越来越迫切。实现自控后，只需在触摸屏上设定进料量，启动相应的进料程序，即可完成进料。进料时间相对手动进料缩短一半，减轻了员工的劳动强度，提高了配制效率。

2 系统硬件设计

2.1 系统拓扑设计

电解液车间设置9个4吨配置釜，需要增加9个1.2吨计量罐，每个计量罐对应一种原料，要求每个计量罐分别对应9个配制釜，这样系统包括81种进料方式，如果一对一制作原料管道需要81条线路，加上计量罐上的进气、放空阀门，共计200多个气动阀门，互锁复杂。9台配制釜布置在一楼，9台计量罐布置在二楼，为了节省物料管道安装，在二楼设置5个积液罐，9个计量罐分别连接到这五个积液管中，积液管的出料阀门采用三通气动球阀，分出两条出料管道，分别对应两个配制釜，这样可节省一半气动阀门及施工工作量，缩短了工程时间。工艺流程图如图1所示，其他配制釜的工艺流程与之类似。

图1 工艺流程图

现将系统设计成分布式控制系统，将主控制器和触摸屏设置在主控室，在二楼设置以太网识别器，以及通信模块等。由于物料易燃易爆，系统在二楼设置一台隔爆配电柜，整个系统按照防爆要求进行布线。

2.2 设备选型

系统选用罗克韦尔公司CompactLogix 5370 L3控制器，该控制器集成双口以太网模块, 1M内存，1G扩展卡，通信功能强大，性价比高[2]。以太网识别器选用1769-AENTR，该适配器可扩展1769 ASCII通信模块，模拟量输入模块1769-IF16C，开关量输入模块1769-IQ32，以及开关量输出模块1769-OB32，另需要两台机架电源1769-PA4。分布式系统的设备布置如图2所示。

图2 模块布置图

罐区每个计量罐分别用4个梅特勒-托利多SB-1x称重传感器，一个AJB-005接线盒，9个计量罐的称重控制器分别与1769 ASCII模块进行通信。9台计量罐共需要9台压力变送器，9台磁翻转液位计，系统所用的气动阀门均为单作用带反馈的防爆气动阀门。触摸屏选用台湾威纶科技的MT8100iE触摸屏。

3 系统软件设计

3.1 通信程序设计

随着产品的不断更新、完善，各个厂家的通信模块越来越简便易用，几乎不用专门做通信程序，只需进行相应的参数设置，即可在指定存储区域接收、发送数据。系统所用的重量变送器是成都聚飞科技的JF-300A，每台重量变送器单独对应1769 ASCII模块的一个串口，实现一对一通信，这样系统共需要5台1769 ASCII通信模块。变送器的通讯格式选择连续通讯方式，在这种方式下，重量变送器通过RS485自动地、不间断地输出当前显示值以及错误代码。这种方式通信速度最快，控制器只需要做接收数据程序即可。例如仪表显示值是968.6，变送器不断输出“@01b1,+ 9686CRLF”，如果显示异常，则返回相应的错误代码，具体格式如表1所示。

其起始符和终止符均为固定特殊字符，CR表示“回车”，LF表示“换行”。

在1769 ASCII通信模块的参数设置中，直接设定起始符、终止符、奇、偶校验以及通信波特率即可[3]。

1769 ASCII模块的标签地址当中，可读取相应的称重数值，这里以第5插槽的01串口为例，可在ONE:5:I. Ch1RxData中找到对应的称重变送器数值为968.6Kg，接收的数据标签

如图3所示。

图3 数据标签图

在主程序里，需要编译转换功能块，将输入的ASCII码转换成浮点数。

3.2 控制程序设计

系统的控制程序主要内容是自动计量控制，各个计量罐进料之间的互锁，应急处理紧急停车，以及各种误操作报警。进料互锁要确保同一时间一个计量罐只能向一个配制釜进料，由于进料情况太多，所以制作配制釜进料功能块，计量罐加料功能块。对于液位、压力需要制作相应的转换功能块进行数据工程转换。Studio 5000编程软件的数学计算、数值转换等功能强大，非常利于编程，例如功能块CPT，可进行数学表达式计算，直接将结果输出到目标标签中。

表1 数据通信格式

计量罐及配制釜的选择，以及加料量的设定等主要操作主要通过触摸屏来实现，在触摸屏中设定哪个计量罐进哪个配制釜，然后启动进料程序即可。主程序判断该计量罐到其他配制釜的阀门是否关闭，以及计量罐里的物料重量是否大于设定量，如以上条件都满足则打开相应阀门开始进料，达到进料量后自动关闭计量罐出料阀门，打开积液罐进气阀门，用氮气吹扫管道20秒，将残存物料吹扫干净，关闭配制釜进料阀门，进料程序执行完毕。以DMC计量罐向JNSDI-01进料800Kg为例，进料程序流程图如图4所示。

4 组态软件设计

触摸屏MT8100iE的编程软件为EasyBuilder Pro，台湾威纶科技的触摸屏最大的特点是数据存储，9个计量罐的重量、压力、液位等浮点数可按天进行存储，按照特定格式解压缩速度快，提取数据时可直接转化为EXCEL表格。系统分为主页面及各个配制釜的进料页面，各开关及计量罐的选择互锁在触摸屏上实现。触摸屏与CompactLogix 5370 L3 控制器的标签进行关联，需要在“系统参数设置”“设备列表”“设备属性”当中选择“Rockwell EtherNet/IP(CompactLogix) - Free Tag Names”然后将控制器的标签导入到触摸屏中即可使用，但是直接和输入、输出I/O关联的标签无法显示，需要定义新标签在主程序中进行关联。

在触摸屏中主要的程序是各开关及计量罐的选择互锁，通过循环执行的宏，以及按钮触发的宏来实现。宏程序主要用到GetData（）和SetData（）函数，进行读取和置位标签。

图4 进料程序流程图

5 结论

本控制系统已投入实际生产，运行稳定。CompactLogix 系列PLC扩展灵活，不但主控器可实现本地机架扩展，分布式网络适配器也可实现机架扩展，从而简化了系统结构，降低了系统成本。1769 ASCII通信模块集成两个通信端口，可一对一连接2台称重变送器，参数设置方便，价格也相对便宜。整个系统组成以太网络，能很方便地实现系统扩展。系统将每个阀门的开关状态进行反馈，所有气动阀门选用单作用阀门，在停电的情况下，可以迅速关闭阀门，防止物料溢出，提高了系统的安全性。

[1] Compact I/O Modules[M].Rockwell Automation, Inc.2011

[2] 1769 CompactLogix Controllers User Manual[M].Rockwell Automation, Inc. 2013

[3] Compact I/O ASCII Module [M]. Rockwell Automation,Inc.2014.