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1引言

    配料稱重控制系統(tǒng)即將兩種或兩種以上的物料按一定重量配比自動(dòng)定量加入到混合機(jī)內(nèi)，經(jīng)過混合達(dá)到預(yù)定要求后自動(dòng)山料的過程。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于化上，醫(yī)藥，飼料，建材，冶金等行業(yè)的配料混合過程控制。與傳統(tǒng)繼電器接觸裝置相比，PLC具有體積小抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；但PLC在數(shù)據(jù)處理和顯示功能方面也存在不足，若采用單片機(jī)89C51完成數(shù)據(jù)采集與處理，小但便于提高處理精度和降低成本，而且便于通過硬件接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出和管理；選用SIMATIC OP07操作員面板代替常規(guī)顯示器作人機(jī)界面，將使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本大為降低，代替TD200文本顯示器將使PLC與顯示器的接口編程變得更加簡(jiǎn)單．，并能使顯示功能得到增強(qiáng)。本文將介紹某輕上業(yè)機(jī)械廠用于發(fā)泡包裝材料生產(chǎn)的配料稱重控制系統(tǒng)的硬件組成，功能設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)。

2系統(tǒng)組成及主要功能

    2.1系統(tǒng)組成原理

    整個(gè)配料稱重系統(tǒng)山攪拌倉(cāng)、儲(chǔ)料罐、稱重傳感器、料位計(jì)、西門子PLC226.單片機(jī)89C51.西門子OP07和多個(gè)控制閥門等裝置構(gòu)成，分機(jī)械和控制兩大部分。山進(jìn)料倉(cāng)、秤斗、攪拌機(jī)三部分組成，進(jìn)料倉(cāng)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向秤斗送出物料，秤斗支撐在稱重傳感器上，山傳感器及變送器產(chǎn)生的代表重量的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大模塊后再由單片機(jī)采集，當(dāng)達(dá)到預(yù)定重量時(shí)，PLC驅(qū)動(dòng)電機(jī)開啟秤斗門，物料進(jìn)入攪拌機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)攪拌電機(jī)，攪拌到規(guī)定時(shí)間后開啟出料口放料，一次配料過程完成。稱重傳感器的信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大模塊處理后，其重量變化為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后以串行通信方式傳給PLC，PLC將接收的數(shù)據(jù)送入OP07顯示，供操作員監(jiān)控，另一方面，單片機(jī)也可將數(shù)據(jù)送入微型打印機(jī)打印輸出；當(dāng)需進(jìn)行混合配料時(shí)，山用戶按自動(dòng)鍵，PLC啟動(dòng)加料閥門，將所需物料（本系統(tǒng)中含三種物料）按一定配比依次加入攪拌倉(cāng)中，同時(shí)PLC監(jiān)測(cè)料位計(jì)送來的脈沖信號(hào)判定物料所處倉(cāng)中位置，從而控制加料閥門的通斷；加料完成后，根據(jù)預(yù)置的混和延遲時(shí)間，PLC啟動(dòng)攪拌電機(jī)，保證物料在攪拌倉(cāng)中充分?jǐn)嚢?，完成混料操作：然后進(jìn)入放料和壓料階段，由PLC控制山料閥門動(dòng)作，將物料從攪拌倉(cāng)中輸出，壓入儲(chǔ)料罐中，完成一個(gè)周期的自動(dòng)配料控制工藝流程。其中稱重采用梅特勒一一托利多稱重傳感器，信號(hào)放大采用PT350C信號(hào)放大模塊。OP07是西門了公司推出的通過密封鍵盤提供操控和過程監(jiān)視的操作員面板，它支持文本和圖形顯示，其主要特點(diǎn)如下：（1）靈活的集成界面，可用多種方法與不同PLC連接；(2)液晶顯示，背光LED.顯示4行，每行20個(gè)字符，行高8mm; (3) 22個(gè)字位鍵，8個(gè)用戶自定義軟鍵，3種聯(lián)機(jī)語(yǔ)言；(4)體積小且具有堅(jiān)固的塑料外殼，加膜前而板；(5)使用SIMATICProcool/Lite組態(tài)。OP07比傳統(tǒng)的TD200文本顯示器具有更好的顯示功能和更方便的組態(tài)聯(lián)機(jī)方式。在控制過程中，OP07主要用以顯示配方號(hào)，配料號(hào)及當(dāng)前料號(hào)的理論重量，在手動(dòng)工作模式時(shí)，用戶可通過操作員面板輸入或修改配方，亦可根據(jù)顯示的重量值和配方要求控制電機(jī)的啟停。

    2.2主要控制功能設(shè)計(jì)

(1)具有斷電保護(hù)功能：如果在加料過程中出現(xiàn)斷電情況，則應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，一旦來電后先顯示提示畫面等待按鍵，如果是停止鍵，則清除斷電保護(hù)狀態(tài)，返回初始工作狀態(tài)；如果是暫停鍵，則恢復(fù)斷電時(shí)的工作狀態(tài)繼續(xù)工作；(2)設(shè)置“白動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種工作方式：“手動(dòng)”工作是單獨(dú)完成某個(gè)控制環(huán)節(jié)，如單獨(dú)“加料”，甲獨(dú)“攪拌”和單獨(dú)“放料”，它允許用“暫停／繼續(xù)”鍵進(jìn)行暫停，允許在暫停狀態(tài)修改參數(shù)；“自動(dòng)”工作是完成一個(gè)完整的循環(huán)控制周期，它包括加料、攪拌、放料等環(huán)節(jié)，“自動(dòng)”操作時(shí)只允許“暫停／繼續(xù)”鍵有效，各“手動(dòng)”鍵無(wú)效，且小能修改參數(shù)；(3)具有立即停止功能：當(dāng)“停止”鍵有效時(shí)，任何控制過程中將停止并返回到重量顯示狀態(tài)；(4)具有置零功能：在稱重狀態(tài)下按“置零” 鍵，可使最示值回零，如果超過置零范圍則小能置零并顯示出錯(cuò)信息；(5)具有去皮功能：在稱重狀態(tài)下按“去皮”鍵可將最示重量作為皮重扣除，再按一次“去皮”鍵將恢復(fù)原來的顯示重量。

3控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)前面介紹的控制原理及主要功能設(shè)計(jì)的要求，可在STEP7 -MICRO/WIN軟件半臺(tái)上設(shè)計(jì)山系統(tǒng)的PLC監(jiān)控程序。圖中“復(fù)位處理”是當(dāng)PLC接收單．片機(jī)發(fā)來的“復(fù)位”信號(hào)后所作的一些處理（具體說明見后文），“復(fù)位“信號(hào)以約定的兩個(gè)字節(jié)的信息“30H，23H”表示。自動(dòng)循環(huán)控制了程序是系統(tǒng)的工藝流程核心，而該子程序是由單獨(dú)加料、單獨(dú)攪拌、單獨(dú)放料幾個(gè)子程序級(jí)聯(lián)而成，每個(gè)子程序的設(shè)計(jì)思路都是類似的，以加料為例，其詳細(xì)了程序流程圖如圖4所示。在程序設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮單片機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通信問題，山于PLC226具有RS485接口，而單片機(jī)采用RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，通過PC/PPI電纜作為RS232/RS485轉(zhuǎn)接器可在PLC與單，片機(jī)之間建立串行通信方式，山于RS485為半雙工電氣標(biāo)準(zhǔn)硬件電路，在用PC/PPI電纜時(shí)，發(fā)送和接收之間要有一定的時(shí)間間隔，這是山電纜本身的切換時(shí)間決定的。PLC與單片機(jī)之間的通信協(xié)議為：山PLC發(fā)送兩個(gè)寧節(jié)的約定信息“31H，23H”給單片機(jī)，單片機(jī)接收約定信息后將5個(gè)寧節(jié)的重量數(shù)據(jù)傳給PLC。該系統(tǒng)中PLC用于串行通信的發(fā)送和接收的中斷了程序如下：

    (1)發(fā)送了程序INTO清單：

    LD SMO.O

    M()VB 2.VB800

    MOVB 16#3I.VB801

    MOVB 16#23.VB802

    XMT VB800.0

    (2)接收了程序INTI清單：

    LD SMO.O

    MOVB SMB2．*VD400

    INCD VD400

    INCB VB605

    LDB>=VB605.5

    MOVB 0，VB605

    MOVD &VB600，VD400

4提高系統(tǒng)稱重精度的措施

    系統(tǒng)的精度主要山傳感器和信號(hào)放大模塊決定，但山于系統(tǒng)的上作過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，控制過程中的某些操作將直接影響到系統(tǒng)的精度，因此在軟件上采取了以下措施：(1)在每一配料周期開始時(shí)，將此前設(shè)定的加料量與實(shí)際的加料量求差值，作為本周期設(shè)定的加料量的補(bǔ)償值，以消除每一秤加料量的累計(jì)誤差；(2)不采用開機(jī)自動(dòng)置零方式，目的是為了便于觀察稱重傳感器的工作情況，在稱重罐無(wú)附加重量的情況下開機(jī)后所顯示的重量值如果超過標(biāo)準(zhǔn)重量的30%，則應(yīng)考慮傳感器是否出現(xiàn)故障需要更換；(3)在系統(tǒng)實(shí)際工作過程中，由于機(jī)械振動(dòng)設(shè)備磨損及秤體積塵等原因還會(huì)造成預(yù)加壓力的改變而使零點(diǎn)電壓變化，為了確保測(cè)量值的準(zhǔn)確系統(tǒng)軟件定時(shí)對(duì)零點(diǎn)電壓進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，然后在計(jì)算中扣除零點(diǎn)值。自動(dòng)測(cè)量的方法如下：在單片機(jī)定時(shí)中斷周期到時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)輸出復(fù)位信號(hào)傳給PLC，由PLC關(guān)閉電機(jī)，停止加料，然后控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，將料放盡后進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量山的零點(diǎn)電壓值存入暫存區(qū)；(4)加料過程中，當(dāng)理論用料量和實(shí)際的加料量的差值小于加料提前量時(shí)，關(guān)閉加料閥門，停止加料，靠慣性和閥門關(guān)閉后的物料流量補(bǔ)足理論料量，若提前量太大，采用點(diǎn)動(dòng)方式完成（即對(duì)送料電機(jī)采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式，每啟動(dòng)一次，只送入少量物料），以保證稱重的準(zhǔn)確性。通過采取以上措施后，系統(tǒng)的稱重精度達(dá)到了3/1000。

5 結(jié)束語(yǔ)

    本文以西門子PLC226為控制核心，以單片機(jī)最小系統(tǒng)為數(shù)據(jù)處理模塊，以O(shè)P07操作員面板作為人機(jī)界面構(gòu)成控制系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。單片機(jī)89C51比PLC具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理功能，比PLC擴(kuò)展模擬量模塊的成本低廉；PLC用于開關(guān)量控制比單片機(jī)有更高的可靠性；用操作員面板代替微機(jī)監(jiān)示器則具有更小的體積和更低的成本，代替TD200文本顯示器則具有顯示功能更強(qiáng)和組態(tài)聯(lián)機(jī)更方便的優(yōu)勢(shì)。三者結(jié)合起來使系統(tǒng)的性能價(jià)格比大大提高。目前用該系統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)泡包裝材料已應(yīng)用到青島海爾集團(tuán)的商品包裝上，兩年來的生產(chǎn)實(shí)踐證明系統(tǒng)運(yùn)行正常、可靠性高。

參考文獻(xiàn)

[1]SIMATIC STEP7-Mirro/WIN編程參考手冊(cè)，SIMENS公司，2000

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