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1 前言

自動定量包裝機廣泛應用于化肥、飼料和輕工等行業(yè)。稱量包裝技術的發(fā)展大約經(jīng)歷了手工稱量、繼電器控制和硬 PLC 控制等幾個階段。眾所周知, 硬PLC 具有可靠性高、使用方便和耐惡劣環(huán)境能力強等特點。但是, 隨著計算機技術的發(fā)展, 硬 PLC 的通用性及兼容性差等弊端愈來愈明顯。而計算機的標準化的通信協(xié)議和成熟的局域網(wǎng)技術使得組網(wǎng)十分簡便, 還可以通過 Internet 與外界相連。一個具有開放性的系統(tǒng)可以和任何遵守相同標準的其它設備或系統(tǒng)相連。那么能不能將 PC 開放性和 PLC 的可靠性等優(yōu)點結合在一起呢? IEC (國際電工委員會) 于 1993 年發(fā)布了IEC1131- 3 有關可編程序控制器編程的標準。根據(jù)該標準, 充分利用工業(yè)控制計算機(IPC)或嵌入式計算機(EPC) 的硬件和軟件資源, 全部用軟件來實現(xiàn)硬 PLC 的功能。這就是國際上出現(xiàn)的高新技術- - 軟 PLC ( SoftPLC) 技術。

目前, 自動定量包裝機的控制系統(tǒng)大都采用硬PLC, 當企業(yè)的生產規(guī)模擴大后, 需提高包裝能力時, 只能采用更大容量的硬 PLC 控制系統(tǒng), 這樣原有的硬PLC 相應報廢, 勢必造成浪費。本文所介紹的控制系統(tǒng)只需修改 CoDeSys 的控制程序即可提高包裝能力, 具有較高的推廣價值。

2. 自動定量包裝機的組成部分和工作原理
   1. 組成部分

自動定量包裝機主要由控制顯示部分、傳感器系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、放料系統(tǒng)、夾帶系統(tǒng)、秤斗、氣動系統(tǒng)以 及框架結構部分等組成。

1. 2. 工作原理

尿素、糧食等顆粒物料通過傳送帶、加料系統(tǒng)進入秤斗, 在重力作用下, 秤斗將重力傳遞到傳感器, 使稱重傳感器彈性體產生形變, 貼附于彈性應變梁上的應變計橋路失去平衡, 輸出與重量數(shù)值成比例的電壓信號, 經(jīng)線性放大器將信號放大, 通過 A/D 轉換器轉換為數(shù)字信號, 由單片機處理后顯示當前的物料重量、各種設置參數(shù)和工作過程狀態(tài), 并且發(fā)出粗加料、細加料、稱料完成以及上下限報警等信號。這些信號通過 CAN 總線與工控機進行通訊, 工控機中的軟 PLC (CoDeSys)按照程序輸出開關信號。此開關信號經(jīng)過 I/ O 接口控制電器執(zhí)行部件, 再轉變?yōu)闄C械動作, 從而實現(xiàn)從進料到縫口的一系列過程控制, 如清零、粗加料、細加料、夾袋、放料等。

3. 控制部分

該方案的控制部分主要由工控機、智能稱量顯示部分、I/O 接口等部分組成。如圖 1 所示, 下面重點介紹工控機和智能稱量顯示部分。

1. 1. 工控機

本系統(tǒng)采用北京工業(yè)大學自主開發(fā)的工控機作為上位機, 可使用 windows 或 Linux 操作系統(tǒng),采用觸摸屏技術。

目前,  市場上出現(xiàn)的軟 PLC 產品主要有某公司的等。其中 某公司的 CoDeSys 以其功能強大、可靠性高、二次開發(fā)方便、集成可視化等優(yōu)點而逐漸被國內外用戶所認可。CoDeSys 由控制器應用代碼開發(fā)編輯器、生成控制器應用代碼的集成編譯器以及數(shù)字診斷和試運行功能三部分組成。CoDeSys 編輯器完全符合 IEC1131- 3 標準, 它支持該標準的 5 種編程語言, 即順序功能圖( SFC) 、功 能塊圖( FBD) 、梯 形圖( LD) 、指令表( IL) 及結構文本( ST) 。另外, 它還提供了被稱作連續(xù)功能圖的第六種編輯器語言, 該語言是由功能塊圖變化而來。用戶進行編程時, 可以使用其中一種語言或者使用幾種語言進行混合編程, 這樣可大大提高編程開發(fā)效率。CoDeSys 提供大量重要特性表幫助開發(fā)者快速有效的調試和測試應用程序。在程序代碼中可以直接顯示每一個變量的當前值。這些值可以隨時寫入和進行類型的強制轉換。通過設置斷點然后單步運行代碼可以很容易地發(fā)現(xiàn)錯誤。2004 年 6 月該公司在北京工業(yè)大學設立了 CoDeSys 產品推廣和培訓中心, 能夠提供強大的技術支持。因此, 該系統(tǒng)控制軟件采用 3S 公司的 CoDeSys 軟件, 它支持 SERCOS 總線和 CAN 總線。

CAN( Controller Area Network) 即控制器局域網(wǎng), 主要用于各種設備監(jiān)測及控制的一種現(xiàn)場總線。它具 有結構簡單、通信方式靈活、通信距離長、采用非破壞 性總線仲裁技術等特點。CAN 總線為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案, 它在國外工業(yè)測控領域已經(jīng)有了廣泛的應用, 因此本方案采用 CAN 總線接口, 選用凌華公司研制的雙口隔離非智能型 CAN 適配卡 PCI- 7841, 該卡支持 CANopen,DeviceNet 等 CAN 總線應用層協(xié)議; 并提供 VB,VC 下的編程函數(shù)。通過人機界面, 把操作人員的控制指令傳給智能稱量顯示控制部分, 同時, 接受智能稱量顯示控制部分的信號和數(shù)據(jù), 加以分析和處理并顯示。

工控機的顯示界面如圖 2 所示。

1. 2. 智能稱量顯示控制部分

目前, 市場上沒有具有 CAN 通訊接口的包裝機專用控制儀, 因此智能稱量顯示控制部分需要自主開發(fā)。為了縮短開發(fā)周期, 通過對現(xiàn)有的控制儀進行技術改進, 增加 CAN 通訊部分。該部分以 Intel 公司的微處理器 89C51 為核心, 通過傳感器、A/D 轉換采集稱重信號, 經(jīng)過處理后, 根據(jù)需要將這些信息經(jīng)由 SJA1000 和 CAN 接口電路 ( 主要由 PCA82C250 組成) 發(fā)送到CAN 總線上, 與上位工控機進行通訊。SJA1000 是PHILIP 公 司 生 產 的 獨 立 CAN 控 制 器 , 它 符 合CAN2.0B 協(xié)議, 具有完成高性能通訊協(xié)議所要求的全部必要性能, 可以完成 CAN 總線協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。PCA82C250 是 CAN 控制器與物理總線之間的接口, 可以提高對總線的差動發(fā)送能力和對 CAN 控制器的差動接收能力, 并能提高總線的抗干擾能力。該部分功能圖如圖 3 所示。

4. 結束語

本控制系統(tǒng)采用 CoDeSys 和 CAN 總線技術, 簡化了硬件結構, 完全符合開放式體系結構的要求, 可以滿足工業(yè)自動化領域對控制系統(tǒng)開放性和柔性的要求, 為將來工業(yè)自動化向更高層次的集成提供了可靠的技術保障。經(jīng)過模擬試驗, 本控制方案達到了預期的效果, 具有十分廣闊的應用前景, 并可產生良好的社會和經(jīng)濟效益。

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