基于PLC的稱重配料控制器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用_圖文

1、基于PLC 的稱重配料控制器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用山東濱州新大新機(jī)電科技有限公司摘要：本文介紹了一種基于西門子PLC 的新型稱重配料控制器的研發(fā)過(guò)程和技術(shù)特性，主要有S7-200 PLC、智能稱重接線盒、觸摸屏及專用電路組成，在化工、制藥、食品等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：稱重、配料、控制器、PLC 、智能接線盒、人機(jī)界面。工業(yè)電子稱重是近年來(lái)剛剛興起的一門新興技術(shù)，它是從計(jì)量用衡器基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，普通計(jì)量用衡器主要是示值顯示，而工業(yè)稱重一般直接參與控制，對(duì)精度和穩(wěn)定性的要求都很高，精度和穩(wěn)定性直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量。目前代表性的產(chǎn)品是梅特勒-托利多的PANTHER 系列和志美的CB920以及眾多國(guó)產(chǎn)

2、品牌控制儀表等，由于發(fā)展時(shí)間比較短，應(yīng)用還不是很成熟，現(xiàn)有產(chǎn)品大多根據(jù)特定用戶對(duì)象的需求而設(shè)計(jì)，最多的是控制功能比較簡(jiǎn)單的包裝行業(yè)，在應(yīng)用領(lǐng)域上有一定的局限性。主要體現(xiàn)在組成控制系統(tǒng)時(shí)信號(hào)處理和傳遞方式各不相同，有些產(chǎn)品為方便系統(tǒng)互連，往往經(jīng)過(guò)多次信號(hào)轉(zhuǎn)換，犧牲了最關(guān)鍵的精度指標(biāo)。常規(guī)組合方案主要有以下幾種：1、方案一：采用帶模擬電流輸出的稱重計(jì)量?jī)x表：儀表直接接受傳感器信號(hào)，儀表可指示重量、并將重量值轉(zhuǎn)換成420mA信號(hào)輸出至DCS 或PLC 信號(hào)模塊，由DCS 或PLC 再將420mA信號(hào)轉(zhuǎn)換成重量值，并由DCS 或PLC 進(jìn)行控制，組成控制方案復(fù)雜。 缺點(diǎn)：由于信號(hào)經(jīng)過(guò)儀表和DCS 兩次

3、轉(zhuǎn)換，誤差會(huì)大大增加；而且校秤時(shí)稱重儀表和DCS 要單獨(dú)進(jìn)行校準(zhǔn)，必須進(jìn)行兩次；儀表和DCS 數(shù)值不統(tǒng)一，容易引起誤導(dǎo)。2、方案二：采用帶通訊輸出的稱重計(jì)量?jī)x表：儀表直接接受傳感器信號(hào)，儀表可指示重量、并將重量值采用數(shù)字信號(hào)經(jīng)通訊接口傳輸至DCS 或PLC 信號(hào)模塊，由DCS 或PLC 顯示重量值，并由DCS 或PLC 進(jìn)行控制。該方案可有效避免儀表和DCS 顯示值不統(tǒng)一的問(wèn)題，校秤時(shí)僅校稱重儀表即可。 缺點(diǎn)：由于信號(hào)經(jīng)過(guò)儀表和DCS 進(jìn)行通訊傳輸，誤差不會(huì)增加，但計(jì)量?jī)x表和DCS 的通訊處理比較復(fù)雜，需要專門的驅(qū)動(dòng)程序?，F(xiàn)有稱重儀表的通訊穩(wěn)定性普遍不好，通訊中斷或超時(shí)頻率較高、會(huì)影響控制功能

4、。3、方案三：采用帶通訊輸出的稱重控制儀表：儀表直接接受傳感器信號(hào)，儀表可指示重量、并將重量值采用數(shù)字信號(hào)經(jīng)通訊接口傳輸至DCS 或PLC 信號(hào)模塊，由DCS 或PLC 顯示重量值，該方案與方案二近似，差別是由儀表進(jìn)行控制，DCS 僅作數(shù)據(jù)指示，控制風(fēng)險(xiǎn)較小。該方案可有效避免儀表和DCS 顯示值不統(tǒng)一的問(wèn)題，校秤時(shí)僅校稱重儀表即可。 缺點(diǎn)：這個(gè)方案在目前應(yīng)用較多，由于信號(hào)經(jīng)過(guò)儀表和DCS 進(jìn)行通訊傳輸，誤差不會(huì)增加，但計(jì)量?jī)x表和DCS 的通訊處理比較復(fù)雜，需要專門的驅(qū)動(dòng)程序。一般儀表的通訊穩(wěn)定性不好，通訊中斷不會(huì)影響控制功能，但會(huì)影響數(shù)據(jù)顯示。該類稱重儀表僅能進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量控制，而且外圍電路比

5、較復(fù)雜，需要專門設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路、手自動(dòng)切換電路，另外還有幾個(gè)致命的缺陷就是暫停、配料過(guò)程中間退出和驅(qū)動(dòng)機(jī)泵比較復(fù)雜，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置配料參數(shù)時(shí)會(huì)影響正常的控制功能，儀表許多二級(jí)設(shè)置參數(shù)不能在計(jì)算機(jī)是哪個(gè)修改。4、方案四：采用帶模擬電流輸出的重量變送器：變送器直接接受傳感器信號(hào)，但不能現(xiàn)場(chǎng)指示重量，只將重量值轉(zhuǎn)換成420mA信號(hào)輸出至DCS 或PLC 信號(hào)模塊，由DCS 或PLC 再將420mA信號(hào)轉(zhuǎn)換成重量值，并由DCS 或PLC 進(jìn)行控制。缺點(diǎn)：由于信號(hào)經(jīng)過(guò)變送儀表和DCS 兩次轉(zhuǎn)換，誤差會(huì)大大增加；而且校秤時(shí)要先調(diào)變送器，然后在DCS 上進(jìn)行校準(zhǔn)。5、方案五：采用西門子等知名公司的專用重量模塊

6、，可以克服上述方案存在的信號(hào)傳輸、校準(zhǔn)等問(wèn)題。缺點(diǎn)：造價(jià)高；沒(méi)有成型產(chǎn)品，用戶必須具有程序開(kāi)發(fā)能力，有一定的局限性。近年來(lái)，由于長(zhǎng)期從事精細(xì)化工的自動(dòng)化控制工作，在工業(yè)稱重應(yīng)用中，以上幾種控制方案在工程中都有應(yīng)用，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。先后使用過(guò)托利多稱重變送器、托利多T600控制儀、志美CB920控制器及國(guó)產(chǎn)多個(gè)知名品牌設(shè)備，均存在這樣和那樣的問(wèn)題，集中反映在以下方面：n 控制精度難以控制；n 通訊互連互通問(wèn)題最難解決，與現(xiàn)有PLCDCS接駁困難。早期產(chǎn)品通訊功能較差，許多參數(shù)無(wú)法在線修改，修改設(shè)置會(huì)中斷生產(chǎn)；通訊中斷頻率高；n 人機(jī)界面簡(jiǎn)單，信息量較小，普通工人很難掌握；n 校準(zhǔn)程序復(fù)雜，

7、個(gè)別甚至必須進(jìn)行兩次校準(zhǔn)；n 控制程序比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)有產(chǎn)品大多適用于定量包裝行業(yè)，對(duì)于比較復(fù)雜的工藝，如化工配料，需要同步控制機(jī)泵和閥門，同時(shí)需要手自切換、臨時(shí)中斷、隨即添加等，在現(xiàn)有控制器上都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為此我們組織技術(shù)人員，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了新型的稱重配料控制系統(tǒng)，選用西門子200系列PLC 和液晶顯示器，配合自行研發(fā)的智能數(shù)字稱重接線盒進(jìn)行測(cè)量和控制。 該方案核心是采用智能數(shù)字接線盒進(jìn)行稱重?cái)?shù)據(jù)的高速高精度AD轉(zhuǎn)換，將毫伏信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采用工業(yè)串行通訊協(xié)議RS485標(biāo)準(zhǔn)將信號(hào)傳輸至PLC ，由PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和控制，并在需要時(shí)將信號(hào)傳輸至DCS 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。 該方案有以下優(yōu)

8、點(diǎn)：n 采用數(shù)字接線盒進(jìn)行一次性信號(hào)轉(zhuǎn)換，可達(dá)到200000字mV的分辨率，大大提高了測(cè)量精度；n 一臺(tái)稱重控制器最多可同時(shí)顯示控制四臺(tái)秤（每臺(tái)秤使用一個(gè)數(shù)字接線盒），可大大降低設(shè)備成本；n 采用性能穩(wěn)定的PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，由于PLC 接受的是通訊信號(hào)，不再進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，不會(huì)增加額外誤差；PLC 直接進(jìn)行控制可降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，DCS 進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，真正達(dá)到了分散控制、集中管理的原則；n 由于PLC 選用西門子200系列兼容產(chǎn)品，支持PPI 、MPI 、Profibus 、Modbus 、以太網(wǎng)等通訊協(xié)議，與現(xiàn)有DCS 系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)兼容性好，不需專門開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，調(diào)試簡(jiǎn)單

9、而且通訊穩(wěn)定，通訊故障率低；n 采用液晶顯示器進(jìn)行信息顯示，可直接顯示中文信息和工藝流程圖，比一般數(shù)碼管式的稱重儀表更方便，而且信息量大，除測(cè)量參數(shù)外，還可以指示操作模式、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等信息；配用觸摸顯示屏還可顯示動(dòng)畫(huà)，使操作界面更加直觀；n 可預(yù)存多套配方，操作人員可方便調(diào)用。針對(duì)化工生產(chǎn)專門設(shè)計(jì)的隨機(jī)添料功能，適合化工配料中不合格品處理時(shí)的臨時(shí)定量添料。n 校準(zhǔn)方便，即可從現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，又可從DCS 上進(jìn)行校準(zhǔn)，二者任選其一。這是以往系統(tǒng)配套中難以克服的弱點(diǎn)；n 配好的物料可受控轉(zhuǎn)向不同的目標(biāo)容器，多個(gè)工序使用相同物料時(shí)可以共用一套配料系統(tǒng)；n 專用觸摸按鍵操作面板和專用接線模組，可直接

10、驅(qū)動(dòng)電磁閥，可靠性高且維修更換方便，比一般開(kāi)關(guān)按鈕和分立繼電器更適合化工腐蝕環(huán)境；n 全部二級(jí)設(shè)置參數(shù)均可在計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程修改，而且修改參數(shù)不會(huì)中斷配料過(guò)程； n 針對(duì)不同工藝的成熟控制程序包，用戶可根據(jù)需要選擇，并可根據(jù)用戶特殊需求開(kāi)發(fā)特殊控制功能，熟悉西門子編程的用戶也可自行進(jìn)行功能擴(kuò)展；n 從經(jīng)濟(jì)性上講，該方案造價(jià)低于進(jìn)口稱重控制儀表或進(jìn)口稱重變送器造價(jià)，與國(guó)產(chǎn)稱重控制儀表持平。常用操作功能n 操作模式：裝卸聯(lián)動(dòng)、定量配方裝料、定量配方卸料、隨機(jī)定量裝料、隨機(jī)定量卸料、手動(dòng)操作、配方選擇、設(shè)備閑置。n 運(yùn)行狀態(tài)指示：正在裝料、正在卸料、裝料暫停、卸料暫停、強(qiáng)制中斷、配料完成、配料超差、超差

11、檢查、延時(shí)卸料、裝完待卸、閑置n 設(shè)備狀態(tài)指示：欠載、超載、動(dòng)態(tài)（秤不穩(wěn)定）、故障1（傳感器通訊故障）、故障2（泵啟動(dòng)故障）n 遠(yuǎn)程監(jiān)控的通訊參數(shù)：所有重量參數(shù)、配料參數(shù)、內(nèi)部參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)均可按權(quán)限在線讀寫(xiě)，可使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。 n 過(guò)沖量自動(dòng)補(bǔ)償功能n 遠(yuǎn)程校準(zhǔn)功能n 用戶需要的其它邏輯控制應(yīng)用案例一拖一液氯鋼瓶充裝控制器： 一拖六液體配料控制器和同時(shí)配四種物料、并由多個(gè)出口的配料控制器： 一拖四液氯鋼瓶充裝控制器： 術(shù)語(yǔ)解釋裝卸聯(lián)動(dòng)：?jiǎn)?dòng)后自動(dòng)向中間容器內(nèi)裝料，裝料目標(biāo)值以當(dāng)前選定的配方為準(zhǔn)，本次實(shí)際裝入物料重量等于目標(biāo)值后先進(jìn)行超差檢查，然后停頓預(yù)定的時(shí)間，再自動(dòng)向下一容器卸

12、料，卸料量目標(biāo)值與裝料目標(biāo)值相同，本次實(shí)際卸出物料重量等于目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)停止并進(jìn)行超差檢查。定量裝料：?jiǎn)?dòng)后自動(dòng)向中間容器內(nèi)裝料，裝料目標(biāo)值以當(dāng)前選定的配方為準(zhǔn)，本次實(shí)際裝入物料重量等于目標(biāo)值后自動(dòng)停止并進(jìn)行超差檢查。定量卸料：?jiǎn)?dòng)后自動(dòng)從中間容器向下一容器卸料，卸料量目標(biāo)值以當(dāng)前選定的配方為準(zhǔn)，本次實(shí)際卸出物料重量等于目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)停止并進(jìn)行超差檢查。隨機(jī)裝料：?jiǎn)?dòng)后自動(dòng)向中間容器內(nèi)裝料，裝料目標(biāo)值以當(dāng)前設(shè)定的臨時(shí)目標(biāo)量為準(zhǔn)，本次實(shí)際裝入物料重量等于臨時(shí)目標(biāo)值后自動(dòng)停止并進(jìn)行超差檢查。在本模式下，按和鍵即可直接調(diào)整臨時(shí)目標(biāo)量的數(shù)值，而且不會(huì)改變預(yù)置的配方目標(biāo)量。在將模式選擇改到“裝卸聯(lián)動(dòng)”“定量

13、裝料”“定量卸料”后，目標(biāo)量仍為原來(lái)選定的配方數(shù)值。隨機(jī)卸料：?jiǎn)?dòng)后自動(dòng)從中間容器向下一容器卸料，卸料目標(biāo)值以當(dāng)前設(shè)定的臨時(shí)目標(biāo)量為準(zhǔn)，本次實(shí)際卸出物料重量等于臨時(shí)目標(biāo)值后自動(dòng)停止并進(jìn)行超差檢查。在本模式下，按和鍵即可直接調(diào)整臨時(shí)目標(biāo)量的數(shù)值，而且不會(huì)改變預(yù)置的配方目標(biāo)量。在將模式選擇改到“裝卸聯(lián)動(dòng)”“定量裝料”“定量卸料”后，目標(biāo)量仍為原來(lái)選定的配方數(shù)值。注意：以上五種配料方式均為自動(dòng)配料，即啟動(dòng)后將自動(dòng)根據(jù)預(yù)定程序開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)閥門和機(jī)泵。 配料量均不管中間容器內(nèi)原有物料的數(shù)量，在此基礎(chǔ)上裝入目標(biāo)量或卸出目標(biāo)量。手動(dòng)操作：在本模式下，可通過(guò)按鍵直接開(kāi)關(guān)閥門和機(jī)泵。裝料暫停：裝料過(guò)程中人為按

14、下或（或遠(yuǎn)程命令），配料過(guò)程被暫停，再次按下或釋放（或遠(yuǎn)程命令）可繼續(xù)執(zhí)行剛才的配料過(guò)程。卸料暫停：卸料過(guò)程中人為按下或（或遠(yuǎn)程命令），配料過(guò)程被暫停，再次按下或釋放（或遠(yuǎn)程命令）可繼續(xù)執(zhí)行剛才的配料過(guò)程。裝完待卸：裝卸聯(lián)動(dòng)模式下裝料完成延時(shí)過(guò)程中人為按下或（或遠(yuǎn)程命令），配料過(guò)程被暫停，再次按下或釋放（或遠(yuǎn)程命令），將開(kāi)始卸料。配料完成：自動(dòng)裝料或卸料過(guò)程完成且配料量符合預(yù)定范圍。配料超差：自動(dòng)裝料或卸料過(guò)程完成且配料量超過(guò)預(yù)定范圍。強(qiáng)制中斷：自動(dòng)配料過(guò)程中人為按下鍵（或遠(yuǎn)程命令），配料過(guò)程被人為中斷退回初始狀態(tài)。 延時(shí)放料：裝料完成后的等候卸料時(shí)間。過(guò)沖量： 關(guān)斷動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程中多加的物料重

15、量。顯示畫(huà)面說(shuō)明1、 首頁(yè)：上部顯示有三個(gè)參數(shù)，分別為操作模式、運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)。畫(huà)面正中顯示的實(shí)時(shí)毛重，下部顯示有目標(biāo)量和已裝卸量。l 操作模式包括：設(shè)備閑置、裝卸聯(lián)動(dòng)、定量裝料、定量卸料、隨機(jī)裝料、隨機(jī)卸料、手動(dòng)操作和配方選擇。l 運(yùn)行狀態(tài)包括：正在裝料、正在卸料、裝料暫停、卸料暫停、強(qiáng)制中斷、配料完成、配料超差、超差檢查、延時(shí)放料和裝完待卸。l 設(shè)備狀態(tài)包括：正常、動(dòng)態(tài)、故障1、故障2，欠載和超載。2、 配方設(shè)置：按框內(nèi)數(shù)值，可設(shè)置參數(shù)，設(shè)置完成后按返回退出。3、 歷史數(shù)據(jù)管理：有歷史裝卸數(shù)值，可查看最近前四次實(shí)際裝卸重量和目標(biāo)量的差值，數(shù)值為正數(shù)為實(shí)際裝卸重量較目標(biāo)值多裝的重量，數(shù)值

16、為 負(fù)為實(shí)際裝卸重量較目標(biāo)值少裝的重量，此功能用于估算預(yù)置的過(guò)沖量參數(shù)。還有歷史趨勢(shì)圖和歷史 報(bào)表。 4、 秤參數(shù)設(shè)置： 主頁(yè)：按置皮鍵，將當(dāng)前毛重值存為皮重，按清皮鍵，將當(dāng)前皮重值置為零。按清零鍵，將當(dāng)前毛 重值歸零。 二級(jí)參數(shù)設(shè)置畫(huà)面： l 過(guò)沖量自動(dòng)補(bǔ)償，為 0，自動(dòng)過(guò)沖量補(bǔ)償取消，為 1，啟動(dòng)自動(dòng)過(guò)沖量補(bǔ)償。 l 裝料允差范圍：實(shí)際裝卸重量與目標(biāo)值的絕對(duì)差值，超過(guò)此設(shè)定范圍，運(yùn)行狀態(tài)顯示“配料超 差” 。 l 過(guò)沖量補(bǔ) 償范圍：如 果實(shí)際裝 卸重量與 目標(biāo)值的 絕對(duì)差值 在此允許 范圍內(nèi)，則 自動(dòng)進(jìn)行 過(guò)沖量補(bǔ) 償。 歸零范圍： 清零按鍵 的允許范 圍。 零位跟蹤 范圍。 重量變動(dòng) 檢

17、測(cè)范圍。 延時(shí)檢查超差時(shí)間。 裝料結(jié)束等候時(shí)間。 重量變動(dòng) 檢測(cè)時(shí)間。 欠載設(shè)定： 實(shí)際毛重 小于此設(shè) 定值，設(shè)備 狀態(tài)顯示 “欠載” 。 秤最大量 程：實(shí)際毛 重大于此 設(shè)定值，首 頁(yè)設(shè)備狀 態(tài)顯示“超 載” 。 l l l l l l l l 三級(jí)參數(shù)設(shè)置畫(huà)面： l 數(shù)字濾波 (0-8。 l l l 防抖動(dòng)強(qiáng)度(0-99。 收斂常數(shù)(0-999。 稱重模塊地址維護(hù)：用于掃描和修改當(dāng)前在線的數(shù)字接線盒地址。如果當(dāng)前在線的接線盒地址 重復(fù)則只能顯示掃描到的第一個(gè)。用于修改地址時(shí)最好只掛接一個(gè)數(shù)字接線盒。本功能非專業(yè) 人員禁止操作，否則將導(dǎo)致信號(hào)中斷。 5、 校 秤 畫(huà) 面：按空 秤標(biāo)定鍵 后，進(jìn)入 確認(rèn)頁(yè)， 如確認(rèn)無(wú) 誤，按確 定，將當(dāng) 前標(biāo)定為 空秤，毛 重值顯示零。進(jìn)行加載標(biāo)定時(shí)，先輸入所加載砝碼的重量，再按加載標(biāo)定鍵，進(jìn)入確認(rèn)頁(yè)，如確認(rèn) 無(wú)誤，按確定，將當(dāng)前重量標(biāo)定為砝碼重量，毛重值顯示所加砝碼重量。 主要技術(shù)指標(biāo) n n n n n n n n n n n n n n n 工作電壓：AC 220V 50HZ； 最大消耗：120W（包含驅(qū)動(dòng)的直流電磁閥）； 控制秤臺(tái)數(shù)量：最多四個(gè)； 通訊接口：9針母頭； 支持的通訊協(xié)議