产品的生产周期和生产设备的自动化程度是影响企业效益的重要因素。针对某饲料厂设备陈旧、自动化程度低、配料精度差等缺点，在原有设备的基础上加以改进，设计了基于PLC自动配料系统，并利用力控组态软件对生产过程进行远程实时监控，大大提高了系统的可靠性和自动化程度。
1配料系统的工艺要求
由图1可见，S1-S20共有20个配料仓，将其分为2组，分别是S1-S8和S9-S20，分别对应1个称重仓。首先，将20个物料仓中的物料按某种配方要求的重量进行称重，称重过程中每组配料仓的下料顺序可以在下料开始前任意设定，每组仓单独进行配料。当2组配料都结束后，打开仓门F-U和F-V使得称好的物料进入混合仓H1进行混合。当称重仓B1和B2为空时，仓门F-U和F-V自动关闭。物料的混合采用定时控制。定时时间结束说明饲料已经完全混合，此时由搅拌电机的负载电流控制的混合仓门F-W打开，物料经传送带C1送到提升机T，人工打包。在物料开始混合的同时，启动泵M1从罐S21中抽出某种液体物料加入混合仓中。
2硬件电路设计
2．1总体设计方案
全系统由核心控制器S7-200系列PLCCPU226、文本显示器TD400C、数字量输出扩展模块EM222、模拟量输入模块EM235、信号调理电路、称重传感器、电子秤、负载电流、通信模块及PC机等组成。
2．1．1负载电流检测电路。由于该厂区控制区有一些强电设备，电磁干扰对系统的影响比较大，非常有必要对模拟信号进行滤波。EM235要求输入模拟信号的直流电压，范围是0～100mV，而电机的负载电流是220V/3～10A交流信号。因此，必须要对其进行交直流转化、变压等。图3为整流和滤波电路。整个信号调理电路如下:采用了1个变流比是300∶1的电流互感器将3～10A交流大电流转换为10～43mA小电流;经过1个单向桥式整流电路将交流电转换为直流;由R1和R2将电流信号变化为电压信号;选用合适的Π型滤波电路滤去一些高频干扰。经过Matlab仿真可知，采用该调理电路够使得220V/3～10A交流信号转换为0～100mV内的直流电压信号，且其电压波动不超过0．1mV，完全满足了控制要求。
2．1．2称重信号检测电路。除量程范围不同外，2个称重仓所采用的电路大致相同。以1号秤为例来介绍称重信号的采集及调理电路。由于称重仓的体积比较大，保持称重过程中仓的平衡是设计的关键问题。为此，将3个称重传感器依次串联，并以等边三角形的形式安装于称重仓的底部，所监测的信号为3个传感器的电压之和。其滤波电路的设计与负载电流检测电路相同。实践证明，这种安装方式解决了称重仓称重过程中的平衡问题，提高了测量精度。
2．1．3通信模块。虽然仅使用PLC作为控制系统能够完成基本的控制功能，但是还不够完善，存在一定的局限性。它不能直接显示各种运行曲线和当前值与设定值，也不能显示故障报警原因，更不能保存历史数据和打印报表等。为了解决上述问题，可采用PLC配套组态软件来组成显示监控给定单元。由于现场的上下位之间大约有200m，采用RS485即可完成信号的传输。但是，由于PC机的通信接口为RS232接口，要在传输之前加1个232到485总线的电平转化的模块［1］。
2．2主电路电路电气原理
系统有手动和自动2种控制方式。
3配料系统的软件设计
3．1下位机软件设计
由于被控对象以电机为主，输出信号均为开关信号。根据配料生产控制过程及被控制对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O的类型统计。
负载电流输入PLC程序控制的配料系统有自动和手动2种控制方式。在自动状态下，核心程序算法的流程见图5和图6［2］。为了提高系统的抗干扰性能，在数据采集部分软件上采用了均值滤波算法［3］。值得注意的是，用S7-200进行编程时，当内存变量冗余比较多时，尽量避免使用临时变量，以避免在多个子程序中应用同一个临时变量引起的程序混乱以及由此导致的不可预料的情况。
3．2上位机软件设计
上位机软件采用的是北京某公司的力控组态软件。组态软件的设计包括画面创建、I/O设备连接、数据库组态和动画连接4个步骤［4］。
在利用力控对PLC进行监控时，力控系统与PLC之间必须进行数据交换。把与力控进行交换数据的设备统称为I/O设备。I/O设备的连接主要包括2个部分［4］，即I/O设备的建立与连接。建立I/O设备的方法是双击力控的工程项目中的I/O设备组态，在PLC项中选择双击S7-200，然后根据向导设置即可完成设备组态的建立。需要设置的项目主要包括PLC地址、通信方式(在此选用串口方式)及波特率等。连接I/O设备的方法是在数据库组态的I/O连接项中输入需要与力控进行交换数据的PLC参数地址即可。但是，值得注意的是，在利用力控对PLC进行监控的时候，必须先关闭西门子编程软件。图8为系统配料过程中1号秤的3个配料周期内数据的变化情况。从图中可以看出，3个周期内数据变化基本一致。
力控中的点数主要指的是建立了I/O设备的变量的总数。为了节约系统点数，把PLC中地址连续的8个开关量(1个开关量只占1位)结合成1个字节型变量进行传输，上位机使用时再把其拆分为位变量。
4结论
基于PLC自动配料系统已在某饲料厂投入使用。通过软件算法的优化，每秤料(约500kg)的最大误差保持在3kg以内，完全满足设计时1%的要求。一批料配料时间大约为6min，比旧设备速度快。从系统配料过程中1号秤的3个配料周期内数据的变化可见，该系统有较高的稳定性。因此，该系统满足了自动控制系统对快速性、稳定性和准确性的要求。
利用PLC与组态软件相结合构成的配料系统，不仅精确地实现了配料全过程，而且通过上位友好的可视化界面实现对整个配料过程方便快捷的远程监视和控制。此外，还可以在PLC发生故障时通过报警画面显示故障产生的原因和故障点，方便维护。

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