1引言

    配料称重控制系统即将两种或两种以上的物料按一定重量配比自动定量加入到混合机内，经过混合达到预定要求后自动山料的过程。该系统广泛应用于化上，医药，饲料，建材，冶金等行业的配料混合过程控制。与传统继电器接触装置相比，PLC具有体积小抗干扰能力强和可靠性高等优点；但PLC在数据处理和显示功能方面也存在不足，若采用单片机89C51完成数据采集与处理，小但便于提高处理精度和降低成本，而且便于通过硬件接口进行数据输出和管理；选用SIMATIC OP07操作员面板代替常规显示器作人机界面，将使系统设计成本大为降低，代替TD200文本显示器将使PLC与显示器的接口编程变得更加简单．，并能使显示功能得到增强。本文将介绍某轻上业机械厂用于发泡包装材料生产的配料称重控制系统的硬件组成，功能设计与程序实现。

2系统组成及主要功能

    2.1系统组成原理

    整个配料称重系统山搅拌仓、储料罐、称重传感器、料位计、西门子PLC226.单片机89C51.西门子OP07和多个控制阀门等装置构成，分机械和控制两大部分。山进料仓、秤斗、搅拌机三部分组成，进料仓在电机的驱动下向秤斗送出物料，秤斗支撑在称重传感器上，山传感器及变送器产生的代表重量的电信号经信号放大模块后再由单片机采集，当达到预定重量时，PLC驱动电机开启秤斗门，物料进入搅拌机，同时启动搅拌电机，搅拌到规定时间后开启出料口放料，一次配料过程完成。称重传感器的信号经信号放大模块处理后，其重量变化为4-20mA的标准信号，经单片机进行数据处理后以串行通信方式传给PLC，PLC将接收的数据送入OP07显示，供操作员监控，另一方面，单片机也可将数据送入微型打印机打印输出；当需进行混合配料时，山用户按自动键，PLC启动加料阀门，将所需物料（本系统中含三种物料）按一定配比依次加入搅拌仓中，同时PLC监测料位计送来的脉冲信号判定物料所处仓中位置，从而控制加料阀门的通断；加料完成后，根据预置的混和延迟时间，PLC启动搅拌电机，保证物料在搅拌仓中充分搅拌，完成混料操作：然后进入放料和压料阶段，由PLC控制山料阀门动作，将物料从搅拌仓中输出，压入储料罐中，完成一个周期的自动配料控制工艺流程。其中称重采用梅特勒一一托利多称重传感器，信号放大采用PT350C信号放大模块。OP07是西门了公司推出的通过密封键盘提供操控和过程监视的操作员面板，它支持文本和图形显示，其主要特点如下：（1）灵活的集成界面，可用多种方法与不同PLC连接；(2)液晶显示，背光LED.显示4行，每行20个字符，行高8mm; (3) 22个字位键，8个用户自定义软键，3种联机语言；(4)体积小且具有坚固的塑料外壳，加膜前而板；(5)使用SIMATICProcool/Lite组态。OP07比传统的TD200文本显示器具有更好的显示功能和更方便的组态联机方式。在控制过程中，OP07主要用以显示配方号，配料号及当前料号的理论重量，在手动工作模式时，用户可通过操作员面板输入或修改配方，亦可根据显示的重量值和配方要求控制电机的启停。

    2.2主要控制功能设计

(1)具有断电保护功能：如果在加料过程中出现断电情况，则应保护现场，一旦来电后先显示提示画面等待按键，如果是停止键，则清除断电保护状态，返回初始工作状态；如果是暂停键，则恢复断电时的工作状态继续工作；(2)设置“白动”和“手动”两种工作方式：“手动”工作是单独完成某个控制环节，如单独“加料”，甲独“搅拌”和单独“放料”，它允许用“暂停／继续”键进行暂停，允许在暂停状态修改参数；“自动”工作是完成一个完整的循环控制周期，它包括加料、搅拌、放料等环节，“自动”操作时只允许“暂停／继续”键有效，各“手动”键无效，且小能修改参数；(3)具有立即停止功能：当“停止”键有效时，任何控制过程中将停止并返回到重量显示状态；(4)具有置零功能：在称重状态下按“置零” 键，可使最示值回零，如果超过置零范围则小能置零并显示出错信息；(5)具有去皮功能：在称重状态下按“去皮”键可将最示重量作为皮重扣除，再按一次“去皮”键将恢复原来的显示重量。

3控制系统PLC程序设计

根据前面介绍的控制原理及主要功能设计的要求，可在STEP7 -MICRO/WIN软件半台上设计山系统的PLC监控程序。图中“复位处理”是当PLC接收单．片机发来的“复位”信号后所作的一些处理（具体说明见后文），“复位“信号以约定的两个字节的信息“30H，23H”表示。自动循环控制了程序是系统的工艺流程核心，而该子程序是由单独加料、单独搅拌、单独放料几个子程序级联而成，每个子程序的设计思路都是类似的，以加料为例，其详细了程序流程图如图4所示。在程序设计过程中还应考虑单片机与PLC之间的数据通信问题，山于PLC226具有RS485接口，而单片机采用RS232接口标准，通过PC/PPI电缆作为RS232/RS485转接器可在PLC与单，片机之间建立串行通信方式，山于RS485为半双工电气标准硬件电路，在用PC/PPI电缆时，发送和接收之间要有一定的时间间隔，这是山电缆本身的切换时间决定的。PLC与单片机之间的通信协议为：山PLC发送两个宁节的约定信息“31H，23H”给单片机，单片机接收约定信息后将5个宁节的重量数据传给PLC。该系统中PLC用于串行通信的发送和接收的中断了程序如下：

    (1)发送了程序INTO清单：

    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清单：

    LD SMO.O

    MOVB SMB2．*VD400

    INCD VD400

    INCB VB605

    LDB>=VB605.5

    MOVB 0，VB605

    MOVD &VB600，VD400

4提高系统称重精度的措施

    系统的精度主要山传感器和信号放大模块决定，但山于系统的上作过程是一个动态过程，控制过程中的某些操作将直接影响到系统的精度，因此在软件上采取了以下措施：(1)在每一配料周期开始时，将此前设定的加料量与实际的加料量求差值，作为本周期设定的加料量的补偿值，以消除每一秤加料量的累计误差；(2)不采用开机自动置零方式，目的是为了便于观察称重传感器的工作情况，在称重罐无附加重量的情况下开机后所显示的重量值如果超过标准重量的30%，则应考虑传感器是否出现故障需要更换；(3)在系统实际工作过程中，由于机械振动设备磨损及秤体积尘等原因还会造成预加压力的改变而使零点电压变化，为了确保测量值的准确系统软件定时对零点电压进行自动测量，然后在计算中扣除零点值。自动测量的方法如下：在单片机定时中断周期到时，单片机系统输出复位信号传给PLC，由PLC关闭电机，停止加料，然后控制系统运转一定时间，将料放尽后进行测量，将测量山的零点电压值存入暂存区；(4)加料过程中，当理论用料量和实际的加料量的差值小于加料提前量时，关闭加料阀门，停止加料，靠惯性和阀门关闭后的物料流量补足理论料量，若提前量太大，采用点动方式完成（即对送料电机采用脉冲驱动方式，每启动一次，只送入少量物料），以保证称重的准确性。通过采取以上措施后，系统的称重精度达到了3/1000。

5 结束语

    本文以西门子PLC226为控制核心，以单片机最小系统为数据处理模块，以OP07操作员面板作为人机界面构成控制系统具有硬件结构简单的特点。单片机89C51比PLC具有更强的数据处理和数据管理功能，比PLC扩展模拟量模块的成本低廉；PLC用于开关量控制比单片机有更高的可靠性；用操作员面板代替微机监示器则具有更小的体积和更低的成本，代替TD200文本显示器则具有显示功能更强和组态联机更方便的优势。三者结合起来使系统的性能价格比大大提高。目前用该系统生产的发泡包装材料已应用到青岛海尔集团的商品包装上，两年来的生产实践证明系统运行正常、可靠性高。

参考文献

[1]SIMATIC STEP7-Mirro/WIN编程参考手册，SIMENS公司，2000

 

 

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