本文簡要介紹了油料散料秤利用可編程序控制器（PLC），來控制自動(dòng)稱量的過程以及現(xiàn)場總線技術(shù)在油脂行業(yè)稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。本系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、通訊速率高、擴(kuò)展性好、維護(hù)方便等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：油料散料秤；電子稱量；PLC；梯形圖編程；觸摸屏

為了解決長期以來在油脂稱重行業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢、計(jì)量準(zhǔn)確度低的問題，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種電子散裝液體料的收/發(fā)貨計(jì)量系統(tǒng)，有效地解決了上述問題。采用微機(jī)技術(shù)，以人機(jī)對話的方式，成功地對大宗散料液體物料進(jìn)行連續(xù)、快速、準(zhǔn)確地稱量和全過程自動(dòng)化控制。本設(shè)計(jì)的油料散料秤利用PLC[1]的開關(guān)邏輯量、數(shù)據(jù)處理及通訊功能來控制自動(dòng)稱量的過程，通過PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)觸摸屏和計(jì)算機(jī)與PLC的通訊，主站（PC和TP）實(shí)時(shí)采集從站（PLC）的稱重?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控從站的工作狀態(tài)，并完成對從站稱重控制參數(shù)的設(shè)定。

一、系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

系統(tǒng)主要由進(jìn)/出料泵、進(jìn)料球閥、稱重單元、用戶自備的下儲料槽（含料位器）以及系統(tǒng)控制柜等部分組成。其中進(jìn)/出料泵為散裝液體料連續(xù)輸送提供動(dòng)力；進(jìn)料球閥用來實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)進(jìn)料，當(dāng)接受到進(jìn)料命令后，氣動(dòng)進(jìn)料閥線圈通電，進(jìn)料閥打開，自動(dòng)進(jìn)料開始，當(dāng)稱斗中物料重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)料閥線圈斷電，進(jìn)料閥關(guān)閉，進(jìn)料過程自動(dòng)結(jié)束；稱重單元包括稱重斗（用來盛放被稱物料）、氣動(dòng)放料蝶閥（用來實(shí)現(xiàn)物料的快速自動(dòng)放料）、稱重傳感器（采用三只FW-10型靜載稱重模塊）；下儲料槽用于已計(jì)量過物料的過渡性存儲；系統(tǒng)控制柜，包括儀表、SIEMENS可編程邏輯控制器SIEMENS Corp. SIMATICS7-200 Programmable Controller System Manual.2000.3，DP通訊模塊等，控制著油料計(jì)量散料秤的動(dòng)作。

本系統(tǒng)包含兩組秤，有四種工作方式：1#秤單獨(dú)工作；2#秤單獨(dú)工作；1#、2#秤交替工作運(yùn)送同一種油料；1#，2#同時(shí)工作，運(yùn)送兩種油料。下面以第三種工作方式為例來說明本系統(tǒng)的工作流程：

自動(dòng)工作開始后，首先啟動(dòng)進(jìn)料泵，然后自動(dòng)打開1#進(jìn)料泵，1#秤自動(dòng)進(jìn)料開始，當(dāng)1#秤量斗中的物料重量達(dá)到單秤設(shè)定值時(shí)，1#秤進(jìn)料結(jié)束。等秤穩(wěn)定后，系統(tǒng)將穩(wěn)定的重量值進(jìn)行自動(dòng)累計(jì)、打印，然后進(jìn)行自動(dòng)放料，直至放空，至此，1#秤的一個(gè)稱量循環(huán)結(jié)束，下一循環(huán)自動(dòng)開始。2#的稱量循環(huán)與1#秤*一致，只是1#秤的進(jìn)/放料與2#秤的進(jìn)/放料動(dòng)作互鎖，即1#秤進(jìn)料時(shí)2#秤正在放料，而2#秤進(jìn)料時(shí)1#秤正在放料，從而保證兩臺秤的交替工作。當(dāng)zui后一秤進(jìn)料結(jié)束后，進(jìn)料泵自動(dòng)停止；zui后一秤放料結(jié)束后，兩臺秤的稱量循環(huán)全部結(jié)束。

另外，在*秤放料的同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)出料泵，當(dāng)zui后一秤放料結(jié)束，且下儲料槽中再無物料時(shí)，出料泵自動(dòng)停止。

本系統(tǒng)利用可編程序控制器PLC來進(jìn)行稱重過程的控制。本設(shè)計(jì)采用SIMATICS7-200CPU226型PLC及I/O擴(kuò)展模塊若干：兩個(gè)數(shù)字量輸入模塊EM221和一個(gè)數(shù)字量混合模塊EM223。電氣控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種開關(guān)電路，系統(tǒng)中的許多開關(guān)（也就是電器的常開、常閉觸點(diǎn)）按照一定的邏輯關(guān)系動(dòng)作，實(shí)際是開關(guān)量的控制。一般電氣控制系統(tǒng)中都是利用觸點(diǎn)的通或斷來接通或斷開繼電器電源，以實(shí)現(xiàn)對輸出量的控制。根據(jù)對整個(gè)自動(dòng)稱量過程的分析，確定必須的輸入輸出觸點(diǎn)，進(jìn)行分配。

設(shè)計(jì)選用了梯形邏輯編輯器[2]來進(jìn)行程序的編寫，利用STEP7-Micro/WIN32梯形邏輯（LAD）編輯器可以建立與電氣連接圖等價(jià)的類似程序。梯形圖程序讓CPU仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出允許條件。

二、系統(tǒng)通訊

PLC的通訊包括各PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間以及其他智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中的通訊是指PLC與TP（或PC）間的通訊。

PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）有很多安裝基礎(chǔ)的開放式現(xiàn)場總線，廣泛用于各種應(yīng)用場合。所有自動(dòng)化設(shè)備均可以通過一條統(tǒng)一的總線彼此交換數(shù)據(jù)和進(jìn)行通訊，通訊速率可以達(dá)12Mbit/s，zui大通訊距離可達(dá)90km。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用的PROFIBUS-DP通訊協(xié)議（DecentraliｚeDPeripｈery分散型外圍設(shè)備）是一種優(yōu)化的通訊模塊，適用于小數(shù)據(jù)量高速通訊的通訊任務(wù)，特別是適合于自動(dòng)化系統(tǒng)和分布的外圍設(shè)備/現(xiàn)場設(shè)備之間通訊。通訊速率設(shè)定為1.5Mbit/s。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)雙絞線。協(xié)議定義了兩類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：主站和從站。協(xié)議支持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的127個(gè)地址（0～126），網(wǎng)絡(luò)上zui多有32個(gè)主站。為了通訊，網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備必須有不同的地址。運(yùn)行STEP7-Wicro/WIN32的計(jì)算機(jī)的缺省地址是0，觸摸屏的缺省地址是1，可編程序控制器的缺省地址是2。整個(gè)油料散料秤的電氣部分是由兩個(gè)稱重儀表，一個(gè)PLC，若干I/O擴(kuò)展模塊，一個(gè)DP通訊模塊，TP（觸摸屏）以及PC構(gòu)成的。油料
散料秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

通過EM277PROFIBUS-DP擴(kuò)展從站模塊，可以將PLC連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。EM277經(jīng)過串行I/O總線連接到S7-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM277PROFIBUS-DP模塊。這個(gè)端口可運(yùn)行9600波特到12M波特之間的任何PROFIBUS波特率。作為DP從站，EM277模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。首先將數(shù)據(jù)移到S7-200CPU中的變量存儲器，就可以將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其他計(jì)算值傳送到主站。類似的，從主站出來的數(shù)據(jù)存儲在S7-200CPU中的變量存儲器，并可移到其他數(shù)據(jù)區(qū)。系統(tǒng)各部分功能及實(shí)現(xiàn)方法描述如下：

1.PLC（從站）

現(xiàn)場的設(shè)備主要由PLC來實(shí)現(xiàn)控制，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)（參數(shù)可由TP、PC設(shè)定）完成對所屬設(shè)備的管理與控制，主要功能如下：（1）讀取稱重儀表的數(shù)據(jù)；（2）接受TP和PC設(shè)定的參數(shù)；（3）接受TP的直接控制；（4）接受PC的控制，向PC提供過程數(shù)據(jù)。

2.觸摸屏TP（主站）

為了方便用戶操作與PC故障時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)中配備了操作方便直觀的觸摸屏TP27SIEMENSCorp.SIMATICTP27和TP37觸摸面板使用手冊，中文顯示界面。用戶可以用手指根據(jù)系統(tǒng)的中文提示直接在TP27上操作，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中的任一PLC實(shí)施控制，通過對PLC的控制，能實(shí)現(xiàn)的主要功能為：讀取PLC單元的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的了解；稱量過程文字與圖形動(dòng)態(tài)顯示；改寫PLC單元的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，控制參數(shù)的調(diào)整；實(shí)現(xiàn)對所有稱重設(shè)備的啟動(dòng)和停止等操作。

3.計(jì)算機(jī)PC（主站）

計(jì)算機(jī)主站的主要功能為：（1）通過現(xiàn)場總線進(jìn)行編程、啟動(dòng)、測試和診斷整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)；（2）對通訊從站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對從站的實(shí)時(shí)監(jiān)控；（3）對通訊從站的PLC可以寫入控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)化過程參數(shù)的調(diào)節(jié)；（4）與企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)信息互通與資源共享。

三、結(jié)束語

將PLC應(yīng)用于自動(dòng)稱重系統(tǒng)，利用PROFIBUS-DP進(jìn)行系統(tǒng)的通訊，安裝、調(diào)試與維護(hù)都是極其方便，而且自動(dòng)化程度和通訊速率高。目前，該稱重系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，是應(yīng)用前景的油料稱重系統(tǒng)。