1、基于PLC 的稱重配料控制器的開發與應用山東濱州新大新機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過程和技術特性，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、食品等領域有廣闊的應用發展前景。關鍵詞：稱重、配料、控制器、PLC 、智能接線盒、人機界面。工業電子稱重是近年來剛剛興起的一門新興技術，它是從計量用衡器基礎上發展而來，普通計量用衡器主要是示值顯示，而工業稱重一般直接參與控制，對精度和穩定性的要求都很高，精度和穩定性直接決定產品的質量。目前代表性的產品是梅特勒-托利多的PANTHER 系列和志美的CB920以及眾多國產

2、品牌控制儀表等，由于發展時間比較短，應用還不是很成熟，現有產品大多根據特定用戶對象的需求而設計，最多的是控制功能比較簡單的包裝行業，在應用領域上有一定的局限性。主要體現在組成控制系統時信號處理和傳遞方式各不相同，有些產品為方便系統互連，往往經過多次信號轉換，犧牲了最關鍵的精度指標。常規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量儀表：儀表直接接受傳感器信號，儀表可指示重量、并將重量值轉換成420mA信號輸出至DCS 或PLC 信號模塊，由DCS 或PLC 再將420mA信號轉換成重量值，并由DCS 或PLC 進行控制，組成控制方案復雜。 缺點：由于信號經過儀表和DCS 兩次

3、轉換，誤差會大大增加；而且校秤時稱重儀表和DCS 要單獨進行校準，必須進行兩次；儀表和DCS 數值不統一，容易引起誤導。2、方案二：采用帶通訊輸出的稱重計量儀表：儀表直接接受傳感器信號，儀表可指示重量、并將重量值采用數字信號經通訊接口傳輸至DCS 或PLC 信號模塊，由DCS 或PLC 顯示重量值，并由DCS 或PLC 進行控制。該方案可有效避免儀表和DCS 顯示值不統一的問題，校秤時僅校稱重儀表即可。 缺點：由于信號經過儀表和DCS 進行通訊傳輸，誤差不會增加，但計量儀表和DCS 的通訊處理比較復雜，需要專門的驅動程序。現有稱重儀表的通訊穩定性普遍不好，通訊中斷或超時頻率較高、會影響控制功能

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，儀表可指示重量、并將重量值采用數字信號經通訊接口傳輸至DCS 或PLC 信號模塊，由DCS 或PLC 顯示重量值，該方案與方案二近似，差別是由儀表進行控制，DCS 僅作數據指示，控制風險較小。該方案可有效避免儀表和DCS 顯示值不統一的問題，校秤時僅校稱重儀表即可。 缺點：這個方案在目前應用較多，由于信號經過儀表和DCS 進行通訊傳輸，誤差不會增加，但計量儀表和DCS 的通訊處理比較復雜，需要專門的驅動程序。一般儀表的通訊穩定性不好，通訊中斷不會影響控制功能，但會影響數據顯示。該類稱重儀表僅能進行簡單的定量控制，而且外圍電路比

5、較復雜，需要專門設計驅動電路、手自動切換電路，另外還有幾個致命的缺陷就是暫停、配料過程中間退出和驅動機泵比較復雜，通過計算機設置配料參數時會影響正常的控制功能，儀表許多二級設置參數不能在計算機是哪個修改。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，但不能現場指示重量，只將重量值轉換成420mA信號輸出至DCS 或PLC 信號模塊，由DCS 或PLC 再將420mA信號轉換成重量值，并由DCS 或PLC 進行控制。缺點：由于信號經過變送儀表和DCS 兩次轉換，誤差會大大增加；而且校秤時要先調變送器，然后在DCS 上進行校準。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傳輸、校準等問題。缺點：造價高；沒有成型產品，用戶必須具有程序開發能力，有一定的局限性。近年來，由于長期從事精細化工的自動化控制工作，在工業稱重應用中，以上幾種控制方案在工程中都有應用，積累了豐富的工程經驗。先后使用過托利多稱重變送器、托利多T600控制儀、志美CB920控制器及國產多個知名品牌設備，均存在這樣和那樣的問題，集中反映在以下方面：n 控制精度難以控制；n 通訊互連互通問題最難解決，與現有PLCDCS接駁困難。早期產品通訊功能較差，許多參數無法在線修改，修改設置會中斷生產；通訊中斷頻率高；n 人機界面簡單，信息量較小，普通工人很難掌握；n 校準程序復雜，

7、個別甚至必須進行兩次校準；n 控制程序比較簡單，現有產品大多適用于定量包裝行業，對于比較復雜的工藝，如化工配料，需要同步控制機泵和閥門，同時需要手自切換、臨時中斷、隨即添加等，在現有控制器上都無法實現。為此我們組織技術人員，設計開發了新型的稱重配料控制系統，選用西門子200系列PLC 和液晶顯示器，配合自行研發的智能數字稱重接線盒進行測量和控制。 該方案核心是采用智能數字接線盒進行稱重數據的高速高精度AD轉換，將毫伏信號直接轉換成數字信號，采用工業串行通訊協議RS485標準將信號傳輸至PLC ，由PLC 進行數據處理、計算和控制，并在需要時將信號傳輸至DCS 系統進行數據監控。 該方案有以下優

8、點：n 采用數字接線盒進行一次性信號轉換，可達到200000字mV的分辨率，大大提高了測量精度；n 一臺稱重控制器最多可同時顯示控制四臺秤（每臺秤使用一個數字接線盒），可大大降低設備成本；n 采用性能穩定的PLC 進行數據處理和控制，由于PLC 接受的是通訊信號，不再進行信號轉換，不會增加額外誤差；PLC 直接進行控制可降低設備故障風險，DCS 進行監控和數據管理，真正達到了分散控制、集中管理的原則；n 由于PLC 選用西門子200系列兼容產品，支持PPI 、MPI 、Profibus 、Modbus 、以太網等通訊協議，與現有DCS 系統和PLC 系統兼容性好，不需專門開發驅動程序，調試簡單

9、而且通訊穩定，通訊故障率低；n 采用液晶顯示器進行信息顯示，可直接顯示中文信息和工藝流程圖，比一般數碼管式的稱重儀表更方便，而且信息量大，除測量參數外，還可以指示操作模式、運行狀態、設備狀態等信息；配用觸摸顯示屏還可顯示動畫，使操作界面更加直觀；n 可預存多套配方，操作人員可方便調用。針對化工生產專門設計的隨機添料功能，適合化工配料中不合格品處理時的臨時定量添料。n 校準方便，即可從現場校準，又可從DCS 上進行校準，二者任選其一。這是以往系統配套中難以克服的弱點；n 配好的物料可受控轉向不同的目標容器，多個工序使用相同物料時可以共用一套配料系統；n 專用觸摸按鍵操作面板和專用接線模組，可直接

10、驅動電磁閥，可靠性高且維修更換方便，比一般開關按鈕和分立繼電器更適合化工腐蝕環境；n 全部二級設置參數均可在計算機上遠程修改，而且修改參數不會中斷配料過程； n 針對不同工藝的成熟控制程序包，用戶可根據需要選擇，并可根據用戶特殊需求開發特殊控制功能，熟悉西門子編程的用戶也可自行進行功能擴展；n 從經濟性上講，該方案造價低于進口稱重控制儀表或進口稱重變送器造價，與國產稱重控制儀表持平。常用操作功能n 操作模式：裝卸聯動、定量配方裝料、定量配方卸料、隨機定量裝料、隨機定量卸料、手動操作、配方選擇、設備閑置。n 運行狀態指示：正在裝料、正在卸料、裝料暫停、卸料暫停、強制中斷、配料完成、配料超差、超差

11、檢查、延時卸料、裝完待卸、閑置n 設備狀態指示：欠載、超載、動態（秤不穩定）、故障1（傳感器通訊故障）、故障2（泵啟動故障）n 遠程監控的通訊參數：所有重量參數、配料參數、內部參數和運行狀態均可按權限在線讀寫，可使用計算機進行遠程監控操作。 n 過沖量自動補償功能n 遠程校準功能n 用戶需要的其它邏輯控制應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配四種物料、并由多個出口的配料控制器： 一拖四液氯鋼瓶充裝控制器： 術語解釋裝卸聯動：啟動后自動向中間容器內裝料，裝料目標值以當前選定的配方為準，本次實際裝入物料重量等于目標值后先進行超差檢查，然后停頓預定的時間，再自動向下一容器卸

12、料，卸料量目標值與裝料目標值相同，本次實際卸出物料重量等于目標值時自動停止并進行超差檢查。定量裝料：啟動后自動向中間容器內裝料，裝料目標值以當前選定的配方為準，本次實際裝入物料重量等于目標值后自動停止并進行超差檢查。定量卸料：啟動后自動從中間容器向下一容器卸料，卸料量目標值以當前選定的配方為準，本次實際卸出物料重量等于目標值時自動停止并進行超差檢查。隨機裝料：啟動后自動向中間容器內裝料，裝料目標值以當前設定的臨時目標量為準，本次實際裝入物料重量等于臨時目標值后自動停止并進行超差檢查。在本模式下，按和鍵即可直接調整臨時目標量的數值，而且不會改變預置的配方目標量。在將模式選擇改到“裝卸聯動”“定量

13、裝料”“定量卸料”后，目標量仍為原來選定的配方數值。隨機卸料：啟動后自動從中間容器向下一容器卸料，卸料目標值以當前設定的臨時目標量為準，本次實際卸出物料重量等于臨時目標值后自動停止并進行超差檢查。在本模式下，按和鍵即可直接調整臨時目標量的數值，而且不會改變預置的配方目標量。在將模式選擇改到“裝卸聯動”“定量裝料”“定量卸料”后，目標量仍為原來選定的配方數值。注意：以上五種配料方式均為自動配料，即啟動后將自動根據預定程序開啟或關閉相應閥門和機泵。 配料量均不管中間容器內原有物料的數量，在此基礎上裝入目標量或卸出目標量。手動操作：在本模式下，可通過按鍵直接開關閥門和機泵。裝料暫停：裝料過程中人為按

14、下或（或遠程命令），配料過程被暫停，再次按下或釋放（或遠程命令）可繼續執行剛才的配料過程。卸料暫停：卸料過程中人為按下或（或遠程命令），配料過程被暫停，再次按下或釋放（或遠程命令）可繼續執行剛才的配料過程。裝完待卸：裝卸聯動模式下裝料完成延時過程中人為按下或（或遠程命令），配料過程被暫停，再次按下或釋放（或遠程命令），將開始卸料。配料完成：自動裝料或卸料過程完成且配料量符合預定范圍。配料超差：自動裝料或卸料過程完成且配料量超過預定范圍。強制中斷：自動配料過程中人為按下鍵（或遠程命令），配料過程被人為中斷退回初始狀態。 延時放料：裝料完成后的等候卸料時間。過沖量： 關斷動作執行過程中多加的物料重

15、量。顯示畫面說明1、 首頁：上部顯示有三個參數，分別為操作模式、運行狀態和設備狀態。畫面正中顯示的實時毛重，下部顯示有目標量和已裝卸量。l 操作模式包括：設備閑置、裝卸聯動、定量裝料、定量卸料、隨機裝料、隨機卸料、手動操作和配方選擇。l 運行狀態包括：正在裝料、正在卸料、裝料暫停、卸料暫停、強制中斷、配料完成、配料超差、超差檢查、延時放料和裝完待卸。l 設備狀態包括：正常、動態、故障1、故障2，欠載和超載。2、 配方設置：按框內數值，可設置參數，設置完成后按返回退出。3、 歷史數據管理：有歷史裝卸數值，可查看最近前四次實際裝卸重量和目標量的差值，數值為正數為實際裝卸重量較目標值多裝的重量，數值

16、為 負為實際裝卸重量較目標值少裝的重量，此功能用于估算預置的過沖量參數。還有歷史趨勢圖和歷史 報表。 4、 秤參數設置： 主頁：按置皮鍵，將當前毛重值存為皮重，按清皮鍵，將當前皮重值置為零。按清零鍵，將當前毛 重值歸零。 二級參數設置畫面： l 過沖量自動補償，為 0，自動過沖量補償取消，為 1，啟動自動過沖量補償。 l 裝料允差范圍：實際裝卸重量與目標值的絕對差值，超過此設定范圍，運行狀態顯示“配料超 差” 。 l 過沖量補 償范圍：如 果實際裝 卸重量與 目標值的 絕對差值 在此允許 范圍內，則 自動進行 過沖量補 償。 歸零范圍： 清零按鍵 的允許范 圍。 零位跟蹤 范圍。 重量變動 檢

17、測范圍。 延時檢查超差時間。 裝料結束等候時間。 重量變動 檢測時間。 欠載設定： 實際毛重 小于此設 定值，設備 狀態顯示 “欠載” 。 秤最大量 程：實際毛 重大于此 設定值，首 頁設備狀 態顯示“超 載” 。 l l l l l l l l 三級參數設置畫面： l 數字濾波 (0-8。 l l l 防抖動強度(0-99。 收斂常數(0-999。 稱重模塊地址維護：用于掃描和修改當前在線的數字接線盒地址。如果當前在線的接線盒地址 重復則只能顯示掃描到的第一個。用于修改地址時最好只掛接一個數字接線盒。本功能非專業 人員禁止操作，否則將導致信號中斷。 5、 校 秤 畫 面：按空 秤標定鍵 后，進入 確認頁， 如確認無 誤，按確 定，將當 前標定為 空秤，毛 重值顯示零。進行加載標定時，先輸入所加載砝碼的重量，再按加載標定鍵，進入確認頁，如確認 無誤，按確定，將當前重量標定為砝碼重量，毛重值顯示所加砝碼重量。 主要技術指標 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（包含驅動的直流電磁閥）； 控制秤臺數量：最多四個； 通訊接口：9針母頭； 支持的通訊協議