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機將日料倉內的料向稱重料斗內喂料，達到稱重儀表所設定的重量時，自動停止喂料，并發(fā)出放料信號，此信號進入PLC系統(tǒng)內，由PLC控制稱重料斗下小皮帶機放料，喂料小皮帶機由稱重儀表控制啟停，放料小皮帶機由PLC控制啟停。

1.2稱貢儀表的組成及工作原理

通常稱重儀表由稱重傳感器(WZ)、稱重變送器(WT)、稱重控制器(WIC)組成。

稱重傳感器由金屬彈性元件本體和與其相連的電阻應變片構成,4只電阻應變片組成一個惠斯通電橋。被測物的重力G使彈性元件產生形變£,這一形變引起電阻應變片的延伸，壓縮形變£。根據虎克定律，彈性形變與外力成正比eG,根據電阻應變效應理論:電阻應變片的相對變化(△/?)/"與形變e成正比：(△/?)//?=瞞，式中*為電阻應變片靈敏系數。因此eRVR'G惠斯通電橋的不平衡電壓隊=(△/?//?){/宀所以U書G只要測量[4,經過放大、變送并經稱重控制器處理后便可得到被測物的重量G_o

稱重配料系統(tǒng)的基本原理是：首先根據配制比例設定各物料的加量值，由稱重控制器或PLC順序執(zhí)行各種物料的加料，通過稱重儀表檢測此物料的加入量，直到加量達到設定值時關閉其進料閥門，完成此物料的加量后進人下一種物料的加入過程，直到所有的物料按照設定加量值加量完畢結束配料。

1.3稱更配料系統(tǒng)的特點

經過實踐，利用稱重儀表實現(xiàn)配料自動化的優(yōu)點如下。

1.3.1實現(xiàn)質量配比

由于稱重儀表測量的是物料的重量G,因為G=mg,故G\-.Gz•■-:C„=zni：m₂：所以稱重配料系統(tǒng)可直接實現(xiàn)各物料的質量比例配制?；どa中質量計量比體積計量更優(yōu)越。

1.3.2同一儀表差值計量,克服系統(tǒng)誤差

所有物料的加量都是通過同一臺稱重儀表進行檢測，并且各物料的加量控制是靠稱量值的前后差值計算來實現(xiàn)。即使稱重儀表的零點產生漂移，其用差值表示的加量仍是準確的，也就保證了配制比例準確。

當儀表的零點和量程同時發(fā)生變化后，能否嚴格實現(xiàn)準確的配制比例,討論如下:設稱重儀表輸入輸出的關系為Y=kx,m_},m₂兩種物料之間的配制比例為H。

H_-2-\1_kxr-kx)_%2~~伽_—2 (])

Y\-~Yokxi~k%QX]~XqGt

式⑴中，C2C分別為皿、皿的加量。當儀表零點量程變化后輸入輸出的關系為：Y=k/+△，仍按原設定值進行加料控制，則：

H_匕-匕_（A：攵2+A）-（虹i+A）_^x2~xi_G2Yi-Kq（奴］+△）-（&*（）+△）Xi-xoG\

(2)

即使儀表的零點、量程同時改變后，稱重系統(tǒng)仍可實現(xiàn)皿、皿之間準確的配制比例，從而保證了生產的安全性。

1.3.3系統(tǒng)具有易擴展性

稱重配料系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)液體物料的配制，還可應用于固、液物料的混合配制，以及向外供料的計量和控制，所有這些功能均只需增加相應的閥門，增添相應的控制程序便可以實現(xiàn)。

1.3.4系統(tǒng)的可靠性高，精度穩(wěn)定且調校方便

稱重傳感器是通過電阻應變片電阻的微小變化來測量重力的，幾乎沒有機械行程，并且靈敏元件本身封裝在彈性元件內部屬于全密封式結構，不與工藝介質接觸,不受料液結垢、結晶、腐蝕等影響，精度能夠保持長期穩(wěn)定。稱重系統(tǒng)的調校也很方便，只需用標準砥碼或定量的水便可對儀表進行校驗。

1.4系統(tǒng)硬件構成

1.4.1上位機

上位機釆用標準4U機箱的工業(yè)控制計算機，工控機抗干擾以及防塵能力強，在惡劣環(huán)境下能夠正常工作。上位機硬件選用雙核中央處理器，大容量存儲，以及大屏幕的液晶顯示器。

上位機安裝WindowsXP系統(tǒng).SiemensSTEP7V5.4編程軟件以及SiemensWINCC人機界面軟件，WINCC根據系統(tǒng)配置制作上位機畫面。

2. PLC系統(tǒng)

PLC選用西門子S7-3OO系列PLC,該系列PLC結構緊湊，堅固耐用，經濟可靠。

CPU選用315-2DP,該CPU有兩個通訊接口：MPI和DP,由于DP接口有較高的通訊速率,故使用ProfibusDP總線進行通訊。

1.4.3稱重儀表

稱重儀表選用帶Modbus的工業(yè)稱重儀表,PLC通過Modbus通訊能夠讀出儀表的工作狀態(tài)，實時料重，并且可以將上位機的目標重量寫入儀表，儀表按照目標重量進行稱重。

2通訊程序的設計

2.1上位機和PLC間的通訊

組態(tài)軟件一般都內置了PLC的通訊驅動，在該驅動中組態(tài)通訊參數，再建立相應的變量即可。

1. 2. PLC與稱重儀表的通訊

稱重儀表一般都內置Modbus通訊協(xié)議，只需要增加ProfibusDP-Modbus的網絡協(xié)議轉換網關即可實現(xiàn)PLC與稱重儀表的通訊，鑒于稱重儀表比較多，為了減小輪詢時間間隔，每4~5塊稱重儀表配備了一塊網關，減小了通訊時間。

3過程應用

配料過程是由稱重儀表實現(xiàn)，稱重儀表與PLC之間使用通訊進行數據交換（ModbusRTU）,實現(xiàn)在上位機設置各項參數，如配比等。PLC記錄每次配料偏差，自動計算出下次配料定值，寫入到稱重儀表內。

上位機放置在配料控制室內，PLC與工控機之間的通訊使用DP總線通訊。能在上位機完成配料配比以及報表的記錄打印、各設備運行狀態(tài)監(jiān)視等。

在爐頂過渡料倉（每個車間一個過渡料倉）內加雷達料位計，信號進入配料站PLC,當過渡料倉料位低于設定值后，啟動配料過程，實現(xiàn)自動配料。

配料站附近設控制室，內放配料PLC柜、動力柜、操作臺。通過操控操作臺上各按鈕，可實現(xiàn)手動上料（不經過PLC）,這樣系統(tǒng)就有自動、手動（經PLC）、純手動（不經PLC）三種控制。

在PLC進行控制的過程中，上位機使用上位機連接命令監(jiān)視下位機的運行狀態(tài)和數據區(qū)內容，實時讀取PLC的內部狀態(tài)以及稱重儀表的實時數據，在上位機上顯示。總體上講，系統(tǒng)具有如下功能:①全自動配料，在設定好配方之后，系統(tǒng)自動按照配方稱重配料，無需操作人員干預;②具有報表功能，可以產生日報表、實時報表和月報表、年報表等;③動態(tài)增加和修改報表，系統(tǒng)通過設定權限，賦予技術人員或操作人員修改、增加配方的權利，同時記錄該次修改的日期和操作人員編號;④斷電恢復功能，系統(tǒng)能夠在突然斷電的情況下，恢復斷電前的測量記錄；⑤局域網共享功能，主機在局域網內可以共享數據，方便車間主管了解工程進度和其他情況。

3.1上位工控機提供人機交互界面，完成控制信息輸入、數據管理、進行數據顯示、存儲、統(tǒng)計和報表等功能,它的主要工作如下：

工控主機首先根據操作人員的指令，讀取某個編號的配方，然后，根據配方中配料的比例及先后順序，向PLC發(fā)岀開始配料的指令，使得PLC能夠起動特定的變頻器。在配料過程中，工控主機以輪詢的方式，一方面實時讀取PLC的狀態(tài)字，了解PLC及PLC下級設備的運行狀態(tài)；另一方面實時讀取安裝在配料機上的稱重儀表的稱重數據，按照配料策略,當稱重接近配方中的設定值時，主機向PLC發(fā)出停止本次配料的指令。

當一個配方上的所有材料都配完后，整個配料過程暫停，等待操作人員的指令。系統(tǒng)運行過程中，PLC與上位機實時通信，從而保證界面上顯示的數據與現(xiàn)場實際數據的一致性，操作人員在上位機上發(fā)出的操作命令和設定參數都可以實時送到PLC。PLC的主要工作有:①接收上位機發(fā)送來的命令，通過變頻器控制振動電機的起、停和快慢;②將變頻器的運行狀態(tài)實時寫入內存數據區(qū)，供工控機讀取;③將自身的各種狀態(tài)以狀態(tài)字的形式準備好，供工控機實時讀取。

3.2控制策略及配料過程通過對配料過程的特點進行分析，配料過程具有如下特點。

1. 被控對象是單向的不可逆系統(tǒng)。原料沒有辦法從配料機中重新回到傳送帶上。
2. 具有明顯的時滯性。當配料達到設定值時，PLC控制電機停止傳送原料，這時傳送帶上具有部分原料無法回收，所以系統(tǒng)具有明顯的時滯性。
3. 受控特性是開關性的。系統(tǒng)的起、?？刂频榷际情_關量。
4. 配料系統(tǒng)在正常工作區(qū)內是線性的。

因此，考慮采用快速、慢速、提前發(fā)出停止加料指令等控制策略，同時利用PLC的互鎖技術確保配料的順利進行。系統(tǒng)起動后，工控機向PLC發(fā)出開始加料信號,PLC控制變頻器驅動電機進行快速加料，同時，工控主機通過串口持續(xù)不斷地讀取稱重儀表的數據，當重量值接近設定值時，工控主機向PLC發(fā)岀停止加料的控制指令，此時,PLC控制變頻器進行慢加，通過事先估計出傳送機構上原料的殘余，設定值和實際加料的差值和傳送機構上原料的殘余相當時,PLC真正發(fā)出停止指令，該指令由變頻器執(zhí)行，從而控制電機停機，停機后傳送機構上的原料無

殘余,配料精度符合要求，如圖2所示。

5. 配方的增加與修改。
6. 配料故障輔助報警等其他功能。

4結語

本系統(tǒng)通過工控機、PLC和稱重儀表的協(xié)調工作，完成了所需自動配料任務，在實際應用中表明系統(tǒng)穩(wěn)定運行、可靠，人機界面友善美觀，操作方便。

 

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