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產品的生產周期和生產設備的自動化程度是影響企業(yè)效益的重要因素。針對某飼料廠設備陳舊、自動化程度低、配料精度差等缺點，在原有設備的基礎上加以改進，設計了基于PLC自動配料系統(tǒng)，并利用力控組態(tài)軟件對生產過程進行遠程實時監(jiān)控，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。
1配料系統(tǒng)的工藝要求
由圖1可見，S1-S20共有20個配料倉，將其分為2組，分別是S1-S8和S9-S20，分別對應1個稱重倉。首先，將20個物料倉中的物料按某種配方要求的重量進行稱重，稱重過程中每組配料倉的下料順序可以在下料開始前任意設定，每組倉單獨進行配料。當2組配料都結束后，打開倉門F-U和F-V使得稱好的物料進入混合倉H1進行混合。當稱重倉B1和B2為空時，倉門F-U和F-V自動關閉。物料的混合采用定時控制。定時時間結束說明飼料已經完全混合，此時由攪拌電機的負載電流控制的混合倉門F-W打開，物料經傳送帶C1送到提升機T，人工打包。在物料開始混合的同時，啟動泵M1從罐S21中抽出某種液體物料加入混合倉中。
2硬件電路設計
2．1總體設計方案
全系統(tǒng)由核心控制器S7-200系列PLCCPU226、文本顯示器TD400C、數字量輸出擴展模塊EM222、模擬量輸入模塊EM235、信號調理電路、稱重傳感器、電子秤、負載電流、通信模塊及PC機等組成。
2．1．1負載電流檢測電路。由于該廠區(qū)控制區(qū)有一些強電設備，電磁干擾對系統(tǒng)的影響比較大，非常有必要對模擬信號進行濾波。EM235要求輸入模擬信號的直流電壓，范圍是0～100mV，而電機的負載電流是220V/3～10A交流信號。因此，必須要對其進行交直流轉化、變壓等。圖3為整流和濾波電路。整個信號調理電路如下:采用了1個變流比是300∶1的電流互感器將3～10A交流大電流轉換為10～43mA小電流;經過1個單向橋式整流電路將交流電轉換為直流;由R1和R2將電流信號變化為電壓信號;選用合適的Π型濾波電路濾去一些高頻干擾。經過Matlab仿真可知，采用該調理電路夠使得220V/3～10A交流信號轉換為0～100mV內的直流電壓信號，且其電壓波動不超過0．1mV，完全滿足了控制要求。
2．1．2稱重信號檢測電路。除量程范圍不同外，2個稱重倉所采用的電路大致相同。以1號秤為例來介紹稱重信號的采集及調理電路。由于稱重倉的體積比較大，保持稱重過程中倉的平衡是設計的關鍵問題。為此，將3個稱重傳感器依次串聯(lián)，并以等邊三角形的形式安裝于稱重倉的底部，所監(jiān)測的信號為3個傳感器的電壓之和。其濾波電路的設計與負載電流檢測電路相同。實踐證明，這種安裝方式解決了稱重倉稱重過程中的平衡問題，提高了測量精度。
2．1．3通信模塊。雖然僅使用PLC作為控制系統(tǒng)能夠完成基本的控制功能，但是還不夠完善，存在一定的局限性。它不能直接顯示各種運行曲線和當前值與設定值，也不能顯示故障報警原因，更不能保存歷史數據和打印報表等。為了解決上述問題，可采用PLC配套組態(tài)軟件來組成顯示監(jiān)控給定單元。由于現場的上下位之間大約有200m，采用RS485即可完成信號的傳輸。但是，由于PC機的通信接口為RS232接口，要在傳輸之前加1個232到485總線的電平轉化的模塊［1］。
2．2主電路電路電氣原理
系統(tǒng)有手動和自動2種控制方式。
3配料系統(tǒng)的軟件設計
3．1下位機軟件設計
由于被控對象以電機為主，輸出信號均為開關信號。根據配料生產控制過程及被控制對象的復雜程度，進行I/O點數和I/O的類型統(tǒng)計。
負載電流輸入PLC程序控制的配料系統(tǒng)有自動和手動2種控制方式。在自動狀態(tài)下，核心程序算法的流程見圖5和圖6［2］。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，在數據采集部分軟件上采用了均值濾波算法［3］。值得注意的是，用S7-200進行編程時，當內存變量冗余比較多時，盡量避免使用臨時變量，以避免在多個子程序中應用同一個臨時變量引起的程序混亂以及由此導致的不可預料的情況。
3．2上位機軟件設計
上位機軟件采用的是北京某公司的力控組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的設計包括畫面創(chuàng)建、I/O設備連接、數據庫組態(tài)和動畫連接4個步驟［4］。
在利用力控對PLC進行監(jiān)控時，力控系統(tǒng)與PLC之間必須進行數據交換。把與力控進行交換數據的設備統(tǒng)稱為I/O設備。I/O設備的連接主要包括2個部分［4］，即I/O設備的建立與連接。建立I/O設備的方法是雙擊力控的工程項目中的I/O設備組態(tài)，在PLC項中選擇雙擊S7-200，然后根據向導設置即可完成設備組態(tài)的建立。需要設置的項目主要包括PLC地址、通信方式(在此選用串口方式)及波特率等。連接I/O設備的方法是在數據庫組態(tài)的I/O連接項中輸入需要與力控進行交換數據的PLC參數地址即可。但是，值得注意的是，在利用力控對PLC進行監(jiān)控的時候，必須先關閉西門子編程軟件。圖8為系統(tǒng)配料過程中1號秤的3個配料周期內數據的變化情況。從圖中可以看出，3個周期內數據變化基本一致。
力控中的點數主要指的是建立了I/O設備的變量的總數。為了節(jié)約系統(tǒng)點數，把PLC中地址連續(xù)的8個開關量(1個開關量只占1位)結合成1個字節(jié)型變量進行傳輸，上位機使用時再把其拆分為位變量。
4結論
基于PLC自動配料系統(tǒng)已在某飼料廠投入使用。通過軟件算法的優(yōu)化，每秤料(約500kg)的最大誤差保持在3kg以內，完全滿足設計時1%的要求。一批料配料時間大約為6min，比舊設備速度快。從系統(tǒng)配料過程中1號秤的3個配料周期內數據的變化可見，該系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性。因此，該系統(tǒng)滿足了自動控制系統(tǒng)對快速性、穩(wěn)定性和準確性的要求。
利用PLC與組態(tài)軟件相結合構成的配料系統(tǒng)，不僅精確地實現了配料全過程，而且通過上位友好的可視化界面實現對整個配料過程方便快捷的遠程監(jiān)視和控制。此外，還可以在PLC發(fā)生故障時通過報警畫面顯示故障產生的原因和故障點，方便維護。

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