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2移重控制系統(tǒng)要求與選型

基于鋁廠的現(xiàn)場生產(chǎn)條件和工藝情況，要求系統(tǒng)稱重范圍量程為8t,分辨率小于10kg,數(shù)字顯示實(shí)時(shí)跟蹤小于Is,工作溫度為0~70差。要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：離線標(biāo)定、系統(tǒng)置零、稱重顯示、凈重查詢、功能增減、功能確認(rèn)與退出以及到限報(bào)警等。

依據(jù)功能要求與實(shí)際工作情況，采用西門子S7-222PLC.TD200文本顯示器和擴(kuò)展模塊EM231及DDM4A數(shù)字顯示表設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)中功能設(shè)定和操作可以由TD200文本顯示器來完成，實(shí)時(shí)重量顯示由DDM4A數(shù)字顯示器完成，功能操作面板輸入有：離線標(biāo)定、稱重、凈重查詢顯示、按鍵確認(rèn)、退出、按鍵增減等，輸出有DDM4A所用4個(gè)輸出口和蜂鳴器一個(gè)輸出口，故可選用SIMATICS7-200系列具有8輸入、6輸出的CPU-222型PLC微控制器。TD200文本顯示器經(jīng)由RS485通訊口進(jìn)行功能設(shè)定控制，信號(hào)采樣經(jīng)由EM231擴(kuò)展模塊完成，系統(tǒng)硬件與功能配置如圖2所示。

根據(jù)系統(tǒng)配置情況和系統(tǒng)控制功能要求，稱重控制功能軟件采用易操作、易維護(hù)的模塊化方法設(shè)計(jì)。

1. TD200組態(tài)

TD200文本顯示器是專為S7-200系列PLC開發(fā)的操作員界面，應(yīng)用場合廣泛，特別是小型和低成本的應(yīng)用場合，是S7-200控制系統(tǒng)人機(jī)界面最經(jīng)濟(jì)的一種選擇，具有如下特點(diǎn)：

1. 帶背光的兩行液晶顯示，可顯示40個(gè)字符；
2. 無需單獨(dú)電源，直接與PLC的CPU的PPI口連接；
3. 可顯示修改和設(shè)定控制程序的過程變量值;
4. 可編程的功能鍵。

本文主要用TD200來顯示稱重重量和修改標(biāo)定參數(shù)。為了給操作員提供較好的參數(shù)輸入界面，必須對TD200文本框顯示器進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M態(tài)。組態(tài)包括：(1)支持語言：中文簡體；實(shí)時(shí)時(shí)鐘：否；強(qiáng)制I/O菜單：否；參數(shù)保護(hù)：否；掃描CPU時(shí)間：盡快；每條信息字符數(shù)：40字符；希望組態(tài)的信息數(shù):24;參數(shù)塊起始地址：VB32。(2)組態(tài)每條信息:將一些變量設(shè)置成為可編輯的，這樣就可以通過外面控制面板或者TD200修改參數(shù)。而且，這24條信息，通過分級(jí)，設(shè)置成為菜單模式，使得人機(jī)界面形象生動(dòng)，便于操作。

2. DDM4A數(shù)字顯示器

DDM4A數(shù)字顯示器主要用于PLC、DCS、計(jì)算機(jī)等控制中采集系統(tǒng)顯示某些數(shù)據(jù)、參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度、角度、位置、數(shù)量、頻率、轉(zhuǎn)

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速、電壓、電流、功率、時(shí)間、故障代碼等)。其主要特點(diǎn)如下：

(1)4線串行BCD碼通訊方式；

(2)4位0.8"LED數(shù)碼顯示,0000-9999顯示范圍；

3. 帶正負(fù)號(hào)及5個(gè)擴(kuò)展特殊符號(hào)顯示；
4. 小數(shù)點(diǎn)位置可編程控制；
5. 采用晶體管開關(guān)輸出驅(qū)動(dòng)，單表僅需要4個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，在多表連接方式下可共用選通輸出點(diǎn)，節(jié)約大量的I/O點(diǎn)；
6. 電源極性保護(hù)；
7. 顯示值與PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)完全一致，精確，無誤差、無零漂、無需計(jì)量。

由于高溫鋁水不能用一般的泵抽，只有靠巨大的氣壓吸鋁水，所以采用DDM4A數(shù)字顯示器顯示鋁水凈重，使得操作員能及時(shí)操作抽鋁水系統(tǒng)。

3. PLC自動(dòng)稱重系統(tǒng)

用一臺(tái)小型PLC實(shí)現(xiàn)單一的生產(chǎn)過程控制，比如叉車稱重控制過程等，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，它所需的外圍電路極少，且能夠?qū)崿F(xiàn)對采樣值的數(shù)字濾波、PID運(yùn)算等，還能夠根據(jù)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)脈沖移相等功能。同時(shí)它具有抗干擾能力強(qiáng)、使用方便靈活、體積小、容易安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，又是普通微機(jī)用于生產(chǎn)現(xiàn)場時(shí)所欠缺的。本文采用S7-200配合張力傳感器測量鋁水的重量，對重量采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波。

數(shù)字濾波采樣常用的求算術(shù)平均值的方法，設(shè)定采樣18次為一個(gè)采樣周期，在一個(gè)周期內(nèi)的采樣值舍去最大值和最小值后，余下的數(shù)值求取平均值,作為本次測量值。在進(jìn)行線性化計(jì)算時(shí)，將采樣值區(qū)分為若干區(qū)段，每一區(qū)段內(nèi)的(采樣值-重量值)關(guān)系均視為線性關(guān)系，即為標(biāo)定過程。數(shù)字濾波后的測量值經(jīng)比較，落在哪區(qū)段，則取相應(yīng)區(qū)段的值進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

W=(W_raax—W_mi„)(S_x—S_mi„)/(Smax-S_mi„)+W_mi„

式中：

w.為區(qū)段重量上限值；

w.為區(qū)段重量下限值；

為區(qū)段重量上限對應(yīng)的采樣值；

S皿.為區(qū)段重量下限對應(yīng)的采樣值;

Sx為濾波后的當(dāng)次采樣值；

W為本次重量值。

4軟件設(shè)計(jì)與程序?qū)崿F(xiàn)

針對控制稱重系統(tǒng)實(shí)際工作情況，程序采用簡單、易操作的模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序軟件分為:初始化模塊、稱重計(jì)算模塊、重量顯示模塊和操作設(shè)定查詢模塊4部分。

主程序完成上電復(fù)位、初始化和顯示程序調(diào)用、功能選擇、蜂鳴器報(bào)警等功能；初始化模塊完成設(shè)定變量初值、DDM4A顯示程序控制等功能；稱重計(jì)算模塊完成數(shù)據(jù)采樣、重量計(jì)算、信號(hào)轉(zhuǎn)換等功能;重量顯示模塊顯示實(shí)時(shí)重量；操作設(shè)定查詢模塊完成標(biāo)定、重量累加查詢、清零等功能。主程序框圖如圖3所示。

 

 

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