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一、前言
隨著稱重傳感器和稱重智能儀表技術(shù)的發(fā)展，電子稱量技術(shù)已越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)過程之中，尤其是稱重配料系統(tǒng)之中，為配料系統(tǒng)的自動化奠定了基礎(chǔ)。
配料系統(tǒng)的控制與管理,通常有二種實現(xiàn)方法:其一，采用專用的配料控制器；其二,釆用計算機和PLC控制技術(shù)。前者一般需進口，價格較高,使用范圍一般是限于某一類型的配料場合，并只能配接與其同一系列的稱重儀表，其優(yōu)點是軟件編程簡捷方便,容易掌握，設(shè)計周期短；而后者投資少，可通過不同的軟件設(shè)計和硬件配置來適用于各種配料場合，通用性好，比較符合我國國情，易于推廣，可廣泛應(yīng)用于化工、建材、冶金、飼料等行業(yè)稱重配料系統(tǒng)的自動化控制。
根據(jù)配料工藝和現(xiàn)場要求，配料系統(tǒng)一般分為單秤多料和多秤多料二種方式。本文僅以多秤多料配料系統(tǒng)為例，介紹一種配料控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
二、多秤多料配料系統(tǒng)
圖1所示的稱重配料系統(tǒng)是一典型的多秤多料配料系統(tǒng)。在配料生產(chǎn)線的最上方，有一排多個儲料倉，每個儲料倉（均裝有某一種料）下方均對應(yīng)配置一臺全電子配料秤，在其下方則是物料輸送機構(gòu)（如皮帶輸送機），再往下就是混料機（或裝料車等），在配料秤上方與儲料倉連接處裝有喂料機構(gòu)，而在其下方則裝有排料機構(gòu)。喂料、排料機構(gòu)的選型視物料特性和稱量控制方式而定，一般顆料狀或塊狀料選用電磁振動給料機，粉狀料選用螺旋給料機,液料選用氣動閥門。當然，還有與它一些形式的喂排料機構(gòu)，在此就不一一成舉。

根據(jù)各種物料的不同特性，系統(tǒng)可相應(yīng)釆用增量法（稱入法）或減量法（稱岀法）這二種稱量控制方式。增量法是通過喂料機構(gòu)把物料送入空的配料秤斗內(nèi)，直至達到預(yù)定的重量（配方值）為止，然后通過排料機構(gòu)把秤斗內(nèi)的物料簡單地排至生產(chǎn)過程中，直至空秤；減量法則是在配料開始時先將物料裝滿配料秤斗，并使用已裝滿料的秤斗去皮重到零，這樣排料時秤的讀數(shù)（負值）便是減少的重量。當排入生產(chǎn)過程中的物料達到預(yù)定的重量（配方值）肘，就關(guān)閉排料機構(gòu)，停上排料。所以，對于一般粘滯性大、流動性差的物料,應(yīng)采用減量法，這樣就能消除因秤斗粘料而影響配料植度的情況，同時也能避免物料堆積和迸濺現(xiàn)象；而對于流動性好的物料，則可釆用增量法。
各種物料在配料秤斗內(nèi)計量完畢之后，將根據(jù)工藝要求，按指定的排料先后次序，把料排至皮帶輸送機等輸送機構(gòu)，最后由輸送機把料送入混料機內(nèi)進行混合，這樣一個周期的配料過程即算完成。
另外,在配料系統(tǒng)中，還要根據(jù)實際情況配置一些附加裝置，以保證系統(tǒng)的精度和可靠性。比如，在儲料倉和秤斗倉壁上安裝振動器，以防止粘料和“搭拱”，在儲料倉和秤斗內(nèi)安裝料位計，以防物料謚出；在喂料、排料機構(gòu)中以及混料機卸料口等處裝置行程開關(guān),用于向控制系統(tǒng)反饋其狀態(tài)等。
三、配料系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.電子稱量部分
每臺配料秤配有三只拉式稱重傳感器，一個傳感器接線盒和一臺8142-2009智能稱重儀表（配置一塊預(yù)置點光電隔離接口板）。
8142-2009是一種增強型雙顯智能稱重儀表，具有預(yù)置點輸出功能。它將來自于稱重傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為重量數(shù)據(jù)信號后，與其內(nèi)部的預(yù)置點設(shè)定值（配方值）進行比較，再根據(jù)比較結(jié)果對各預(yù)置點的輸出狀態(tài)進行控制。然后，預(yù)置點光電隔離接口板將這些預(yù)置點輸岀狀態(tài)轉(zhuǎn)換成繼電器觸點形式,提供給PLC作配料控制用。
該稱重儀表還具有雙向計算機通訊接口，可與上位計算機進行串行數(shù)據(jù)通訊。其通訊方式為RS485二線方式，抗干擾性能強,傳輸距離可達L2km,特別適用于工業(yè)控制場合。每臺儀表可以尋址，最多八臺儀表可聯(lián)到計算機的一個RS485串行通訊口上。
2.配料控制部分
該部分包括PLC、繼電器/接觸器控制電路、控制操作臺和配料模擬屏。PLC和繼電器/接觸器控制電路均安裝在控制柜內(nèi)。
PLC是整個配料控制部分的核心。作為新型的機電一體化器件，PLC在工業(yè)自動化領(lǐng)域正日益得到推廣應(yīng)用。它用軟件來替代硬件電路，不但可簡化電路結(jié)構(gòu)，降低造價，提高系統(tǒng)的長期可靠性，而且還可通過軟件編程能較方便地實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能要求。
根據(jù)配料系統(tǒng)控制規(guī)模的大小,PLC可選用整體式或模塊式。通常，每臺配料秤要占用PLC的I/O點數(shù)為20?30,據(jù)此推算，再加上物料輸送部分和其它外圍設(shè)備控制所需的I/O點數(shù)，就可確定岀所需配置的PLC類型和點數(shù)。
大部分配料系統(tǒng)的規(guī)模都是控制十臺以下的配料秤,可選用日本三菱MELSECFX2可編程控制器。該系列PLC是三菱F系列PLC的新品秤，它是一種小型、高性能整體式PLC,其基本單元I/O從16點到128點，可擴展到256點。它具有價廉物美、功能俱全、指令豐富、運行速度快、編程方便等優(yōu)點，而且其基本單元上編程器接口直接就是RS422串行接口，不需外加通訊模塊就可方便地與計算機連接進行軟件編程；計算機也可通過此接口對PLC予以在線監(jiān)控。
對于少數(shù)控制十臺以上配料秤的配料系統(tǒng)，可選用日本三菱A系列模塊式大型PLC,其控制I/O點數(shù)最多可達2048。
3.配料管理部分
本部分包括一臺PC總線工控機（配RS422/RS485通訊卡）和一臺24針打印機?？梢圆捎靡韵屡渲茫阂慌_臺灣研華公司生產(chǎn)的PC總線工控機IPC-610386/33或486/33/50/66、一臺14”彩色顯示器、一個標準鍵盤（帶鍵盤防塵保護膜）和一臺日本EPSON-LQ-1600K打印機。此外，由于計算機與稱重智能儀表之間、計算機與PLC之間的串行數(shù)據(jù)通訊均采用RS422/RS485通訊方式，所以在計算機中還配置了一個或幾個研華PCL-745RS422/RS485雙通道通訊卡。每個通道可管理八臺8142-2009儀表或一臺PLC。
由于工業(yè)控制場合的環(huán)境于件比較惡劣，一般商用計算機無法承受，所以就必須采用工業(yè)控制計算機作為上位機進行配料管理。PC總線工控機以其兼容性好、價格低、很高的性能價格比，目前在我國工控機市場上已有很大的市場占有率，并有繼續(xù)擴大之勢。它具有IBMPC機的所有功能，是一種基于ISA工業(yè)標準結(jié)構(gòu)的工業(yè)微機，取消了PC機的大母板，將其分成CP卡、功能卡等I小模塊，電源改成為工業(yè)級電源，密封加固機箱，正壓排風等，由其結(jié)構(gòu)、電源和各模板設(shè)計就決定了它能承受振動、粉塵、電磁干擾和高低溫等惡劣條件。
四、配料控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
配料控制系統(tǒng)軟件包括控制軟件和管理軟件二大部分。
1.控制軟件
它是根據(jù)配料工藝要求而編制的PLC軟件。該軟件根據(jù)稱重智能儀表的預(yù)置點信號，控制操作臺的按鈕等操作信號，現(xiàn)場喂排料與輸送等設(shè)備運行狀態(tài)的反饋信號和計算機的控制信號等輸入信號，再結(jié)合配料工藝.輸出控制各配料秤的喂料/排料，并對配料生產(chǎn)線上的輸送設(shè)備等其它設(shè)備進行控制；同時在配料過程中自動識別各種系統(tǒng)故障情況，輸岀告警信號進行聲光報警；另外，在配料過程中還輸岀各種狀態(tài)信號到配料模擬屏，以指示系統(tǒng)當前運行情況。
該軟件的編制既可通過專用編程器以指令形式直接輸入PLC的RAM或EEPROM中，也可在計算機上通過編程軟件包編程后傳送至PLC中。后者比前者具有無可比擬的優(yōu)越性。如PLC選用三菱FX2系列（或三菱其它系列），可采用MELSECMEDOC通用編程軟件包。該軟件包運行于PC總線的各檔計算機中，可對三菱Fl/F2、FX0/FX2和A系列PLC進行編程和監(jiān)控。它可用梯形圖（繼電器邏輯）形式進行編程，非常直觀易憧，具有實用的復(fù)制和高效的編輯功能，而且可保存于計算機磁盤中, 并可輸出打印, 大大提高了編程效率。
2.管理軟件
配料控制軟件實現(xiàn)了通過計算機進行物料配方管理及配料實時數(shù)據(jù)的后臺采集處理，并可匯總打印各種配料生產(chǎn)報表,這樣就極大地方便了對配料生產(chǎn)的管理。
該軟件采用模塊設(shè)計，分為配方輸入、配方計量、報表打印、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)備份等功能模塊。它允許系統(tǒng)操作員通過鍵盤輸入和編輯配方數(shù)據(jù)及提前量、允差值等各種參數(shù)。這些數(shù)據(jù)均存儲于計算機硬盤中，在需要配料工作時，將由計算機系統(tǒng)把指定的配方數(shù)據(jù)及參數(shù)發(fā)送到相應(yīng)的8142-2009稱重智能儀表。在配料過程中，計算機將實時采集配料數(shù)據(jù)并存儲。一付料配完后,計算機自動打印料單，也可根據(jù)指定的時間范圍打印配料數(shù)據(jù)報表和匯總報表。該軟件還可對通訊口參數(shù)、秤號/料名、日期時間等系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，提高了系統(tǒng)的靈活性。此外，計算機由RS422串行通訊口與PLC進行數(shù)據(jù)通訊，通過向PLC發(fā)送控制命令和監(jiān)控PLC運行狀態(tài)來協(xié)調(diào)二者同步工作。
該軟件用C語音編制，漢字菜單操作,采用仿WINDOWS圖形窗口界面，屏幕顯示風格新穎，明白易懂，操作方便。為適應(yīng)配料系統(tǒng)的實時性要求,該軟件通過后臺采集、后臺打印和多進程調(diào)度，實現(xiàn)了實時多任務(wù)功能，使數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報表打印、鍵盤操作、數(shù)據(jù)査詢、數(shù)據(jù)備份、屏幕更新顯示等多項任務(wù)可同時進行，避免了因打印報表無法進行數(shù)據(jù)采集和其它操作而造成的配料數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)等待等弊病，這就大大加強了系統(tǒng)的實時性和實用性，提高了工作效率。
五、配料控制系統(tǒng)的主要功能特點
1.手動/自動控制功能
手動控制功能可在PLC不參與配料控制的情況下直接進行配料控制，這就為系統(tǒng)提供了靈活性和應(yīng)急處理能力。
2.物料的單速/雙速自動給料控制
根據(jù)配料精度要求和物料特性，給料可用單速或雙速。
對于配料精度要求較高的物料,應(yīng)采用快速/慢速雙速控制給料，這樣既加快了給料速度，又防止了配料中的“沖料"現(xiàn)象,提高了配料精度。
3.物料的預(yù)置點（配方）及提前量的輸入和修改功能
預(yù)置點設(shè)定值（即配方）及提前量既可通過儀表鍵盤輸入，也可由上位計算機設(shè)定。
4.系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示
在配料過程中，系統(tǒng)的運行狀態(tài)將由配料模擬屏上的指示燈進行模擬顯示。
5.精確的配料誤差檢査功能
每一種物料的配料誤差允許范圍可通過儀表鍵盤輸入，也可由上位計算機設(shè)定。這種功能保證了每一種物料的配料精度。
6.循環(huán)控制功能
該功能對于同一配方需連續(xù)配制多付料的配料工藝場合具有很大的優(yōu)越性。系統(tǒng)操作員在設(shè)置好配方和配料份數(shù)之后，只需啟動一次，系統(tǒng)即按此配方和配料份數(shù)進行連續(xù)自動配料。
7.聲光告警功能
系統(tǒng)能對物料超差、喂料/排料超時和喂排料機構(gòu)等配料設(shè)備故障進行聲光告警。
8.斷電重入功能
若在自動方式控制過程中因突然停電而使系統(tǒng)工作中止，那么等到供電恢復(fù)后再重新啟動系統(tǒng)，可使系統(tǒng)從“斷電處”開始繼續(xù)配料工作。
9.聯(lián)機/脫機選擇功能
脫機方式可允許系統(tǒng)在無計算機參與配料管理的情況下進行配料。
10.計算機物料配方管理功能
可通過計算機進行配方輸入、編輯和存儲，并發(fā)送至稱重智能儀表參與配料控制。
11.計算機自動校驗輸入數(shù)據(jù)
當系統(tǒng)操作員向計算機輸入數(shù)據(jù)不正確時,計算機能自動校驗這些數(shù)據(jù)，不接收錯誤數(shù)據(jù)，并鳴叫告警，這就避免了因不正確輸入數(shù)據(jù)而造成的嚴重后果。
12.計算機告警功能
計算機自動檢驗操作錯誤和通訊故障等，以屏幕提示和鳴叫的形式予以告警。
13.計算機配料數(shù)據(jù)管理功能
計算機可自動釆集和存儲物料配料稱重數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理和顯示。
14.計算機實時監(jiān)控功能
計算機可對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，直觀明了。
15.配料報表打印功能
計算機自動打印料單，并可選擇打印配料報表和匯總報表。
六、結(jié)束語
本文所介紹的配料控制系統(tǒng)一例是將先進的電子稱量技術(shù)與計算機和PLC控制技術(shù)融為一體，配料精度高，結(jié)構(gòu)靈活，功能擴展性好，已先后成功地應(yīng)用于國內(nèi)一些企業(yè)的各種物料配料系統(tǒng)之中，值得推廣。

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