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在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)和改造中，如何將電子科技的發(fā)展與企業(yè)生產(chǎn)要求相結(jié)合？本文總結(jié)了電子稱重設(shè)備和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的工作方式以及DCS的集成方法。分析研究了依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有條件如何改造成具有集中管理控制的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中成本低，見(jiàn)效快，具有可行性。

一、引言

在工業(yè)生產(chǎn)中電子稱重系統(tǒng)是常見(jiàn)的自動(dòng)化計(jì)量檢測(cè)控制設(shè)備。電子稱重設(shè)備是帶有電子裝置的重量測(cè)量?jī)x表。它是由：稱重傳感器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理機(jī)、顯示電路、鍵盤(pán)電路、多功能接口電路、交、直流穩(wěn)壓電路等組成。如何將電子秤與生產(chǎn)過(guò)程控制統(tǒng)一地管理起來(lái)，則需要選擇一套通信系統(tǒng)，即工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。DCS即分布式控制系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，亦稱之為集散控制系統(tǒng)。目前廣泛應(yīng)用于化工、制藥、電力、石油、冶金、建材等大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中。DCS是建立在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上的，網(wǎng)絡(luò)是DCS的命脈。網(wǎng)絡(luò)的高速性、可靠性、實(shí)用性和標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)DCS的關(guān)鍵。DCS發(fā)展的初期，網(wǎng)絡(luò)大多是專用的，性能也不高。因此為了某個(gè)生產(chǎn)裝置或某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程而建立的DCS成了一個(gè)與外界無(wú)法溝通的孤島。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，采用符合標(biāo)準(zhǔn)，性能好，價(jià)格低，互聯(lián)性強(qiáng)的通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成為生產(chǎn)過(guò)程控制的發(fā)展方向。不僅僅是傳統(tǒng)意義上的計(jì)算機(jī)，各種各樣的儀器、儀表、設(shè)備，都可以聯(lián)網(wǎng)，在微控制器上就可集成網(wǎng)絡(luò)控制器。可將過(guò)程控制和生產(chǎn)管理集成到一起。二、電子稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制方案

電子稱重系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)的上料自動(dòng)控制中普遍會(huì)用到。以啤酒廠糖化車間為例，大米和麥芽都需要以噸計(jì)的料罐進(jìn)行按比例稱重。其設(shè)計(jì)方案和改造過(guò)程如下：1、采用電阻應(yīng)變片式的壓力傳感器，以橋式連接采集其阻值

在料罐的下方均分三個(gè)點(diǎn)，安放三個(gè)力傳感器。力傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作成球支撐的特殊稱重結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)三對(duì)導(dǎo)線接在現(xiàn)場(chǎng)的模擬數(shù)顯表上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和換算顯示其料罐的重量。手動(dòng)上料，觀察稱重儀表的噸位數(shù)，手動(dòng)停止。此方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。人為的誤差大，生產(chǎn)效率低。2、傳感器部分不變，采用智能儀表進(jìn)行過(guò)程控制其工作過(guò)程如下：系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，首先由控制系統(tǒng)發(fā)出上料控制信號(hào)，開(kāi)始上料，力傳感器將物料重量信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)物料重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，微處理器控制上料機(jī)停止工作。還可設(shè)定一段延時(shí)，然后由下料機(jī)以一定的速度將物料送出。然后，下料機(jī)停止工作。按照系統(tǒng)的慣性進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，可提高控制精度。此方法獨(dú)立于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，不需要較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送，成本低，便于控制。但難以和車間的生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)，更不便于實(shí)現(xiàn)整體的生產(chǎn)管理。

3、目前隨著DCS的不斷普及，我們對(duì)過(guò)去的集中控制進(jìn)行了改造

稱重控制的現(xiàn)場(chǎng)仍保留數(shù)顯的智能儀表，并將數(shù)據(jù)采集的信號(hào)通過(guò)智能儀表的串行通信線纜上傳到上位管理計(jì)算機(jī)。由上位機(jī)集中管理，幾個(gè)稱重系統(tǒng)由下位機(jī)分散控制，并且上位機(jī)將整個(gè)生產(chǎn)控制信息甚至管理信息集中到了一起，與整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程相統(tǒng)一，并可記錄管理操作數(shù)據(jù)。上位機(jī)的顯示器作為生產(chǎn)控制的操作屏，在上位機(jī)修改控制參數(shù)，并可觀察控制過(guò)程。

三、方案分析與數(shù)據(jù)通信的研究

1、傳感器的選擇

量程選擇可依據(jù)稱重的最大值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的偏載以及動(dòng)載因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)決定。一般來(lái)講，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但是在實(shí)際的使用當(dāng)中，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

2、現(xiàn)場(chǎng)采用智能儀表的優(yōu)點(diǎn)

由于三點(diǎn)支撐，采用三個(gè)傳感器采集重量的電信號(hào)，在標(biāo)定時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)智能儀表通過(guò)軟件很容易實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)不均衡的補(bǔ)償?，F(xiàn)場(chǎng)距上位機(jī)距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)智能儀表可將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)成RS-485標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可長(zhǎng)達(dá)1200米的通信。維修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)也可獨(dú)立于上位機(jī)進(jìn)行工作。

3、網(wǎng)絡(luò)通信的改造方案

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信方式很多，根據(jù)控制點(diǎn)的數(shù)量和現(xiàn)場(chǎng)條件，可采用RS-485、CAN總線、工業(yè)以太網(wǎng)、Zigbee協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用?？蓪?shí)現(xiàn)≤10KM的遠(yuǎn)距離傳輸，工作速率可調(diào)（1Mbps≥通訊速率≥5Kbps），可升級(jí)原有的RS-485網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)，它使用有源星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以將10Mbps和100Mbps產(chǎn)品混合使用。該協(xié)議在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息協(xié)議（CIP），提供一個(gè)公共的應(yīng)用層。CIP的控制部分用于實(shí)時(shí)I/O報(bào)文，其信息部分用于報(bào)文交換。ZigBee協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，是以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段的RF無(wú)線收發(fā)機(jī)形成多節(jié)點(diǎn)的星型通信網(wǎng)絡(luò)。適合于短距離、低功耗、不便于布線的場(chǎng)合。以上幾種方案都需要在通信協(xié)議層對(duì)微機(jī)進(jìn)行初始化編程，甚至要更換或添加控制器。

USB端口已成為微機(jī)主板的標(biāo)準(zhǔn)端口，利用USB總線技術(shù)，取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中采用的串行RS232、并行接口以及PCI總線，可使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更加高效、方便靈活，而且可靠性高、成本低。利用市場(chǎng)上出售的RS-485轉(zhuǎn)USB的轉(zhuǎn)換接口，可以很方便地與上位計(jì)算機(jī)連接。利用USB總線很方便地對(duì)原有的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。四、設(shè)計(jì)安裝注意事項(xiàng)

1、為了防止秤底有異物抵住稱重傳感器，導(dǎo)致稱重不準(zhǔn)。在三點(diǎn)支撐的三個(gè)稱重傳感器上，設(shè)計(jì)制作不銹鋼防護(hù)罩，同時(shí)起到抗干擾作用。引線通過(guò)蛇皮管埋入地槽，送至現(xiàn)場(chǎng)智能數(shù)顯儀表。

2、工作現(xiàn)場(chǎng)安放智能儀表，一般應(yīng)選擇清潔、干燥、通風(fēng)、溫度適宜的環(huán)境。并且便于觀測(cè)和臨時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作。還要保證下位機(jī)智能儀表的220V供電電源的電壓穩(wěn)定和浪涌干擾的凈化。以保證儀表的測(cè)量精度和工作的可靠性。3、5類24AWG雙絞線是RS-485系統(tǒng)最常用的電纜，屏蔽電纜可大大增強(qiáng)噪聲抑制能力，提高一定距離下的數(shù)據(jù)傳輸率。長(zhǎng)電纜可看作傳輸線，電纜上應(yīng)接阻值等于電纜特性阻抗的終端匹配電阻，可以降低信號(hào)反射，并提高數(shù)據(jù)速率。

五、結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，傳感器是完成生產(chǎn)檢測(cè)任務(wù)的基礎(chǔ)部件。依照原有的設(shè)備和工作方式進(jìn)行技術(shù)改造，是大多企業(yè)節(jié)約成本提高生產(chǎn)效率的途徑。形形色色的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將廣泛地應(yīng)用到過(guò)程控制之中，將工藝過(guò)程控制和生產(chǎn)管理統(tǒng)一集中起來(lái)。通過(guò)對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的修改，將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引入到DCS中，將會(huì)給用戶帶來(lái)極大的收益。此外，應(yīng)該把無(wú)線通信看成是現(xiàn)有有線通信系統(tǒng)的一種發(fā)展和重要補(bǔ)充，在需要的場(chǎng)合合理利用。

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