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本文針對(duì)現(xiàn)有的小料稱重配料控制系統(tǒng)中存在的稱量精度不高、由于數(shù)據(jù)傳輸過程中的干擾而出現(xiàn)誤動(dòng)作、超重小料不易處理等問題，采用簡易適用的控制算法，高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式。上位機(jī)所記錄的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，精度和速度都達(dá)到了預(yù)期的效果，對(duì)超重小料的操作處理也簡單易行。該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、配料控制系統(tǒng)與上位機(jī)操作界面功能完善，在調(diào)試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的具體問題和上位機(jī)存儲(chǔ)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也為進(jìn)一步優(yōu)化稱量系統(tǒng)提供了素材和依據(jù)，很有市場(chǎng)推廣價(jià)值。
0引言
配料工序是橡膠、印鈔、油墨、水泥、化工、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是橡膠、印鈔、油、水泥、化工、食品等生產(chǎn)的源頭工序[1]，其配料質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接關(guān)系著下游生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。如果配料質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料、能源的浪費(fèi)，重則會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，并且有些重要生產(chǎn)的配料失誤甚至?xí)o整個(gè)生產(chǎn)釀成事故[2]。
目前使用的小料稱量系統(tǒng)存在稱量精度與稱量速度的互相限制，有的精度不夠高，有的速度不夠快；且對(duì)于排料口的粉塵都作為廢料處理，沒有循環(huán)利用。其操作界面信息與歷史記錄不完善，管理人員不能很好地查詢稱量的過程以及出現(xiàn)的異常狀況，給工藝管理反饋帶來不便，數(shù)據(jù)傳輸也因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)誤動(dòng)作。出于對(duì)以上不足的考慮，采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的小料配料控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有配料精度高、速度快、數(shù)據(jù)傳輸抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。
1配料系統(tǒng)的組成
1)給料設(shè)備：本系統(tǒng)根據(jù)物料特性采用電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)兩種給料設(shè)備。
2)稱量設(shè)備：由傳感器、稱料斗以及梅特勒—托利多的PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表組成。
3)排料設(shè)備：安裝在稱重設(shè)備下方，由卸料閥，氣壓缸組成。
4)接料設(shè)備：由步進(jìn)電機(jī)控制的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的接料筐構(gòu)成。
配料控制系統(tǒng)：主要由工控機(jī)（IPC）、稱量儀表、西門子315-2DPCPU以及輸入輸出模塊構(gòu)成。
2系統(tǒng)的硬件組成和數(shù)據(jù)傳輸
2.1控制系統(tǒng)的要求
本小料稱重系統(tǒng)具有11個(gè)需要通信的稱重儀表，需要采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)控、管理，對(duì)稱量速度、稱量精度、系統(tǒng)的兼容性、可擴(kuò)展性有較高的要求。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)的時(shí)候需要從通信方式及通信協(xié)議的采用、硬件架構(gòu)、控制策略以及軟件實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行綜合考慮。
2.2PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(傳輸率最高可達(dá)12Mbit)，因此在很多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統(tǒng))是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊,有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率,適用于系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信,遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信,適用于對(duì)時(shí)間要求比較高的自動(dòng)化場(chǎng)合[3]。由于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是一種數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。在系統(tǒng)中間層或不同層的總線設(shè)備之間均采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)（包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息），大量減少了導(dǎo)線和連接附件，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力?；诎ㄐｒ?yàn)秤在內(nèi)的11個(gè)稱重儀表的通信考慮，在PLC的選取上采用含有DP/MPI接口的西門子S7300系列315-2DPCPU模塊，系統(tǒng)利用PROFIBUS–DP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)稱重儀表與PLC的CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)儀表上自帶DP通訊接口，通過總線把PLC的CPU與11個(gè)稱量儀表連接，在STEP7編程軟件中對(duì)每個(gè)儀表在PROFIBUS–DP網(wǎng)的地址進(jìn)行分配，各個(gè)儀表的實(shí)時(shí)稱量量即可直接讀取。
2.3系統(tǒng)的硬件組成
工控機(jī)CP5611PROFIBUS-MPI該系統(tǒng)包括上位工控機(jī)，控制器組成：西門子S7-300系列315-2DPCPU模塊、4塊SM321數(shù)字輸入模塊、7塊SM322數(shù)字、繼電器輸出模塊、電源模塊、128k的存儲(chǔ)卡、2塊接口模塊IM365；現(xiàn)場(chǎng)儀表：11個(gè)PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括異步電機(jī)、電磁振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)等。
上位工控機(jī)發(fā)送生產(chǎn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行配方管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程、出現(xiàn)異常情況進(jìn)行報(bào)警處理，并在上位機(jī)內(nèi)裝有西門子STEP7編程軟件，對(duì)PLC進(jìn)行編程。配料控制器與上位工控機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)儀表分別相連，讀取上位機(jī)發(fā)送的配方數(shù)據(jù)并返回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、采集現(xiàn)場(chǎng)儀表發(fā)送的現(xiàn)場(chǎng)稱重?cái)?shù)據(jù)、控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行稱量動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)儀表把壓力傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過儀表自帶的總線接口連入總線把稱量數(shù)據(jù)傳入PLC，PLC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的控制?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)受控制器控制，按指令進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)喂料、卸料、接料、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)等功能。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 PLC程序?qū)崿F(xiàn)
本配料控制系統(tǒng)的PLC程序是采用西門子S7PLC的編程軟件STEP7V5.2設(shè)計(jì)而成。當(dāng)CPU接收到工控機(jī)發(fā)送的配方數(shù)據(jù)，就開始自動(dòng)稱重過程，現(xiàn)場(chǎng)稱重儀表不斷的通過總線把數(shù)據(jù)傳入PLC，根據(jù)實(shí)時(shí)的稱量量決定是高速加料還是慢速加料，是否進(jìn)行超重處理。配方中設(shè)定接料順序，按設(shè)定好的順序排料，當(dāng)一份料稱好并且順序字符合的時(shí)候發(fā)送給PLC稱好的信號(hào)，PLC再去控制接料筐去接相應(yīng)的料；稱量下料結(jié)束后接料筐繼續(xù)隨著轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)等待接下一份料；當(dāng)一個(gè)配方里的所有料都已經(jīng)接好，轉(zhuǎn)盤自動(dòng)轉(zhuǎn)到裝卸袋區(qū)域，換上新袋繼續(xù)以上過程。
3.2上位軟件的設(shè)計(jì)與工作流程
上位機(jī)軟件是與PLC程序配套設(shè)計(jì)的?；赪INDOWS的上位機(jī)軟件具有實(shí)時(shí)過程監(jiān)控、超重/超時(shí)報(bào)警、報(bào)警處理、自動(dòng)保存數(shù)據(jù)、查詢歷史數(shù)據(jù)、打印配方與歷史數(shù)據(jù)等功能。
首先進(jìn)入工作界面，讀取PLC信息；若正在工作中，則顯示正在工作的信息；如不在工作中則進(jìn)入配方輸入與選擇，軟件把配方數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC，PLC根據(jù)收到的數(shù)據(jù)工作。
4系統(tǒng)特點(diǎn)
4.1 接料
本系統(tǒng)采用兩個(gè)安裝在轉(zhuǎn)盤上的接料筐旋轉(zhuǎn)方式接料，有效地解決了一字排開的配料系統(tǒng)用小車接料方案中接料時(shí)間在整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間占的比重過大的問題。從發(fā)出接料信號(hào)到旋轉(zhuǎn)至接料位置最長時(shí)間僅為2個(gè)料筐的間距時(shí)間，這比小車接料速度提高很多，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。順序接料方式，使每種配方的小料按設(shè)定順序?qū)盈B，使得工藝人員能夠方便辨認(rèn)所稱小料以及對(duì)故障并行排查。
4.2 粉塵處理
由于小料的物料中有許多料容易發(fā)生破碎，特別是在喂料和卸料的過程中產(chǎn)生大量的粉塵，對(duì)工作環(huán)境、操作人員的健康有很大的影響，且長時(shí)間的粉塵也浪費(fèi)了大量的原材料。本系統(tǒng)采用一秤一除塵風(fēng)管的設(shè)計(jì)，提高物料利用效率，降低了環(huán)境污染。
4.3 超重處理
由于在稱量過程中存在著過沖量（物料已經(jīng)落在半空，還沒有完全落下）。超重在一定程度上是不能完全杜絕的（在對(duì)速度有一定要求的情況下）。如何處理超重的物料也就是一個(gè)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題。本系統(tǒng)在稱量過程中利用相對(duì)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的方式來進(jìn)行超重部分的處理。
5 結(jié)論
本小料配料控制系統(tǒng)在調(diào)試中的數(shù)據(jù)顯示旋轉(zhuǎn)接料式的配料系統(tǒng)從速度和精度上均符合或超過生產(chǎn)工藝要求，控制精度可達(dá)到0.5%，合理的超重處理功能提高了操作人員的工作效率。基于PROFIBUS的分布式網(wǎng)絡(luò)控制提高了系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性、和可擴(kuò)展性。

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