1引言。
在防护材料生产行业中，配料通常是用来将原料按照一定的比例均匀混合，形成新的材料，因此配料是该行业生产的重要组成部分。在生产过程中，各种原料必须严格按比例混合均匀，这必须通过配料机械来完成。目前工厂一般用两种方法。第一种方法采用人工称重，然后将各种比例的原料同时放入配料机中搅拌。另一种方法是自动称重和自动搅拌。由于许多原料是粉末或颗粒，人体在人工配料时容易吸入灰尘等杂物，导致职业病，增加生产风险和人工成本。同时，配料品种多、数量大，人工配料难以现场管理，容易错配，不仅难以保证质量，而且增加了管理成本。为了保证产品质量，提高生产效率，需要一个准确可靠的自动配料系统。
2基于PLC、工控机和衡器的配料系统。
在河南某物资集团现有的配料系统中，工人首先将物料运输到称重车间，然后人工将物料送到配料机进行配料。称重车间采用杭州四方衡器称重，通过RS232端口与工控机连接。位于中央控制室的工控机负责记录称重结果并显示称重数据。同时，控制器可以通过中央控制室的控制电路手动控制配料过程的启动和停止。
这种方法效率低下，同时主机运行C语言开发的DOS程序，扩展性差，人机交互困难，不能满足自动配料的所有要求。为了提高生产率和降低成本，有必要采用自动配料系统。
新系统采用主从结构。上位机采用工控机，下位机采用西门子PLC、变频器和衡器。主控计算机处于主导地位，实现对各从机的通信管理和控制。工控机的RS-232异步通信端口经过电平转换后与PLC相连，形成上下位机通信的物理通道；将主机的另一个RS-232端口与衡器的通信端口相连，形成第二物理通道。上位机通过轮询与从站逐一通信。上位机将任务规划的结果传送给PLC。在PLC控制过程中，上位机利用上位机连接命令监控下位机的运行状态和数据区内容，实时读取PLC内部状态和衡器实时数据，并显示在上位机上。
一般来说，系统具有以下功能:①全自动配料，配方设定后，系统自动根据配方称量配料，无需操作员干预；②具有报表功能，可以生成日报表、实时报表、月报、年报等。(3)动态添加和修改报告。系统通过设置权限赋予技术人员或操作人员修改和增加公式的权利，并记录修改日期和操作人员数量；④掉电恢复功能，系统可以在突然掉电的情况下恢复掉电前的测量记录；⑤局域网共享功能，主机可以在局域网内共享数据，方便车间主管了解工程进度等情况。
2.1系统的组成。
整个自动配料搅拌系统由工控机、PLC、工业衡器、变频器、振动电机、搅拌机、传感器、传送带等组成。
上位机提供人机交互界面，完成控制信息输入、数据管理、数据显示、存储、统计和报表等功能。上位机采用IPC810工控机，其主要工作如下:工控机先根据操作人员的指令读取某个编号的配方，然后根据配方中配料的比例和顺序向PLC发送开始配料的指令，让PLC启动特定的变频器。配料过程中，工控主机实时读取PLC的状态字，了解PLC及其下属设备的运行状态；另一方面，安装在配料机上的称重仪表的称重数据被实时读取。根据配料策略，当称重接近配方中的设定值时，上位机向PLC发出停止配料的指令。当配方中的所有材料都完成后，整个配料过程暂停，等待操作员的指令。
在系统运行过程中，PLC与上位机实时通信，以保证界面上显示的数据与实际现场数据的一致性。操作人员在主机上发送的操作命令和设定参数可以实时发送给PLC。PLC的主要任务是:①接收上位机发送的命令，通过变频器控制振动电机的启动、停止和速度；2)将变频器的运行状态实时写入内存数据区，供工控机读取；③以状态词的形式准备各种状态，通过工控机实时读取。
2.2控制策略和配料过程。
通过分析配料过程的特点，发现配料过程具有以下特点:
(1)受控对象是单向不可逆系统。原料没有办法从加药机回到传送带上。
(2)有明显的时滞。当配料达到设定值时，PLC控制电机停止输送原料，然后输送带上的部分原料无法回收，系统存在明显的时滞。
(3)受控特性是开关。系统的启动和停止控制都是开关值。
(4)配料系统在正常工作区域是线性的。
因此，我们考虑采用快、慢、提前下达停止投料指令的控制策略，并利用PLC的联锁技术来保证配料的顺利进行。系统启动后，工控计算机向PLC发送送料启动信号，PLC控制变频器驱动电机快速送料。同时，工控主机通过串口不断读取衡器的称重数据。当重量值接近设定值时，工控主机向PLC发出停止给料的控制指令。此时PLC控制变频器缓慢进给。通过预先估算原料在输送机构上的残留量，当设定值与实际投料的差值等于原料在输送机构上的残留量时，PLC真正发出停止指令，由变频器执行，从而控制电机停止。停止后，输送机构上的原料无残留，配料精度符合要求。过程如图1所示。
自动配料系统。
3.工业控制主机的软件设计。
工业控制计算机的主要任务如下:
(1)提供配料过程的动画显示。
(2)向PLC发送控制指令，读取PLC的运行状态。
(3)读取衡器上的称重信号，在显示器上显示称重值，并根据称重数据向PLC发送指令。
(4)数据库和报表，保存配料数据和打印报表。
(5)公式的添加和修改。
(6)配料故障辅助报警等其他功能。

3.1配料软件界面设计。
上位机采用紫金桥组态软件设计人机界面。工控组态软件其实是一个软件开发平台，用户可以根据自己的需求进行二次开发。根据工艺要求，我们可以在该平台上为整个监控系统开发一个友好的人机界面，操作员可以通过该界面与现场设备进行实时交互。紫金桥软件是HMI/SCADA工业自动化组态软件，提供了高度集成和可视化的开发环境。该软件具有以下特点:
(1)多种通讯功能。紫金桥配置软件[3]支持以下通信功能:
1)支持RS232、RS422、RS485等串行通信模式，支持无线电台、电话拨号、电话轮询拨号等模式。
2)以太网通信支持有线以太网和无线以太网。
3)所有设备的驱动都支持GPRS、CDMA、GSM等移动网络标准。
(2)便捷的开发系统。丰富的组件和控件构成了强大的HMI开发系统；过渡色和递进色的增强功能，从根本上解决了很多同类软件在过渡色和递进色使用过多时严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；更灵活多样的矢量子图，让工程图更快；提供面向对象的编程模式，内置间接变量，中间变量和数据库变量，支持自定义函数和自定义菜单。
(3)开放性。紫金桥组态软件的开放性表现在以下几个方面:
1)支持Excel访问VBA的数据库。
2)软件具有开放的体系结构，完全支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX和DNA标准。外部访问接口以OLE、COM/DCOM、动态链接库等形式提供，方便用户使用各种常用开发工具(如VC++、VB等)。)进行深度二次开发。
3)紫金桥配置软件的I/O驱动架构是开放的，其接口的源代码是完全开放的，用户可以自行开发新的驱动。
(4)数据库功能。紫金桥组态软件内置实时数据库，实时数据库内置各种功能块完成数据处理和存储，可以实现累加、统计、控制、对齐等各种功能。
(5)支持多种设备和总线。支持国内外大部分知名厂商生产的PLC、调节器、智能仪表、智能终端、智能模块；此外，它还支持Profibus、Can、LonWorks和Modbus。
3.2系统的I/O点。
紫金桥组态软件用实时数据库点表示I/O点。经分析，系统需要三个I/O点，用两个数字控制点通过PLC控制电机的启动和停止，因此选择这两个点的数据链路作为PLC的两个数字输入输出通道。模拟点用于表示从称重仪器读取的实时数据，因此该点的数据链接是称重仪器的测量值。
4.通信程序设计。
通信程序设计主要包括三个部分。第一部分是主机与PLC的通信。第二部分是上位机与衡器的通信。第三部分是PLC与变频器的通信。
4.1主机与PLC的通信。
一般组态软件都有内置的主流PLC驱动。首先，在紫金桥组态软件中创建新的PLC虚拟设备。虚拟设备的模型必须与使用的真实可编程逻辑控制器的模型一致。如果在组态软件中找不到所需的PLC型号，可以委托软件制造商免费开发这种类型的新PLC驱动程序。虚拟设备用于映射真实设备。这里我们用的PLC是西门子S7-300，主机设置为通过串口1与PLC通信。
4.2主机与衡器的通讯。
衡器我们用的是杭州四方的衡器。为了使仪器能与组态软件很好地通信，我们专门委托紫金桥公司开发了仪器的驱动程序。我们首先从配置软件的驱动列表中选择一个我们需要的设备类型，并根据这个类型构建一个虚拟设备来映射真实的称重仪表，然后设置仪表与计算机之间的通信端口和通信协议。
4.3PLC与变频器的通讯。
由于配料车间的原材料种类繁多，为了方便配料，我们设置了多条传送带，因此配料系统的一台PLC需要连接多个变频器。因此，我们使用Profibus总线在PLC和变频器之间进行通信，在变频器中插入专用的Profibus通信模块，设置变频器的从地址，然后通过Profibus连接器接入PLC。PLC可以通过编程向变频器发送和接收消息，向变频器发送控制字，从变频器回读状态字。
CPU315-2DP是Profibus主站，与主站通信的每个变频器都可以看作Profibus从站。在通信期间，主站根据通信消息中的地址字符选择从站发送数据。从站本身不能主动发送数据，从站也不能直接传输信息。系统选择的变频器型号为西门子microster430系列[4]。PLC与变频器的主要通信主要涉及两个概念。第一个是数据报文，第二个是控制字和状态字。
(1)通信消息。每个消息都以字符STX开始，然后是长度描述LGE和地址字节ADR，最后是采用的数据字符。消息以数据块检查器BCC结束。主要字段解释如下:
STX区域是一个一字节的ASCII字符(02十六进制)，它指示消息的开始。
LGE区域是一个字节，表示这条信息后面的字节数。
ADR区是一个字节，是从站节点(即变频器)的地址。
BCC区是一个长度为一个字节的校验和，用于检查信息是否有效。是该信息中BCC之前所有字节异或运算的结果。如果校验和的运算结果表明变频器接收到的信息无效，则丢弃该信息，不向主站发送应答信号。
(2)控制字和状态字。PLC可以通过变频器的PKW区域读写变频器的参数值，从而改变或了解变频器的工作状态。在该系统中，PLC读出该区域的数据，放入特定的数据区域供工控机查询，查询结果显示在工控机上。
5结论。
通过工控机、可编程控制器和变频器的配合，系统完成了所需的自动配料任务。该系统自2008年5月投入使用以来，每天准备配料100多吨，完成配方10个左右，既能实时显示工况，又能提供修改和添加配方的功能。实际运行表明，该系统稳定可靠，人机界面美观，操作方便。同时，系统采用组态软件开发，可以为以后的升级提供方便。

本文源于网络转载，如有侵权，请联系删除

深圳市卓禾仪器有限公司是一家专门从事称重仪表和全自动包装码垛生产线的研发及生产的高新技术企业，所生产的JY500系列称重显示控制器（包括配料秤仪表、皮带秤仪表、包装秤仪表、重量变送器等）高速高精度，使用寿命长。卓禾仪器有十数年的现场校验经验，在业内有良好的口碑，且有专门的售后工程师帮忙解决产品使用过程中遇到的技术问题，客户可以放心省心顺心的使用我司的产品。如果对我司的产品感兴趣，欢迎咨询。