在工业生产自动化设备设计和改造中，如何将电子科技的发展与企业生产要求相结合？本文总结了电子称重设备和工业网络通信系统的工作方式以及DCS的集成方法。分析研究了依据企业现有条件如何改造成具有集中管理控制的工业网络通信系统。在实际工程应用中成本低，见效快，具有可行性。

一、引言

在工业生产中电子称重系统是常见的自动化计量检测控制设备。电子称重设备是带有电子装置的重量测量仪表。它是由：称重传感器、运算放大器、A/D转换电路、微处理机、显示电路、键盘电路、多功能接口电路、交、直流稳压电路等组成。如何将电子秤与生产过程控制统一地管理起来，则需要选择一套通信系统，即工业网络。DCS即分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统，亦称之为集散控制系统。目前广泛应用于化工、制药、电力、石油、冶金、建材等大型企业的控制系统中。DCS是建立在网络的基础之上的，网络是DCS的命脉。网络的高速性、可靠性、实用性和标准化是实现DCS的关键。DCS发展的初期，网络大多是专用的，性能也不高。因此为了某个生产装置或某个生产过程而建立的DCS成了一个与外界无法沟通的孤岛。

随着网络技术的发展，采用符合标准，性能好，价格低，互联性强的通用网络结构，成为生产过程控制的发展方向。不仅仅是传统意义上的计算机，各种各样的仪器、仪表、设备，都可以联网，在微控制器上就可集成网络控制器。可将过程控制和生产管理集成到一起。二、电子称重系统的数据采集与控制方案

电子称重系统在工业生产的上料自动控制中普遍会用到。以啤酒厂糖化车间为例，大米和麦芽都需要以吨计的料罐进行按比例称重。其设计方案和改造过程如下：1、采用电阻应变片式的压力传感器，以桥式连接采集其阻值

在料罐的下方均分三个点，安放三个力传感器。力传感器的机械结构设计制作成球支撑的特殊称重结构。经过三对导线接在现场的模拟数显表上，经过数据采集和换算显示其料罐的重量。手动上料，观察称重仪表的吨位数，手动停止。此方法简单易实现。人为的误差大，生产效率低。2、传感器部分不变，采用智能仪表进行过程控制其工作过程如下：系统开始工作时，首先由控制系统发出上料控制信号，开始上料，力传感器将物料重量信号经电压放大器放大后送入A/D转换电路进行A/D转换，当物料重量达到设定值时，微处理器控制上料机停止工作。还可设定一段延时，然后由下料机以一定的速度将物料送出。然后，下料机停止工作。按照系统的惯性进行PID调节，可提高控制精度。此方法独立于整个生产过程，不需要较远距离的数据传送，成本低，便于控制。但难以和车间的生产联动，更不便于实现整体的生产管理。

3、目前随着DCS的不断普及，我们对过去的集中控制进行了改造

称重控制的现场仍保留数显的智能仪表，并将数据采集的信号通过智能仪表的串行通信线缆上传到上位管理计算机。由上位机集中管理，几个称重系统由下位机分散控制，并且上位机将整个生产控制信息甚至管理信息集中到了一起，与整个生产工艺过程相统一，并可记录管理操作数据。上位机的显示器作为生产控制的操作屏，在上位机修改控制参数，并可观察控制过程。

三、方案分析与数据通信的研究

1、传感器的选择

量程选择可依据称重的最大值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的偏载以及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。

2、现场采用智能仪表的优点

由于三点支撑，采用三个传感器采集重量的电信号，在标定时，现场智能仪表通过软件很容易实现三点不均衡的补偿。现场距上位机距离较远，现场智能仪表可将采集的信号转成RS-485标准进行可长达1200米的通信。维修时，现场也可独立于上位机进行工作。

3、网络通信的改造方案

工业网络通信方式很多，根据控制点的数量和现场条件，可采用RS-485、CAN总线、工业以太网、Zigbee协议的无线网络等。CAN，全称为“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN已经在汽车工业、楼宇自动化、工业控制等领域中得到了广泛应用。可实现≤10KM的远距离传输，工作速率可调（1Mbps≥通讯速率≥5Kbps），可升级原有的RS-485网络。工业以太网，它使用有源星形拓扑结构，可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息协议（CIP），提供一个公共的应用层。CIP的控制部分用于实时I/O报文，其信息部分用于报文交换。ZigBee协议的无线网络，是以IEEE802.15.4标准2.4GHz频段的RF无线收发机形成多节点的星型通信网络。适合于短距离、低功耗、不便于布线的场合。以上几种方案都需要在通信协议层对微机进行初始化编程，甚至要更换或添加控制器。

USB端口已成为微机主板的标准端口，利用USB总线技术，取代传统计算机控制系统中采用的串行RS232、并行接口以及PCI总线，可使计算机控制系统更加高效、方便灵活，而且可靠性高、成本低。利用市场上出售的RS-485转USB的转换接口，可以很方便地与上位计算机连接。利用USB总线很方便地对原有的控制系统进行改造。四、设计安装注意事项

1、为了防止秤底有异物抵住称重传感器，导致称重不准。在三点支撑的三个称重传感器上，设计制作不锈钢防护罩，同时起到抗干扰作用。引线通过蛇皮管埋入地槽，送至现场智能数显仪表。

2、工作现场安放智能仪表，一般应选择清洁、干燥、通风、温度适宜的环境。并且便于观测和临时现场操作。还要保证下位机智能仪表的220V供电电源的电压稳定和浪涌干扰的净化。以保证仪表的测量精度和工作的可靠性。3、5类24AWG双绞线是RS-485系统最常用的电缆，屏蔽电缆可大大增强噪声抑制能力，提高一定距离下的数据传输率。长电缆可看作传输线，电缆上应接阻值等于电缆特性阻抗的终端匹配电阻，可以降低信号反射，并提高数据速率。

五、结束语

在工业生产自动控制中，传感器是完成生产检测任务的基础部件。依照原有的设备和工作方式进行技术改造，是大多企业节约成本提高生产效率的途径。形形色色的工业网络将广泛地应用到过程控制之中，将工艺过程控制和生产管理统一集中起来。通过对过程控制系统进行一些必要的修改，将现场总线技术引入到DCS中，将会给用户带来极大的收益。此外，应该把无线通信看成是现有有线通信系统的一种发展和重要补充，在需要的场合合理利用。

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