油料散料秤的电气设计

为了解决长期以来在油脂称重行业劳动强度大、速度慢、计量准确度低的问题，本设计开发了一种电子散装液体料的收/发货计量系统，有效地解决了上述问题。采用微机技术，以人机对话的方式，成功地对大宗散料液体物料进行连续、快速、准确地称量和全过程自动化控制。本设计的油料散料秤利用PLC[1]的开关逻辑量、数据处理及通讯功能来控制自动称量的过程，通过PROFIBUS-DP实现触摸屏和计算机与PLC的通讯，主站(PC和TP)实时采集从站(PLC)的称重数据，监控从站的工作状态，并完成对从站称重控制参数的设定。

一、系统构成及工作原理

系统主要由进/出料泵、进料球阀、称重单元、用户自备的下储料槽(含料位器)以及系统控制柜等部分组成。其中进/出料泵为散装液体料连续输送提供动力；进料球阀用来实现物料的自动进料，当接受到进料命令后，气动进料阀线圈通电，进料阀打开，自动进料开始，当称斗中物料重量达到设定值时，进料阀线圈断电，进料阀关闭，进料过程自动结束；称重单元包括称重斗(用来盛放被称物料)、气动放料蝶阀(用来实现物料的快速自动放料)、称重传感器(采用三只FW-10型静载称重模块)；下储料槽用于已计量过物料的过渡性存储；系统控制柜，包括仪表、SIEMENS可编程逻辑控制器SIEMENS Corp. SIMATICS7-200 Programmable Controller System Manual.2000.3，DP通讯模块等，控制着油料计量散料秤的动作。

本系统包含两组秤，有四种工作方式：1#秤单独工作；2#秤单独工作；1#、2#秤交替工作运送同一种油料；1#，2#同时工作，运送两种油料。下面以第三种工作方式为例来说明本系统的工作流程：

自动工作开始后，首先启动进料泵，然后自动打开1#进料泵，1#秤自动进料开始，当1#秤量斗中的物料重量达到单秤设定值时，1#秤进料结束。等秤稳定后，系统将稳定的重量值进行自动累计、打印，然后进行自动放料，直至放空，至此，1#秤的一个称量循环结束，下一循环自动开始。2#的称量循环与1#秤完全一致，只是1#秤的进/放料与2#秤的进/放料动作互锁，即1#秤进料时2#秤正在放料，而2#秤进料时1#秤正在放料，从而保证两台秤的交替工作。当最后一秤进料结束后，进料泵自动停止；最后一秤放料结束后，两台秤的称量循环全部结束。

另外，在第一秤放料的同时，系统自动启动出料泵，当最后一秤放料结束，且下储料槽中再无物料时，出料泵自动停止。

本系统利用可编程序控制器PLC来进行称重过程的控制。本设计采用SIMATICS7-200CPU226型PLC及I/O扩展模块若干：两个数字量输入模块EM221和一个数字量混合模块EM223。电气控制系统实际上是一种开关电路，系统中的许多开关(也就是电器的常开、常闭触点)按照一定的逻辑关系动作，实际是开关量的控制。一般电气控制系统中都是利用触点的通或断来接通或断开继电器电源，以实现对输出量的控制。根据对整个自动称量过程的分析，确定必须的输入输出触点，进行分配。

设计选用了梯形逻辑编辑器[2]来进行程序的编写，利用STEP7-Micro/WIN32梯形逻辑(LAD)编辑器可以建立与电气连接图等价的类似程序。梯形图程序让CPU仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出允许条件。

二、系统通讯

PLC的通讯包括各PLC之间、PLC与上位计算机之间以及其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。本设计中的通讯是指PLC与TP(或PC)间的通讯。 [p]

PROFIBUS(过程现场总线)有很多安装基础的开放式现场总线，广泛用于各种应用场合。所有自动化设备均可以通过一条统一的总线彼此交换数据和进行通讯，通讯速率可以达12Mbit/s，最大通讯距离可达90km。在本系统的设计中采用的PROFIBUS-DP通讯协议(DecentraliｚeDPeripｈery分散型外围设备)是一种优化的通讯模块，适用于小数据量高速通讯的通讯任务，特别是适合于自动化系统和分布的外围设备/现场设备之间通讯。通讯速率设定为1.5Mbit/s。PROFIBUS网络使用RS-485标准双绞线。协议定义了两类网络设备：主站和从站。协议支持一个网络上的127个地址(0～126)，网络上最多有32个主站。为了通讯，网络上的所有设备必须有不同的地址。运行STEP7-Wicro/WIN32的计算机的缺省地址是0，触摸屏的缺省地址是1，可编程序控制器的缺省地址是2。整个油料散料秤的电气部分是由两个称重仪表，一个PLC，若干I/O扩展模块，一个DP通讯模块，TP(触摸屏)以及PC构成的。油料
散料秤系统结构如图1所示。

图1

通过EM277PROFIBUS-DP扩展从站模块，可以将PLC连接到PROFIBUS-DP网络。EM277经过串行I/O总线连接到S7-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到EM277PROFIBUS-DP模块。这个端口可运行9600波特到12M波特之间的任何PROFIBUS波特率。作为DP从站，EM277模块接受从主站来的多种不同的I/O配置，向主站发送和接收不同数量的数据。首先将数据移到S7-200CPU中的变量存储器，就可以将输入、计数值、定时器值或其他计算值传送到主站。类似的，从主站出来的数据存储在S7-200CPU中的变量存储器，并可移到其他数据区。系统各部分功能及实现方法描述如下：

1.PLC(从站)

现场的设备主要由PLC来实现控制，根据设定的参数(参数可由TP、PC设定)完成对所属设备的管理与控制，主要功能如下：(1)读取称重仪表的数据；(2)接受TP和PC设定的参数；(3)接受TP的直接控制；(4)接受PC的控制，向PC提供过程数据。

2.触摸屏TP(主站)

为了方便用户操作与PC故障时系统的稳定运行，系统中配备了操作方便直观的触摸屏TP27SIEMENSCorp.SIMATICTP27和TP37触摸面板使用手册，中文显示界面。用户可以用手指根据系统的中文提示直接在TP27上操作，实现对系统中的任一PLC实施控制，通过对PLC的控制，能实现的主要功能为：读取PLC单元的数据，实现对现场设备运转情况的了解；称量过程文字与图形动态显示；改写PLC单元的数据，实现对现场设备的控制，控制参数的调整；实现对所有称重设备的启动和停止等操作。

3.计算机PC(主站)

计算机主站的主要功能为：(1)通过现场总线进行编程、启动、测试和诊断整个自动化系统；(2)对通讯从站的实时数据采集，实现对从站的实时监控；(3)对通讯从站的PLC可以写入控制参数，实现对自动化过程参数的调节；(4)与企业内部的局域网相联接，实现信息互通与资源共享。

三、结束语

将PLC应用于自动称重系统，利用PROFIBUS-DP进行系统的通讯，安装、调试与维护都是极其方便，而且自动化程度和通讯速率高。目前，该称重系统在实际应用中效果良好，是极具应用前景的油料称重系统。

参考文献
[1]郑瑜平.可编程逻辑控制器.北京：北京航空航天大学出版社，1995
[2]吴健强.可编程控制器原理及其应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998(end)