基于触摸屏和PLC设计工业配料系统

摘要 - 本文做的是以SIMATIC触摸屏和PLC为中心设计的工业配料系统，使用WinCC-flexible的人机界面组态软件。所设计的系统表现出良好的功能，如动态实时监控，自动报警，配方监督，打印结果等。它有稳定，安全，方便操作和反应更快等一系列优点，最终实现系统的配料和混合功能。 关键词 - PLC，触摸屏，灵活性，HMI 1.引言

西门子公司的最新产品WinCC-flexible是一种面向HMI的组态软件，该软件已被证明是PRO-TOOL系列中一款成功的产品。它具有更好的开放性，可扩展性和兼容性，提高了使用者界面的配置效率，带来了新的创造性的设备级自动化的概念。在SIMATIC产品中，它可用于配置所有的基于Windows CE的操作面板，从最小面板到触摸控制面板，多功能面板。由于上述种种优点，本篇文章结合PLC的控制核心，来自SIMATIC S7 - 300系列中的CPU313C来设计工业配料系统的触摸屏的配置。用它来实现工业配料系统的设计。目标系统具有一些良好的功能，包括手动操作，故障报警，配方管理，趋势图（显示及分析）和打印结果。 2.称重配料系统的组成

本文所讲的工业自动配料系统是指特定粉末和液体在被称重和混合的过程中使用实时监控和监管的自动控制系统。这种自动配料系统已被广泛地用于许多领域，其中包括冶金，建材，化工，医药，食品和饲料加工。一般工业自动配料系统由以下几个部分组成： 1）输入部分

输入部分是一个致动器，它从原料仓（或存储罐）中取出材料送至称重设备。根据不同的材料特性，选择不同的匹配监管给料设备，例如电振动给料机，螺旋给料机，简单的（双）速度电磁阀等。 2）称量部分

称重部分由传感器，标准连接件，接线盒，称重料斗以及称重过程中用到的称重仪器和错误检测装置等组成。 3）放料设备

我们可以通过称重设备递减法或排水设备增量方法（零位法）来出料。出料装置通常是由大气释放阀，电振动给料机、螺旋给料机、电磁阀组成。所有设备应当根据工艺条件和材料的性质进行设计和选择。 4）配料控制系统

配料控制系统由称重仪表，可编程控制器，主机显示器机和其他控制装置组成。 5）杆秤检查系统

为了确保配料系统的精度，配料系统的传感器需要定期校正，检查。 3.硬件系统设计

A.称重法

工业配料过程中，一般有两种称重方式：输入式称重和卸荷式称重。通常输入式称重相比卸式称重具有更高的精度，所以我们使用前者。输入型称重有两种实现方法，我们称第一种为零位法。当称重开始，我们通过加料设备把材料放到秤斗直到称重值达到设定值，然后打开闸门，倾倒材料，最后重新从零定位称量下

一种材料；第二种被称为增量方法，与第一种方式不同的是我们不在称重工作刚完成时就立即倾倒材料，而是首先清除电子秤的计数值，然后再以同样的方法对另一种材料进行操作。显然，零位法相比增量法具有较高的精度，所以零位法是首选方法。 B.称重结构

在被送入混合箱前，物料成分有两种称重结构，

（1）固定式单组料斗秤结构 ：每个物料仓对应一个料斗秤，每一组材料称重完成后即进行后续处理。

（2）固定式多组料斗秤结构：多个物料仓分享一个料斗秤，每一组材料在总的称重完成之后进行后续处理 。对于这两种产品称重方式，固定式单组料斗秤结构拥有最大的传感精度，然而每一种材料都需要一个称重仪表和传感器，所以它的成本最高。

图1.一种工业配料系统流程图 4.配料控制系统设计

配料控制系统的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计的关键在于选择不同

类型传感器、工用仪器、可编程控制器以及工业控制计算机主机。软件设计主要包括对可编程控制器的编程和对工业控制计算机主机监控软件的设计。这篇文章主要探讨相关部件的选择和基于PLC的人机界面（HMI)的设计。 A 可编程控制器的设计

配料系统要求有数字量和模拟量输入/输出，以及性价比考虑，本文选择SIMATIC S7—300系列cpu313c为CPU模块，它集成了二十四点数字输入，对应于字节地址IB124 ~ IB126。对应十六个字节的数字输出地址是QB124和QB125，此外，这里有五个集成的模拟量输入点和两个集成的模拟量输出点。表1描述了PLC里I/O的地址分配，表2描述了PLC里有关触摸屏的地址分配。

名称 添加第一种材料 添加第二种材料 添加第三种材料 添加第四种材料 打开第一个磅秤 地址 名称 地址 I124.5 名称 输出产物 外在故障 报警指示灯 启动电动机 打开第一个阀 地址 名称 地址 名称 地址 I124.0 打开第二个磅秤 I124.1 打开第三个磅秤 I124.2 打开第四个磅秤 I124.3 I124.4 停止 开始搅拌 I125.2 打开第二个阀 I125.3 打开第三个阀 Q124.0 打开第四个阀 Q124.1 Q124.2 打开生产阀 I124.6 I124.7 I125.0 I125.1 Q124.3 打开第Q125.0 二个比例阀 Q124.4 打开第Q125.1 三个比例阀 Q124.5 打开第Q125.2 四个比例阀 Q124.6 Q124.7 打开第一个比例阀 表1.PLC的I/O地址分配 触控面板上所有的按钮都是抓取按钮。当其被推动时位变为1反之为0，这种位变信号由PLC内部的比特存储器所传递。由称重传感器传来的从第一种材料到第四种材料的重量信号经过Ｉ/Ｏ模拟输入通道收集在一起，这些存储信号由PL C内部的程序运算，每个信号占两个字节。

表2.与触摸屏相关的PLC地址分配

名称 加入第一种材料 加入第二种材料 加入第三种材料 加入第四种材料 打开第一个磅秤 打开第二个磅秤 地址 M0.0 名称 打开生产阀 停止 地址 M1.1 名称 二号对象材料的质量 三号对象材料的质量 四号对象材料的质量 一号材料的位置 二号材料的位置 三号材料的位置 地址 MW22 名称 处方编号 地址 MW40 M0.1 M1.2 MW24 记录日期编号 处方状态字编号 一号输入延时 二号输入延时 三号输入延时 MW44 M0.2 外在故障 MW2 MW26 MW48 M0.3 M0.4 M0.5 旋转速度 第一种材料的质量 第二种材料的质量 MW10 MW12 MW14 MW28 MW30 MW32 C0 C1 C2