山东•滨州新大新机电科技有限公司
摘要：本文介绍了一种基于西门子PLC的新型称重配料控制器的研发过程和技术特性，主要有S7-200 PLC、智能称重接线盒、触摸屏及专用电路组成，在化工、制药、食品等领域有广阔的应用发展前景。
关键词：称重、配料、控制器、PLC、智能接线盒、人机界面。
工业电子称重是近年来刚刚兴起的一门新兴技术，它是从计量用衡器基础上发展而来，普通计量用衡器主要是示值显示，而工业称重一般直接参与控制，对精度和稳定性的要求都很高，精度和稳定性直接决定产品的质量。目前代表性的产品是梅特勒-托利多的PANTHER系列和志美的CB920以及众多国产品牌控制仪表等，由于发展时间比较短，应用还不是很成熟，现有产品大多根据特定用户对象的需求而设计，最多的是控制功能比较简单的包装行业，在应用领域上有一定的局限性。主要体现在组成控制系统时信号处理和传递方式各不相同，有些产品为方便系统互连，往往经过多次信号转换，牺牲了最关键的精度指标。 常规组合方案主要有以下几种：
1、方案一：采用带模拟电流输出的称重计量仪表：仪表直接接受传感器信号，仪表可指示重量、并将重
量值转换成4~20mA信号输出至DCS或PLC信号模块，由DCS或PLC再将4~20mA信号转换成重量值，并由DCS或PLC进行控制，组成控制方案复杂。 缺点：由于信号经过仪表和DCS两次转换，误差会大大增加；而且校秤时称重仪表和DCS 要单独进行校准，必须进行两次；仪表和DCS数值不统一，容易引起误导。
2、方案二：采用带通讯输出的称重计量仪表：仪表直接接受传感器信号，仪表可指示重量、并将重量值采用数字信号经通讯接口传输至DCS或PLC信号模块，由DCS或PLC显示重量值，并由DCS或PLC进行控制。该方案可有效避免仪表和DCS显示值不统一的问题，校秤时仅校称重仪表即可。
缺点：由于信号经过仪表和DCS进行通讯传输，误差不会增加，但计量仪表和DCS的通讯处理比较复杂，需要专门的驱动程序。现有称重仪表的通讯稳定性普遍不好，通讯中断或超时频率较高、会影响控制功能。
3、方案三：采用带通讯输出的称重控制仪表：仪表直接接受传感器信号，仪表可指示重量、并将重量值采用数字信号经通讯接口传输至DCS或PLC信号模块，由DCS或PLC显示重量值，该方案与方案二近似，差别是由仪表进行控制，DCS仅作数据指示，控制风险较小。该方案可有效避免仪表和DCS显示值不统一的问题，校秤时仅校称重仪表即可。
缺点：这个方案在目前应用较多，由于信号经过仪表和DCS进行通讯传输，误差不会增加，但计量仪表和DCS的通讯处理比较复杂，需要专门的驱动程序。一般仪表的通讯稳定性不好，通讯中断不会影响控制功能，但会影响数据显示。该类称重仪表仅能进行简单的定量控制，而且外围电路比较复杂，需要专门设计驱动电路、手自动切换电路，另外还有几个致命的缺陷就是暂停、配料过程中间退出和驱动机泵比较复杂，通过计算机设置配料参数时会影响正常的控制功能，仪表许多二级设置参数不能在计算机是哪个修改。
4、方案四：采用带模拟电流输出的重量变送器：变送器直接接受传感器信号，但不能现场指示重量，只将重量值转换成4~20mA信号输出至DCS或PLC信号模块，由DCS或PLC 再将4~20mA信号转换成重量值，并由DCS或PLC进行控制。
lds经过变送仪表和
DCS两次转换，
误差会大大增加；
而且校秤时要先
病理生理学习题调变送器，然后在
DCS上进行校
准。
5、方案五：采用
西门子等知名公
司的专用重量模
块，可以克服上述
方案存在的信号
传输、校准等问
题。
缺点：造价高；没
有成型产品，用户
必须具有程序开正交试验设计
发能力，有一定的
局限性。
近年来，由于
长期从事精细化工的自动化控制工作，在工业称重应用中，以上几种控制方案在工程中都有应用，积累了丰富的工程经验。先后使用过托利多称重变送器、托利多T600控制仪、志美CB920控制器及国产多个知名品牌设备，均存在这样和那样的问题，集中反映在以下方面：
n控制精度难以控制；
n通讯互连互通问题最难解决，与现有PLC\DCS接驳困难。早期产品通讯功能较差，许多参数无法在线修改，修改设置会中断生产；通讯中断频率高；
n人机界面简单，信息量较小，普通工人很难掌握；
钛钢复合板n校准程序复杂，个别甚至必须进行两次校准；
n控制程序比较简单，现有产品大多适用于定量包装行业，对于比较复杂的工艺，如化工配料，需要同步控制机泵和阀门，同时需要手自切换、临时中断、随即添
加等，在现有控制器上都无法实现。
为此我们组织技术人员，设计开发了新型的称重配料控制系统，选用西门子200系列
PLC和液晶显示器，配合自行研发的智能数字称重接线盒进行测量和控制。
该方案核心是采用智能数字接线盒进行称重数据的高速高精度A\D转换，将毫伏信号直接转换成数字信号，采用工业串行通讯协议RS485标准将信号传输至PLC，由PLC进行数据处理、计算和控制，并在需要时将信号传输至DCS系统进行数据监控。
该方案有以下优点：
采集重构n采用数字接线盒进行一次性信号转换，可达到200000字\mV的分辨率，大大提高了测量精度；
n一台称重控制器最多可同时显示控制四台秤（每台秤使用一个数字接线盒），可大大降低设备成本；
n采用性能稳定的PLC进行数据处理和控制，由于PLC接受的是通讯信号，不再进行信号转换，不会增加额外误差；PLC直接进行控制可降低设备故障风险，DCS进行监控和数据管理，真正达到了分散控制、集中管理的原则；
n由于PLC选用西门子200系列兼容产品，支持PPI、MPI、Profibus、Modbus、以太网等通讯协议，与现有DCS系统和PLC系统兼容性好，不需专门开发驱动程序，调试简单而且通讯稳定，通讯故障率低；
n采用液晶显示器进行信息显示，可直接显示中文信息和工艺流程图，比一般数码管式的称重仪表更方便，而且信息量大，除测量参数外，还可以指示操作模式、运行状态、设备状态等信息；配用触摸显示屏还可显示动画，使操作界面更加直观；
n可预存多套配方，操作人员可方便调用。针对化工生产专门设计的随机添料功能，适合化工配料中不合格品处理时的临时定量添料。
n校准方便，即可从现场校准，又可从DCS上进行校准，二者任选其一。这是以往系统配套中难以克服的弱点；
n配好的物料可受控转向不同的目标容器，多个工序使用相同物料时可以共用一套配料系统；
n专用触摸按键操作面板和专用接线模组，可直接驱动电磁阀，可靠性高且维修更换方便，比一般开关按钮和分立继电器更适合化工腐蚀环境；
n全部二级设置参数均可在计算机上远程修改，而且修改参数不会中断配料过程；
n针对不同工艺的成熟控制程序包，用户可根据需要选择，并可根据用户特殊需求开发特殊控制功能，熟悉西门子编程的用户也可自行进行功能扩展；
n从经济性上讲，该方案造价低于进口称重控制仪表或进口称重变送器造价，与国产称重控制仪表持平。
常用操作功能
n操作模式：
装卸联动、定量配方装料、定量配方卸料、随机定量装料、随机定量卸料、手动操作、配方选择、设备闲置。
n运行状态指示：
正在装料、正在卸料、装料暂停、卸料暂停、强制中断、配料完成、配料超差、超差检查、延时卸料、装完待卸、闲置
n设备状态指示：
欠载、超载、动态（秤不稳定）、故障1（传感器通讯故障）、故障2（泵启动故障）
n远程监控的通讯参数：
所有重量参数、配料参数、内部参数和运行状态均可按权限在线读写，可使用计算机进行远程监控操作。n过冲量自动补偿功能
n远程校准功能
n用户需要的其它逻辑控制
应用案例
一拖一钢瓶充装控制器：
一拖六液体配料控制器和同时配四种物料、并由多个出口的配料控制器：
一拖四钢瓶充装控制器：
术语解释
装卸联动：启动后自动向中间容器内装料，装料目标值以当前选定的配方为准，本次实际装入物料重量等于目标值后先进行超差检查，然后停顿预定的时间，再自动向下一容器卸料，卸料量目标值与装
料目标值相同，本次实际卸出物料重量等于目标值时自动停止并进行超差检查。
定量装料：启动后自动向中间容器内装料，装料目标值以当前选定的配方为准，本次实际装入物料重量
等于目标值后自动停止并进行超差检查。
定量卸料：启动后自动从中间容器向下一容器卸料，卸料量目标值以当前选定的配方为准，本次实际卸出物料重量等于目标值时自动停止并进行超差检查。
随机装料：启动后自动向中间容器内装料，装料目标值以当前设定的临时目标量为准，本次实际装入物料重量等于临时目标值后自动停止并进行超差检查。在本模式下，按<；增加>和<；减少>键即可直接调整临时目标量的数值，而且不会改变预置的配方目标量。在将模式选择改到“装卸联动”“定量装料”“定量卸料”后，目标量仍为原来选定的配方数值。
随机卸料：启动后自动从中间容器向下一容器卸料，卸料目标值以当前设定的临时目标量为准，本次实际卸出物料重量等于临时目标值后自动停止并进行超差检查。在本模式下，按<；增加>和<；减少>键即可直接调整临时目标量的数值，而且不会改变预置的配方目标量。在将模式选择改到“装卸联动”“定量装料”“定量卸料”后，目标量仍为原来选定的配方数值。
注意：以上五种配料方式均为自动配料，即启动后将自动根据预定程序开启或关闭相应阀门和机泵。配料量均不管中间容器内原有物料的数量，在此基础上装入目标量或卸出目标量。
手动操作：在本模式下，可通过按键直接开关阀门和机泵。
装料暂停：装料过程中人为按下<；启动\暂停>或<；急停>（或远程命令），配料过程被暂停，再次按下<；启动\暂停>或释放<；急停>（或远程命令）可继续执行刚才的配料过程。
卸料暂停：卸料过程中人为按下<；启动\暂停>或<；急停>（或远程命令），配料过程被暂停，再次按下<；启动\暂停>或释放<；急停>（或远程命令）可继续执行刚才的配料过程。
iso17799装完待卸：装卸联动模式下装料完成延时过程中人为按下<；启动\暂停>或<；急停>（或远程命令），配料过程被暂停，再次按下<；启动\暂停>或释放<；急停>（或远程命令），将开始卸料。
配料完成：自动装料或卸料过程完成且配料量符合预定范围。
配料超差：自动装料或卸料过程完成且配料量超过预定范围。
强制中断：自动配料过程中人为按下<；中断\退出>键（或远程命令），配料过程被人为中断退回初始状态。延时放料：装料完成后的等候卸料时间。
过冲量：关断动作执行过程中多加的物料重量。
显示画面说明
1、首页：
上部显示有三个参数，分别为操作模式、运行状
态和设备状态。画面正中显示的实时毛重，下部显示
有目标量和已装卸量。
l操作模式包括：设备闲置、装卸联动、定量
装料、定量卸料、随机装料、随机卸料、手
动操作和配方选择。
l运行状态包括：正在装料、正在卸料、装料
暂停、卸料暂停、强制中断、配料完成、配
料超差、超差检查、延时放料和装完待卸。
l设备状态包括：正常、动态、故障1、故障2，
欠载和超载。
2、配方设置：按框内数值，可设置参数，设置完成
后按返回退出。
3、历史数据管理：有历史装卸数值，可查看最近前
四次实际装卸重量和目标量的差值，数值为正数
为实际装卸重量较目标值多装的重量，数值为负
为实际装卸重量较目标值少装的重量，此功能用于估算预置的过冲量参数。还有历史趋势图和历史报表。
4、秤参数设置：
主页：按置皮键，将当前毛重值存为皮重，按清皮键，将当前皮重值置为零。按清零键，将当前毛重值归零。
二级参数设置画面：
l过冲量自动补偿，为0，自动过冲量补偿取消，为1，启动自动过冲量补偿。
l装料允差范围：实际装卸重量与目标值的绝对差值，超过此设定范围，运行状态显示“配料超差”。
l过冲量补
偿范围：如
果实际装
卸重量与
目标值的
绝对差值
在此允许
范围内，则
自动进行
过冲量补
偿。
l归零范围：
清零按键
的允许范
围。
l零位跟踪
范围。
l重量变动
检测范围。
l延时检查超差时间。
l装料结束等候时间。
l重量变动
检测时间。
l欠载设定：
实际毛重
小于此设
定值，设备
状态显示
“欠载”。
l秤最大量
程：实际毛
重大于此
设定值，首
页设备状
态显示“超
载”。
三级参数设置画面：
l数字滤波
(0-8)。
