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配料系統(tǒng)中工人首先將材料運送到稱重車間，稱重完之后，再將材料手動送到配料系統(tǒng)上進行配料，稱重車間使用了稱重儀表進行稱重，通過RS232口和工控主機相連，位于中控室的工控主機負責記錄稱重結果，顯示稱重數(shù)據(jù)，同時，控制人員可以在中控室通過控制電路手動控制配料過程的起停。 這種方式效率低下，同時主機上運行的是C 語言開發(fā)的DOS 程序，可擴性差，人機交互困難，不能完成自動配料的所有要求。為了提高生產(chǎn)率，降低成本，需要采用全自動配料系統(tǒng)。 新系統(tǒng)采用主從式結構。以工控機為上位主機，以西門子PLC 、變頻器和稱重儀表為下位從機。主機處于主導地位，實現(xiàn)對各從機的通信管理和控制，將工控機的RS-232異步通信口經(jīng)電平轉換后與PLC 相連，形成上下位機通信的一個物理通道；將主機的另一個RS-232口和稱重儀表的通信口相連，構成第二個物理通道。上位機采用輪詢方式，逐個與從站通信。上位機把任務規(guī)劃的結果傳送PLC ，在PLC 進行控制的過程中，上位機使用上位機連接命令監(jiān)視下位機的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)區(qū)內容，實時讀取PLC 的內部狀態(tài)以及稱重儀表的實時數(shù)據(jù)，在上位機上顯示。

系統(tǒng)具有如下功能：①全自動配料，在設定好配方之后，稱重系統(tǒng)自動按照配方稱重配料，無需操作人員干預；②具有報表功能，可以產(chǎn)生日報表，實時報表和月報表、年報表等；③動態(tài)增加和修改報表，系統(tǒng)通過設定權限，賦予技術人員或操作人員修改，增加配方的權利，同時記錄該次修改的日期和操作人員編號；④斷電恢復功能，稱重系統(tǒng)能夠在突然斷電的情況下，恢復斷電前的測量記錄；⑤局域網(wǎng)共享功能，主機在局域網(wǎng)內可以共享數(shù)據(jù)，方便車間主管了解工程進度和其他情況。整個全自動配料混合稱重系統(tǒng)由工控機、PLC 、工業(yè)稱重儀表、變頻器、振動電機、混料機、傳感器、傳送帶等部分組成。

上位工控機提供人機交互界面，完成控制信息輸人、數(shù)據(jù)管理、進行數(shù)據(jù)顯示、存儲、統(tǒng)計和報表等功能，上位機采用IPC810工控機，它的主要工作如下：工控主機首先根據(jù)操作人員的指令，讀取某個編號的配方，然后，根據(jù)配方中配料的比例及先后順序，向PLC 發(fā)出開始配料的指令，使得PLC 能夠起動特定的變頻器。在配料過程中，工控主機以輪詢的方式，一方面實時讀取PLC 的狀態(tài)字，了解PLC 及PLC 下級設備的運行狀態(tài)；另一方面實時讀取安裝在配料機上的稱重儀表的稱重數(shù)據(jù)，按照配料策略，當稱重接近配方中的設定值時，主機向PLC 發(fā)出停止本次配料的指令。當一個配方上的所有材料都配完后，整個配料過程暫停，等待操作人員的指令。

運行過程中，PLC 與上位機實時通信，從而保證界面上顯示的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的一致性，操作人員在上位機上發(fā)出的操作命令和設定參數(shù)都可以實時送到PLC ，PLC 的主要工作有：①接收上位機發(fā)送來的命令，通過變頻器控制振動電機的起、停和快慢；②將變頻器的運行狀態(tài)實時寫入內存數(shù)據(jù)區(qū)，供工控機讀??；③將自身的各種狀態(tài)以狀態(tài)字的形式準備好，共工控機實時讀取。

控制策略及配料過程

通過對配料過程的特點進行分析，得到配料過程具有如下特點：

（1）被控對象是單向的不可逆系統(tǒng)。原料沒有辦法從配料系統(tǒng)中重新回到傳送帶上。

（2）具有明顯的時滯性。當配料達到設定值時，PLC 控制電機停止傳送原料，這時傳送帶上具有部分原料無法回收，所以配料系統(tǒng)具有明顯的時滯性。

（3）受控特性是開關性的。系統(tǒng)的起、停控制等都是開關量。

（4）在正常工作區(qū)內是線性的。 因此，我們考慮采用快速、慢速、提前發(fā)出停止加料指令等控制策略，同時利用PLC 的互鎖技術確保配料的順利進行。系統(tǒng)起動后，工控機向PLC 發(fā)出開始加料信號，PLC 控制變頻器驅動電機進行快速加料，同時，工控主機通過串口持續(xù)不斷的讀取稱重儀表的稱重數(shù)據(jù)，當重量值接近設定值時，工控主機向PLC 發(fā)出停止加料的控制指令，此時，PLC

控制變頻器進行慢加，通過事先估計出傳送機構上原料的殘余，設定值和實際加料的差值和傳送機構上原料的殘余相當時，PLC 真正發(fā)出停止指令，該指令由變頻器執(zhí)行，從而控制電機停機，停機后傳送機構上的原料無殘余，配料精度符合要求。流程如圖１所示。

工控主機軟件設計

工控機主要完成的任務如下：

（1）提供配料系統(tǒng)配料過程的動畫顯示。

（2）向PLC 發(fā)出控制指令，讀取PLC 的運行狀態(tài)。

（3）讀取稱重儀表上的稱重信號，并將稱重值在顯示器上顯示，根據(jù)稱重數(shù)據(jù)，向PLC 發(fā)送指令。

（4）數(shù)據(jù)庫和報表，保存配料數(shù)據(jù)，打印報表。

產(chǎn)品與應用

配方的增加與修改。

配料故障輔助報警等其他功能。

配料軟件的界面設計

上位工控機使用紫金橋組態(tài)軟件設計人機界面，工業(yè)控制組態(tài)軟件實際上是一種能由用戶根據(jù)自己的需要進行二次開發(fā)的軟件開發(fā)平臺。我們可以根據(jù)工藝要求在該平臺上對整個監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)出友好的人機界面，操作員通過該界面可以與現(xiàn)場設備進行實時交互。紫金橋軟件是HMI/SCADA 工業(yè)自動化組態(tài)軟件，它提供了一個高度集成化、可視化的開發(fā)環(huán)境。該軟件具有如下一些特點：

多種通信功能。 紫金橋組態(tài)軟件[3]支持如下通信功能：

1）支持RS232、RS422、RS485等串口通信方式，并支持無線電臺、電話撥號、電話輪詢撥號等方式。

2）以太網(wǎng)通信同時支持有線以太網(wǎng)和無線以太網(wǎng)。 3）所有設備的驅動程序均支持GPRS 、CDMA 、GSM 等移動網(wǎng)絡標準。

（2）方便的開發(fā)系統(tǒng)。豐富的組件和控件構成強大的HMI 開發(fā)系統(tǒng)；增強的過渡色與漸進色功能，從根本上解決了很多同類軟件在過多使用過渡色、漸進色時嚴重影響畫面刷新速度和系統(tǒng)運行效率的問題；更加靈活多樣的矢量子圖，使得制作工程畫面更快捷；提供面向對象編程方式，內置間接變量、中間變量、數(shù)據(jù)庫變量，支持自定義函數(shù)和自定義菜單。

（3）開放性。紫金橋組態(tài)軟件的開放性表現(xiàn)在如下幾個方面：

1）支持Excel 以VBA 的方式訪問數(shù)據(jù)庫。

2）軟件為開放式體系結構，全面支持DDE ， OPC ， ODBC/SQL ， ActiveX ，DNA 標準。以OLE ， COM/DCOM 、動態(tài)鏈接庫等多種形式提供外部訪問接口，便于用戶利用各種常用開發(fā)工具（如：VC++、VB 等）進行深層的二次開發(fā)。

3）組態(tài)軟件I/O 驅動程序的體系結構為開放式結構，其接口部分源代碼公開，用戶可以自行開發(fā)新的驅動程序。

4）數(shù)據(jù)庫功能.組態(tài)軟件內置了實時數(shù)據(jù)庫，而且實時數(shù)據(jù)庫又內置多種功能塊，來完成數(shù)據(jù)處理與存儲，可實現(xiàn)累計、統(tǒng)計、控制、線形化等多種功能。

5）支持多種設備及總線。支持國內外大部分廠家生產(chǎn)的PLC 、調節(jié)器、智能稱重儀表、智能終端、智能模塊；此外，還支持Profibus ，Can ，LonWorks 和Modbus 等標準的現(xiàn)場總線。 3.2 系統(tǒng)的I/O 點數(shù)組態(tài)軟件用實時數(shù)據(jù)庫點來表示I/O 點。經(jīng)過分析，系統(tǒng)需要三個I/O 點，兩個數(shù)字控制點用來通過PLC 控制電機的起、停，因此這兩個點的數(shù)據(jù)鏈接選擇分別為PLC 的兩個數(shù)字量輸入輸出通道。一個模擬點用來表示從稱重儀表上讀取的實時數(shù)據(jù)，因此，該點的數(shù)據(jù)鏈接為稱重儀表的測量值。

通信程序設計

通信程序設計主要包含三部分，部分為主機與PLC 的通信；第二部分為主機與稱重儀表的通信；第三部分為PLC 與變頻器之間的通信。 4.1 主機與PLC 的通信

組態(tài)軟件一般都內置了主流PLC 的驅動程序，首先在紫金橋組態(tài)軟件中新建一個PLC 虛擬設備，該虛擬設備的型號必須和使用的真實PLC 的型號一致，如果在組態(tài)軟件中找不到所需的PLC 的型號，則可以委托軟件廠家免費開發(fā)一個新的該型號PLC 驅動。虛擬設備用來映射真實的設備，這里，我們使用的PLC 是SimensS7-300，設定主機通過串口1和PLC 通信。 4.2 主機與稱重儀表的通信

針對稱重儀表，我們使用的是的稱重儀表，為了使儀表和組態(tài)軟件很好的通信，我們特別委托紫金橋公司為該儀表開發(fā)了驅動程序。首先我們從組態(tài)軟件的驅動列表中選擇一個我們需要的設備類型，并針對該類型，建立一個虛擬設備，用來映射真實的稱重儀表，然后設定儀表與計算機的通信端口及通信協(xié)議。

PLC 與變頻器之間的通信

自動配料系統(tǒng)由于配料車間有多種原材料，為了配料方便，我們設置了多個傳送帶，所以配料系統(tǒng)一個PLC 需要鏈接多個變頻器。為此我們在PLC 和變頻器之間使用了Profibus 總線進行通信，將專用的Profibus 通信模塊插入到變頻器上，并設定好變頻器的從站地址，然后通過Profibus 連接器接入到PLC 中，PLC 通過編程，實現(xiàn)對該變頻器進行報文的發(fā)送與接收，將控制字發(fā)送到變頻器，同時把狀態(tài)字從變頻器中讀取回來。

CPU315-2DP 作為Profibus 主站，每個與主站通信的變頻器可以看作是一個Profibus 從站。通信時，主站根據(jù)通信報文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。從站本身不能主動發(fā)送數(shù)據(jù)，各個從站之間也不能直接進行信息的傳輸。