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摘要 - 本文做的是以SIMATIC觸摸屏和PLC為中心設(shè)計(jì)的工業(yè)配料系統(tǒng)，使用WinCC-flexible的人機(jī)界面組態(tài)軟件。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的功能，配料系統(tǒng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)警，配方監(jiān)督，有穩(wěn)定，安全，方便操作和反應(yīng)更快最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的配料和混合功能。

1.引言

西門子公司的產(chǎn)品WinCC-flexible是一種面向HMI的組態(tài)軟件，該軟件已被證明是PRO-TOOL系列中一款成功的產(chǎn)品。它具有更好的開放性，可擴(kuò)展性和兼容性，提高了使用者界面的配置效率，帶來了新的創(chuàng)造性的設(shè)備級(jí)自動(dòng)化的概念。在SIMATIC產(chǎn)品中，它可用于配置所有的基于Windows CE的操作面板，從最小面板到觸摸控制面板，多功能面板。由于上述種種優(yōu)點(diǎn)，本篇文章結(jié)合PLC的控制核心，來自SIMATIC S7 - 300系列中的CPU313C來設(shè)計(jì)稱重配料系統(tǒng)的觸摸屏的配置。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目標(biāo)系統(tǒng)具有一些良好的功能，包括手動(dòng)操作，故障報(bào)警，配方管理，趨勢圖（顯示及分析）和打印結(jié)果。

2.稱重配料系統(tǒng)的組成

本文所講的工業(yè)自動(dòng)化配料系統(tǒng)是指特定粉末和液體在被稱重和混合的過程中使用實(shí)時(shí)監(jiān)控和監(jiān)管的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這種自動(dòng)配料系統(tǒng)已被廣泛地用于許多領(lǐng)域，其中包括冶金，建材，化工，醫(yī)藥，食品和飼料加工。一般工業(yè)配料系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：

1）輸入部分

輸入部分是一個(gè)致動(dòng)器，它從原料倉（或存儲(chǔ)罐）中取出材料送至稱重設(shè)備。根據(jù)不同的材料特性，選擇不同的匹配監(jiān)管給料設(shè)備，例如電振動(dòng)給料機(jī)，螺旋給料機(jī)，簡單的（雙）速度電磁閥等。

2）稱量部分

稱重部分由傳感器，標(biāo)準(zhǔn)連接件，接線盒，稱重料斗以及稱重過程中用到的稱重儀器和錯(cuò)誤檢測裝置等組成。

3）放料設(shè)備

我們可以通過稱重設(shè)備遞減法或排水設(shè)備增量方法（零位法）來出料。出料裝置通常是由大氣釋放閥，電振動(dòng)給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、電磁閥組成。所有設(shè)備應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝條件和材料的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。

4）控制系統(tǒng)

配料系統(tǒng)由稱重儀表，可編程控制器，主機(jī)顯示器機(jī)和其他控制裝置組成。

5）桿秤檢查系統(tǒng)

為了確保配料的精度，配料系統(tǒng)的傳感器需要定期校正，檢查。

3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A.稱重法

自動(dòng)配料系統(tǒng)中，一般有兩種稱重方式：輸入式稱重和卸荷式稱重。通常輸入式稱重相比卸式稱重具有更高的精度，所以我們使用前者。輸入型稱重有兩種實(shí)現(xiàn)方法，我們稱種為零位法。當(dāng)稱重開始，我們通過加料設(shè)備把材料放到秤斗直到稱重值達(dá)到設(shè)定值，然后打開閘門，傾倒材料，最后重新從零定位稱量下一種材料；第二種被稱為增量方法，與種方式不同的是我們不在稱重工作剛完成時(shí)就立即傾倒材料，而是首先清除電子秤的計(jì)數(shù)值，然后再以同樣的方法對(duì)另一種材料進(jìn)行操作。顯然，零位法相比增量法具有較高的精度，所以零位法是方法。

B.稱重結(jié)構(gòu)

在被送入混合箱前，物料成分有兩種稱重結(jié)構(gòu)，

（1）固定式單組料斗秤結(jié)構(gòu) ：每個(gè)物料倉對(duì)應(yīng)一個(gè)料斗秤，每一組材料稱重完成后即進(jìn)行后續(xù)處理。

（2）固定式多組料斗秤結(jié)構(gòu)：多個(gè)物料倉分享一個(gè)料斗秤，每一組材料在總的稱重完成之后進(jìn)行后續(xù)處理 。對(duì)于這兩種產(chǎn)品稱重方式，固定式單組料斗秤結(jié)構(gòu)擁有的傳感精度，然而每一種材料都需要一個(gè)稱重儀表和傳感器，所以它的成本。

4.配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于選擇不同類型傳感器、工用儀器、可編程控制器以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主機(jī)。軟件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)可編程控制器的編程和對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。這篇文章主要探討相關(guān)部件的選擇和基于PLC的人機(jī)界面（HMI)的設(shè)計(jì)。

A 可編程控制器的設(shè)計(jì)

自動(dòng)配料系統(tǒng)要求有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出，以及性價(jià)比考慮，本文選擇SIMATIC S7—300系列cpu313c為CPU模塊，它集成了二十四點(diǎn)數(shù)字輸入，對(duì)應(yīng)于字節(jié)地址IB124 ~ IB126。對(duì)應(yīng)十六個(gè)字節(jié)的數(shù)字輸出地址是QB124和QB125，此外，這里有五個(gè)集成的模擬量輸入點(diǎn)和兩個(gè)集成的模擬量輸出點(diǎn)。表1描述了PLC里I/O的地址分配，表2描述了PLC里有關(guān)觸摸屏的地址分配。

B　選擇HMI設(shè)備與組態(tài)設(shè)計(jì)

工業(yè)配料屬于中型或小型系統(tǒng)，它們顯示不了太多的信息。但要求它們有報(bào)警、配方、趨勢圖和打印功能。所以我們選擇5.7寸TP177B顏色PN/ DP。一般對(duì)于圖像的設(shè)計(jì)規(guī)劃如下：

（1）當(dāng)啟動(dòng)的時(shí)候顯示原始圖像

（2）用于綜合顯示每個(gè)主要變量的值（實(shí)時(shí)變化）的設(shè)備狀況圖像

（3）手動(dòng)圖像

（4）包括用戶登陸，注銷，用戶管理等的用戶管理圖像設(shè)計(jì)

（5）配方監(jiān)控圖像。它是用來尋找有關(guān)配方的日期記錄的，用戶可以修改配方項(xiàng)目，增加或減少配方數(shù)據(jù)日期記錄以及打印配方。

（6）報(bào)警圖像。設(shè)計(jì)用來查看報(bào)警記錄及顯示報(bào)警原由。

（7）趨勢圖圖像。顯示打漿機(jī)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的趨勢圖，限于文章的長度，在這里我們只介紹原始圖像和手動(dòng)圖像。簡要地說，我們以原始圖像為中心，選擇星單線模式切換。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)原始圖像被顯示，我們?cè)O(shè)置旋轉(zhuǎn)按鈕以便切換到其他圖像，自然地，其他的圖片模式也可以智能地返回到原始圖像。

對(duì)于手動(dòng)操作的圖像設(shè)計(jì)，，按下“輸入1材料”按鈕，然后電磁閥打開，材料開始被傳送到容量直到容器達(dá)到設(shè)定值。然后重復(fù)同樣的工作，直到完成對(duì)第四種材料的操作。第二，“按排放按鈕“輪流將材料排放到桿秤桶下面的混合箱內(nèi)。第三，啟動(dòng)攪拌器，攪拌混合箱里面的混合材料。最后，當(dāng)攪拌工作完成后，卸貨完成加工的混合產(chǎn)品?？拷總€(gè)按鈕的指示燈是用來顯示輸出的PLC信號(hào)的操作情況。左邊的輸出場地是反饋進(jìn)料量的現(xiàn)值和每個(gè)階段的運(yùn)行實(shí)況。操作者利用對(duì)這些輸出值的估計(jì)來停止當(dāng)前操作。如果產(chǎn)生混沌信號(hào)，應(yīng)立即停止系統(tǒng)運(yùn)行。手動(dòng)操作的圖像如圖3所示。

5．在線仿真調(diào)試

在仿真調(diào)試的過程中，一些TP功能可以得以被展示，條件是連接到PLC內(nèi)部的用戶程序中。如果我們沒有PLC硬件，西門子PLC仿真軟件的仿真軟件的集成STEP7將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。我們可以用它來模擬S7—300PLC功能和使用WCC flexible 的操作系統(tǒng)來模擬TP功能。在STEP7 SIMATIC Manager中打開該項(xiàng)目，然后打開S7 PLCSIM窗口，CPU視圖對(duì)象出現(xiàn)。之后，在PLCSIM工具欄中點(diǎn)擊輸入、輸出和一些記憶按鈕，設(shè)計(jì)在仿真過程中所需的可視對(duì)象，然后設(shè)置視圖對(duì)象的地址和日期格式。在在線仿真調(diào)試之前，控制程序應(yīng)被寫好并下載到仿真PLC，然后讓CPU進(jìn)入運(yùn)行模式。最后點(diǎn)擊系統(tǒng)WinCC-flexible的工具欄操作按鈕，在線仿真調(diào)試開始，每個(gè)圖像可清晰地被調(diào)試。

６.總結(jié)

將WinCC－flexible組態(tài)軟件應(yīng)用到工業(yè)配料系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的TP圖像對(duì)象根據(jù)實(shí)際要求和顯示每個(gè)動(dòng)態(tài)變量的值取決于操作圖像和設(shè)備狀態(tài)圖像。所設(shè)計(jì)的自動(dòng)配料系統(tǒng)具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，非常好的可靠性，清晰的操作過程以及對(duì)于不同操作模式的準(zhǔn)確性，同時(shí)，它具有實(shí)時(shí)報(bào)警、配方修改或打印和顯示趨勢圖功能。這些功能使得操作系統(tǒng)的監(jiān)控能力大大提高。工業(yè)配料系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果我們想要一個(gè)高精度，低成本的系統(tǒng)，材料的性能和工藝要求應(yīng)該在實(shí)踐中根據(jù)企業(yè)和個(gè)人的情況綜合考慮。