基于信捷PLC的定量稱重包裝控制系統(tǒng)設計

呂潔　蘇衛(wèi)峰　文武

摘 要：在化工吸附分離過程中，需要將原料進行在線稱重并包裝，利用信捷XD系列PLC實現(xiàn)定量算法，采用最新高速處理稱重模塊采集數(shù)據(jù)，極大降低稱重中產(chǎn)生的延時性、測量誤差，利用人機界面HMI進行人機交互，操作簡單，并給出了具體的實現(xiàn)。

關鍵詞：定量稱重；信捷PLC；HMI

引言

稱重是將物料進行在線等重量稱量。在化工吸附分離過程中，需要將原料進行在線稱重并包裝，針對這一要求，本控制系統(tǒng)采用信捷的工控產(chǎn)品，開發(fā)出一套控制設備，利用HMI作為現(xiàn)場工人的操作界面，PLC作為上料下料，數(shù)據(jù)采集的控制部件，稱重模塊進行在線稱重[1]。在技術性能方面做到速度高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高，在應用性方面做到綜合性、組織性。

1 定量稱重包裝機組成

定量稱重包裝機由定量稱重包裝控制器和備料斗、計量斗、夾袋機構、截料裝置、下料閥、放料閥、稱重傳感器等部分組成，定量稱重包裝示意圖如圖1所示。備料斗為緩沖式料倉，用于物料存儲并提供一個接近均勻的物料流；閥門位于備料斗底部，當設備檢修或出現(xiàn)故障時，用于將物料封阻在備料斗內(nèi)；截料裝置在稱重過程中提供快、中、慢三級給料；秤體主要有計量斗、稱重支架和稱重傳感器組成，完成重量到電信號的轉變并傳輸?shù)娇刂茊卧?；夾袋機構的作用是夾緊包裝袋，讓稱重完成的物料全部落入包裝袋。

2 硬件設計

稱重控制器包括信捷XD系列PLC，信捷HMI[2]，稱重模塊，稱重傳感器等部分組成，硬件組成如圖2所示。

2.1 PLC

PLC采用信捷電氣的XD3-24R-E，基本處理指令0.02～0.05us，掃描時間10000步1ms，程序容量高達128K。具有兩個通信口，支持RS232和RS485可連接多種外圍設備。采用AC220V交流供電，具有8個繼電器輸入和8個繼電器輸出。

2.2 HMI

HMI采用信捷電氣的TH765-N觸摸屏，7英寸觸摸屏，耐油耐臟，6萬色真彩，支持BMP、JPG格式圖片顯示。自定義的數(shù)據(jù)采集保存功能，支持時間趨勢圖，XY趨勢圖等多種形式。提供兩個USB接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳遞和備份，具有RS232、RS485通信口，實現(xiàn)與PLC等設備的連接。

2.3 XD-E2WT

XD-E2WT是信捷公司最新研發(fā)的稱重模塊，可采集2路壓力傳感器的模擬量電壓信號，可檢測0～39.06mV的電壓信號，24位的高精度A/D轉換，分辨率高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，極大地降低了稱重誤差。

3 軟件設計

控制軟件的流程圖如圖3所示。

3.1 稱重包裝的控制過程

當定量包裝秤進入自動狀態(tài)后，稱重控制系統(tǒng)打開給料門開始加料，該給料裝置為快、中、慢三級給料方式；當物料重量到達快給料設定值時，停止快速卸料；延時等待一段時間，啟動中速卸料，當物料重量到達中給料設定值時，停止中速卸料；延時等待一段時間， 啟動慢速卸料，當物料重量到達最終設定值時，停止慢速卸料，并啟動延時；延時時間到，檢測夾袋裝置是否處于預定狀態(tài)，時間沒到則等待，到則將物料卸入包裝袋；卸料過程中，當物料重量小于零區(qū)值時，關閉卸料信號，延時一段時間后松開夾緊裝置，包裝袋落下后進行縫包并輸送到下一個工位，并啟動下一個循環(huán)過程[3]。

3.2 定量稱重誤差分析

數(shù)據(jù)采集模塊的精度、傳感器動態(tài)測量誤差、秤體振動、下料的沖擊力和空中殘留物料是影響比較大的因素。傳感器的動態(tài)測量誤差是由于在動態(tài)測量過程中，由于測量的重量始終在變化產(chǎn)生。當傳感器受到一個重量時，重量已經(jīng)由一個受力狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)，由于中間有一個過渡的過程，在這個過渡的過程中，測量和實際重量值相差很大。秤體振動也是一個比較難以克服的問題。由于定量包裝秤采用氣動閥門作為執(zhí)行機構，當閥門動作時，秤體會產(chǎn)生劇烈的振動，秤體振動會帶動計量斗振動，這種振動產(chǎn)生的干擾信號會加入到被測物料真實的信號中。下料沖擊量是指物料在下落到計量斗時產(chǎn)生的沖擊重量，空中物料是指備料斗已經(jīng)關閉時仍然運動在空中的物料。采用信捷XD-E2WT高精度稱重模塊可以較好地克服以上誤差。

4 結束語

基于信捷公司產(chǎn)品開發(fā)的定量稱重包裝機系統(tǒng)，采用HMI作為操作界面，XD3PLC作為控制器，高精度稱重模塊XD-E2WT進行測量與轉換。該系統(tǒng)已經(jīng)在化工吸附分離裝置中使用，使用效果表明該系統(tǒng)操作方便，安全可靠，稱重準確，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1]信捷電氣股份有限公司.XD系列可編程控制器用戶手冊[指令篇]（XD/XDM）[Z].信捷電氣股份有限公司，2013.

[2]信捷電氣股份有限公司.TouchWin用戶手冊（V2.D）[Z].信捷電氣股份有限公司，2010.

[3]孟華，楊光偉，等.一種定量自動稱重控制器的設計與實現(xiàn)[J].儀表技術與傳感器，2008（9）.