基于PLC的自動配料控制系統(tǒng)的研究

李亞莉

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，配料的便捷度和精準度占著重要地位，針對以上情況，設計了基于PLC和組態(tài)軟件的自動配料控制系統(tǒng)。本文重點講述通過可編程控制器PLC可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制，主要完成物料的自動上料、下料、運輸、混合攪拌等功能，采用組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行仿真模擬。此配料系統(tǒng)可以實現(xiàn)對整個配料過程進行實時的監(jiān)控，使得整個配料過程更加便捷、精確。

關鍵詞：自動配料；PLC；軟件設計；組態(tài)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0014-02

工廠生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中，大部分產(chǎn)品是通過原料配比來完成，可見配料在工廠加工生產(chǎn)過程中占據(jù)著極其重要的地位，并且配料精準度還將影響到產(chǎn)品的合格率、質(zhì)量、性能。在工業(yè)生產(chǎn)中，因每種產(chǎn)品的配比不同，通過人工進行配料不僅耗時耗力而且配料不精確，使用自動配料系統(tǒng)能夠提高配料的效率和精準度。目前，該系統(tǒng)廣泛應用在許多行業(yè)中，例如食品、建材、冶金、塑料、橡膠等。

1 工藝介紹

1.1 原理

該配料系統(tǒng)主要包括給料設備、料斗、傳送帶。物料通過傳送帶秤，給料量的多少可以通過上位機進行程序設定所需量，傳送帶秤的主要功能時檢測傳送帶上物料瞬時流量的多少。料斗的主要作用可以存儲物料，并且還可以在物料的下料時作為緩沖裝置。

1.2 配料過程及控制要求

該配料系統(tǒng)包括上料、物料運送、攪拌、下料。系統(tǒng)的料倉分為：原料倉、混料倉、攪拌倉。每個原料倉都有一套完整的上料系統(tǒng)和下料系統(tǒng)，互不干擾。

在配料系統(tǒng)啟動之前，工作人員需要對原料使用配方和物料配比進行程序設置。①當系統(tǒng)啟動以后，上料系統(tǒng)按照設定程序進行上料，上料結(jié)束。原料倉下料，物料經(jīng)過傳送帶秤進行檢測物料流量是否達到設定值，物料到達設定值時，下料閥門關閉，結(jié)束下料。②在①程序結(jié)束之后，物料通過傳送帶運向?qū)闹虚g倉。運料完畢，物料在中間倉中混合攪拌。③當中間倉攪拌結(jié)束之后，物料通過排料閥門到達傳送帶，經(jīng)傳送帶進入攪拌倉。④在③程序結(jié)束后，物料到達攪拌倉，開始混合攪拌。攪拌結(jié)束后，啟動排料系統(tǒng)，物料通過排料閥門開始排料。

上面的①②③④是一整個配料系統(tǒng)，若配料不夠只需循環(huán)程序即可。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 硬件方案設計

配料系統(tǒng)的硬件主要包括PLC、電動機、熔斷器（FU）、熱繼電器（FR）、傳感器等。PLC控制整個系統(tǒng)，包括上料時間、下料時間、混合攪拌時間、閥門的開關時間、傳送帶的運料時間等。

2.2 硬件選擇

該系統(tǒng)的PLC選用的是德國西門子系列，由于此系列的PLC處理速度快、功能強、高可靠性、較高性價比、兼容性好、空間利用率比較高、指令豐富、I/O點較多、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點。

系統(tǒng)通過PLC設定程序?qū)崿F(xiàn)自動配料系統(tǒng)中的上料、下料、運料、攪拌等功能。PLC通過傳送帶秤的傳感器傳輸過來的信號控制下料閥門的開關，控制下料多少，完成原料配比。根據(jù)生產(chǎn)物料的需求，對PLC系統(tǒng)定時器設定，確保系統(tǒng)按照PLC程序完成系統(tǒng)的上料、下料、運料、攪拌等功能。

3 軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的軟件設計主要分為以下幾個部分：①主程序設計，主程序是程序初始化時開始運行的狀態(tài)以及調(diào)用各子程序，按照時間先后順序依次循環(huán)的掃描。②子程序設計，子程序主要功能是系統(tǒng)中各設備的運行、啟動、控制程序。③中斷程序設計，中斷程序主要是處理故障時緊急的程序。

3.1 初始化及主程序

初始化程序主要是在控制系統(tǒng)PLC啟動之前對寄存器、計數(shù)器、定時器、中間寄存器以及對程序設定值進行預處理，保證程序的可靠性以及準確性，能夠同時發(fā)揮調(diào)動各子程序功能。主程序的功能是循環(huán)掃描開關量輸入信號、模擬量輸入信號、調(diào)用子程序以及出現(xiàn)故障是啟動中斷程序等。

3.2 子程序

子程序是控制系統(tǒng)的核心部分，它可以根據(jù)控制原理對開關量進行邏輯處理以及對模擬量有效值進行分析。子程序主要包括對采集值進行采樣和工程實際值的轉(zhuǎn)換、濾波處理等。

3.3 中斷程序

中斷程序主要是處理緊急情況，該程序分為外部中斷和定時中斷。當系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時，外部中斷執(zhí)行故障處理程序，進行報警，提醒工作人員盡早排除故障。中斷程序的優(yōu)先級為最高，定時中斷是從棧頂檢測主站是否故障以及其他意外情況，從而能夠在較短時間對輸出端口進行復位，保證設備的安全。

4 組態(tài)監(jiān)控設計

該系統(tǒng)上位機軟件為組態(tài)王6.55。組態(tài)王是一種對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控的軟件，它主要是以標準的工業(yè)計算機軟硬件平臺構(gòu)成的集成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過檢測物料量的變化，來改變圖形中對應對象的狀態(tài)從而跟蹤系統(tǒng)的瞬時狀態(tài)。

監(jiān)控界面時根據(jù)控制要求和功能進行設計。該組態(tài)監(jiān)控設計主要包括配料系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、報警、實時曲線等。配料系統(tǒng)由原料倉1、原料倉2、原料倉3、原料倉4、A混合倉、B混合倉、C攪拌倉等組成；傳送系統(tǒng)是由七條傳送帶以及通過傳送帶物料組成，配料過程流程圖，如圖1所示。

5 結(jié)語

系統(tǒng)以PLC作為下位機，并且通過組態(tài)軟件6.55的監(jiān)控系統(tǒng)對上位機進行實時監(jiān)控。實驗結(jié)果表明此系統(tǒng)能夠按照任務要求實現(xiàn)自動上料、自動配料、物料傳輸、混合攪拌等過程，系統(tǒng)運行效果良好。該系統(tǒng)具有程序編程簡單、操作簡便、穩(wěn)定性高、功能齊全、性價比較高等優(yōu)點。

參考文獻

[1]趙興森，文生平，徐永謙.基于 PLC 的自動配料控制系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2013，21（4）：962-964.

[2]馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件應用[M].北京：中國電力出版社，2011.