基于触摸屏和PLC设计工业配料系统(翻译)

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1、基于触摸屏和基于触摸屏和 PLC 设计工业配料系统设计工业配料系统摘要 - 本文做的是以 SIMATIC 触摸屏和 PLC 为中心设计的工业配料系统，使 用 WinCC-flexible 的人机界面组态软件。所设计的系统表现出良好的功能，如 动态实时监控，自动报警，配方监督，打印结果等。它有稳定，安全，方便操 作和反应更快等一系列优点，最终实现系统的配料和混合功能。 关键词 - PLC，触摸屏，灵活性，HMI 1.引言西门子公司的最新产品 WinCC-flexible 是一种面向 HMI 的组态软件，该软件 已被证明是 PRO-TOOL 系列中一款成功的产品。它具有更好的开放性，可扩展性 和兼

2、容性，提高了使用者界面的配置效率，带来了新的创造性的设备级自动化 的概念。在 SIMATIC 产品中，它可用于配置所有的基于 Windows CE 的操作面板， 从最小面板到触摸控制面板，多功能面板。由于上述种种优点，本篇文章结合 PLC 的控制核心，来自 SIMATIC S7 - 300 系列中的 CPU313C 来设计工业配料系 统的触摸屏的配置。用它来实现工业配料系统的设计。目标系统具有一些良好 的功能，包括手动操作，故障报警，配方管理，趋势图（显示及分析）和打印 结果。2.称重配料系统的组成本文所讲的工业自动配料系统是指特定粉末和液体在被称重和混合的过程中 使用实时监控和监管的自动控制

3、系统。这种自动配料系统已被广泛地用于许多 领域，其中包括冶金，建材，化工，医药，食品和饲料加工。一般工业自动配 料系统由以下几个部分组成： 1）输入部分输入部分是一个致动器，它从原料仓（或存储罐）中取出材料送至称重设备。 根据不同的材料特性，选择不同的匹配监管给料设备，例如电振动给料机，螺 旋给料机，简单的（双）速度电磁阀等。 2）称量部分称重部分由传感器，标准连接件，接线盒，称重料斗以及称重过程中用到的 称重仪器和错误检测装置等组成。 3）放料设备我们可以通过称重设备递减法或排水设备增量方法（零位法）来出料。出料装 置通常是由大气释放阀，电振动给料机、螺旋给料机、电磁阀组成。所有设备 应当根

4、据工艺条件和材料的性质进行设计和选择。 4）配料控制系统配料控制系统由称重仪表，可编程控制器，主机显示器机和其他控制装置组成。5）杆秤检查系统为了确保配料系统的精度，配料系统的传感器需要定期校正，检查。3.硬件系统设计A.称重法工业配料过程中，一般有两种称重方式：输入式称重和卸荷式称重。通常输 入式称重相比卸式称重具有更高的精度，所以我们使用前者。输入型称重有两种实现方法，我们称第一种为零位法。当称重开始，我们通过加料设备把材料 放到秤斗直到称重值达到设定值，然后打开闸门，倾倒材料，最后重新从零定 位称量下一种材料；第二种被称为增量方法，与第一种方式不同的是我们不在 称重工作刚完成时就立即倾倒

5、材料，而是首先清除电子秤的计数值，然后再以 同样的方法对另一种材料进行操作。显然，零位法相比增量法具有较高的精度， 所以零位法是首选方法。B.称重结构在被送入混合箱前，物料成分有两种称重结构，（1）固定式单组料斗秤结构 ：每个物料仓对应一个料斗秤，每一组材料称重 完成后即进行后续处理。（2）固定式多组料斗秤结构：多个物料仓分享一个料斗秤，每一组材料在总的 称重完成之后进行后续处理 。对于这两种产品称重方式，固定式单组料斗秤结 构拥有最大的传感精度，然而每一种材料都需要一个称重仪表和传感器，所以 它的成本最高。图 1.一种工业配料系统流程图4.配料控制系统设计配料控制系统的设计包括硬件设计和软件

6、设计。硬件设计的关键在于选择不 同类型传感器、工用仪器、可编程控制器以及工业控制计算机主机。软件设计 主要包括对可编程控制器的编程和对工业控制计算机主机监控软件的设计。这 篇文章主要探讨相关部件的选择和基于 PLC 的人机界面（HMI)的设计。A 可编程控制器的设计配料系统要求有数字量和模拟量输入/输出，以及性价比考虑，本文选择 SIMATIC S7300 系列 cpu313c 为 CPU 模块，它集成了二十四点数字输入，对 应于字节地址 IB124 IB126。对应十六个字节的数字输出地址是 QB124 和QB125，此外，这里有五个集成的模拟量输入点和两个集成的模拟量输出点。表 1 描述了

7、 PLC 里 I/O 的地址分配，表 2 描述了 PLC 里有关触摸屏的地址分配。表 1.PLC 的 I/O 地址分配触控面板上所有的按钮都是抓取按钮。当其被推动时位变为 1 反之为 0，这 种位变信号由 PLC 内部的比特存储器所传递。由称重传感器传来的从第一种材 料到第四种材料的重量信号经过/模拟输入通道收集在一起，这些存储信号 由 PLC 内部的程序运算，每个信号占两个字节。表 2.与触摸屏相关的 PLC 地址分配名称名称地址地址名称名称地址地址名称名称地址地址名称名称地址地址加入第一 种材料M0.0打开生产阀M1.1二号对象材料的质 量MW22处方编号MW40加入第二 种材料M0.1停

8、止M1.2三号对象材料的质 量MW24记录日期编号MW44加入第三 种材料M0.2外在故障MW2四号对象材料的质 量MW26处方状态字编号MW48加入第四 种材料M0.3旋转速度MW10一号材料的位置MW28一号输入延时C0名称名称地址地址名称名称地址地址名称名称地址地址名称名称地址地址名称名称地址地址添加第一 种材料I124.0I124.0打开第二 个磅秤I124.5I124.5输出产 物I125.2I125.2打开第 二个阀Q124.3Q124.3打开第 二个比 例阀Q125.0Q125.0添加第二 种材料I124.1I124.1打开第三 个磅秤I124.6I124.6外在故 障I125.

9、3I125.3打开第 三个阀Q124.4Q124.4打开第 三个比 例阀Q125.1Q125.1添加第三 种材料I124.2I124.2打开第四 个磅秤I124.7I124.7报警指 示灯Q124.0Q124.0打开第 四个阀Q124.5Q124.5打开第 四个比 例阀Q125.2Q125.2添加第四 种材料I124.3I124.3停止I125.0I125.0启动电 动机Q124.1Q124.1打开生 产阀Q124.6Q124.6打开第一 个磅秤I124.4I124.4开始搅拌I125.1I125.1打开第 一个阀Q124.2Q124.2打开第 一个比 例阀Q124.7Q124.7打开第一 个

10、磅秤M0.4第一种材料的质量MW12二号材料的位置MW30二号输入延时C1打开第二 个磅秤M0.5第二种材料的质量MW14三号材料的位置MW32三号输入延时C2打开第三 个磅秤M0.6第三种材料的质量MW16四号材料的位置MW34四号输入延时C3打开第四 个磅秤M0.7第四种材料的质量MW18混合箱的位置MW36扩展延时C4开始搅拌M1.0一号对象 材料的质 量MW20填充短缺报警MW38产品输出延时C5B 选择 HMI 设备与组态设计工业配料系统属于中型或小型系统，它们显示不了太多的信息。但要求它 们有报警、配方、趋势图和打印功能。所以我们选择 5.7 寸 TP177B 颜色 PN/ DP。

11、一般对于图像的设计规划如下：（1）当启动的时候显示原始图像（2）用于综合显示每个主要变量的值（实时变化）的设备状况图像（3）手动图像（4）包括用户登陆，注销，用户管理等的用户管理图像设计（5）配方监控图像。它是用来寻找有关配方的日期记录的，用户可以修改配方 项目，增加或减少配方数据日期记录以及打印配方。（6）报警图像。设计用来查看报警记录及显示报警原由。（7）趋势图图像。显示打浆机中电动机转速的趋势图，限于文章的长度，在这 里我们只介绍原始图像和手动图像。简要地说，我们以原始图像为中心，选择 星单线模式切换。当启动时原始图像被显示，我们设置旋转按钮以便切换到其 他图像，自然地，其他的图片模式也

12、可以智能地返回到原始图像。原始图像显 示如图 2 所示。图 2.工业配料系统的原始图像对于手动操作的图像设计，第一，按下“输入 1 材料”按钮，然后电磁阀 打开，材料开始被传送到容量直到容器达到设定值。然后重复同样的工作，直 到完成对第四种材料的操作。第二，“按排放按钮“轮流将材料排放到杆秤桶 下面的混合箱内。第三，启动搅拌器，搅拌混合箱里面的混合材料。最后，当 搅拌工作完成后，卸货完成加工的混合产品。靠近每个按钮的指示灯是用来显 示输出的 PLC 信号的操作情况。左边的输出场地是反馈进料量的现值和每个阶 段的运行实况。操作者利用对这些输出值的估计来停止当前操作。如果产生混 沌信号，应立即停止

13、系统运行。手动操作的图像如图 3 所示。图 3.工业配料系统的手动操作图像在线仿真调试在仿真调试的过程中，一些 TP 功能可以得以被展示，条件是连接到 PLC 内 部的用户程序中。如果我们没有 PLC 硬件，西门子 PLC 仿真软件的仿真软件的 集成 STEP7 将是一个不错的选择。我们可以用它来模拟 S7300PLC 功能和使用WCC flexible 的操作系统来模拟 TP 功能。在 STEP7 SIMATIC Manager 中打开 该项目，然后打开 S7 PLCSIM 窗口，CPU 视图对象出现。之后，在 PLCSIM 工具 栏中点击输入、输出和一些记忆按钮，设计在仿真过程中所需的可视

14、对象，然 后设置视图对象的地址和日期格式。在在线仿真调试之前，控制程序应被写好 并下载到仿真 PLC，然后让 CPU 进入运行模式。最后点击系统 WinCC-flexible 的工具栏操作按钮，在线仿真调试开始，每个图像可清晰地被调试。.总结将 WinCCflexible 组态软件应用到工业配料系统，设计的 TP 图像对象根 据实际要求和显示每个动态变量的值取决于操作图像和设备状态图像。所设计 的系统具有操作简单的优点，非常好的可靠性，清晰的操作过程以及对于不同 操作模式的准确性，同时，它具有实时报警、配方修改或打印和显示趋势图功 能。这些功能使得操作系统的监控能力大大提高。工业配料系统是一个复杂的 控制系统，如果我们想要一个高精度，低成本的系统，材料的性能和工艺要求 应该在实践中根据企业和个人的情况综合考虑。参考1廖常初。 PLC S7- 300 / 400 应用技术M。第二版。北京：机械工业出 版社 2008 年。2廖常初。配置西门子人机界面（触摸屏）的技术与应用M。第二版。北京： 机械工业出版社 2008 年。3张庆斌，毕立宏。工业自动配料系统的构成和设计J。起重机械， 2005 年（2）：11-14。