第一章 绪论1.1课题研究的背景化工生产过程中波及化工原料及产品量的计量控制，针对氯碱生产过程的规定，生产工艺所生产的液氯作为一种产品需进行外供或买卖贸易结算在液氯外供计量中需用专用液氯灌装瓶，根据液氯钢瓶的皮重、需灌装实际重量通过一套自动计量及控制装置来实现随着科技的不断发展和社会的不断进步，人们对定量包装控制系统的精度和稳定性，可靠性的规定越越来越高在投入大量的资金进行研究后，定量包装控制系统的精度和可靠性都获得了很大的进步，能更加适应多种复杂的工业生产环境定量包装技术重要需要解决的两个问题：测重计量和定量控制测重计量分为静态测量和动态测量，在工业流水线生产中物料都是动态变化的，因此采用实时测量，这样迅速而精确的进行测量在定量控制方面，目前采用PLC控制系统，相对单片机控制系统而言更加稳定可靠，且能更加的适合多种复杂的工业生产环境为了设计出适合的，可靠的，经济的定量包装控制系统，既要保障系统在多种恶劣的环境下长时间正常工作，又能适应迅速的流水线生产且能保证能达到性对较高的包装精度定量包装控制系统，本文构建一种基于PLC的动态定量包装控制系统系统采用触摸屏作上位机，用于远程监控，并设计了良好的操作界面以供顾客使用。
同步，系统还具有现场控制柜操作模式，以进行现场调试运营这样，系统的操作方式更为灵活以便，具有更好的扩展性能以及应用范畴1.2国内外发呈现状1.2.1国内发展状况国内的定量包装控制技术研究起步较晚，通过几十年的发展国内的小称量定量包装技术获得了很大的进步，但由于国内中小型公司装备差，技术落后，缺少资金和专业的技术人才，因此在精确度和控制精度方面距离西方发达国家尚有很大的距离，并且相对发达国家而言我们缺少自己的核心技术且技术落后缺少竞争力并且国内的定量包装设备单一，生产定量包装设备的厂家技术单薄，无法满足日益进步的工业生产规定目前国内重要还是使用以单片机为核心的控制系统，称重测量和定量控制技术逐渐完善，单手硬件条件的限制，扩展性能普遍较低且操作界面不容乐观，功能过于单一1.2.2国外发展状况国外定量包装技术研究较早，发展较快现代电子测量和可编程控制技术的小型定量包装技术发展不久，技术水平很高突出表目前称重计量精度很高，定量控制技术性能优越，且工作那速度不久，有很强的模块化，功能化辨别严格国外有针对特殊的产品专用的定量包装控制机械，且品种诸多，有关配套设备齐全拥有自己的核心技术，且多采用可编程控制器作为核心控制器。
1.2.3发展趋势总体而言国内的定量包转控制系统无论测量精度还是控制技术离国外尚有相称大一段距离，但随着科技的不断进步以及资金的不断投入，以及国内庞大的市场需求的推动，国内的定量包装控制系统有着广阔的空间和前景定量包装技术的发展大体经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC 控制等几种阶段，将来的定量包装控制系统测量精度将不断提高，控制技术那将更加简便更加人性化的操作界面，并延续可持续发展的科学发展观朝着绿色方向发展发展趋势有如下特点:机电一体化机电一体化是将来定量包装控制技术发展的必然趋势一种完整的机电一体化系统，一般涉及微机、传感器、动力源、执行机构等部分，它摒弃了包装机器中的繁琐和不合理的部分，而将机械、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体功能多元化工业产品已趋向精致化及多样化，在大环境下，多元化具有弹性切换功能的定量包装控制系统更能适应市场的需求控制智能化目前的定量包装控制系统 多采用PLC作为控制器，虽然PLC弹性强大但仍不具有电脑所具有的功能，将来基于电脑的智能仪器将成为定量包装控制系统的控制器结起来它们具有如下特点：1.高速、高精度2.人机对话操作界面调试简洁、可靠。
3.自动校准4.故常排查功能5.低噪音、易于维护1.3论文的重要内容全面熟悉液氯钢瓶灌装的工艺过程，掌握自动计量及控制中指标规定，通过设计所配备的硬件构成，编制符合自动计量及控制规定的软件程序本文所研究的定量包装控制系统是基于西门子PLC200系列为核心的控制系统，通过托利多电子称进行物料的重量的实时测量，在进行数据的采集的和解决，以触摸屏为上位机，构造出人性化的操作界面最后设计出一套能对八条灌装线实现的自动计量、自动控制PLC构成的硬件系统，并实现人机界面的显示、报警、数据解决等功能第二章 系统设计2.1系统管道示意图系统硬件由8个液氯灌装载容器，这些装置实现了自动灌装的功能，在液氯的重量判断上本系统在Z轴上安装有称重传感器以判断液氯与否满装XYZ轴机械臂由三个伺服电动机驱动，伺服电机有精度高以及扭矩大和抗干扰性高等长处以取代步进电动机伺服电机的控制由西门子公司的200系列PLC的伺服定位模块EM253驱动，本系统主机由S7-226CN作为主解决单元，液体灌装的工作过程，先通过上位系统HMI设立好每个装载容器的装载质量，按下启动按钮后机械臂按照上位系统指令移动XYZ轴按顺序达到指定的容器，打开出液阀门，通过PLC对高精度称重传感器流程液体的计算达到设定值后关闭放液阀门，机械臂移动到下一种容器，直至到每个容器灌装完后，整个工作流程结束。
2.2系统构成(1)八套托利多称重传感器（0-Kg）、相应八只托利多称重变送器；(2)八台电控气动球阀（220VAC供电、二位五通电磁阀、气动球阀）；(3)西门子200PLC硬件系统一套，涉及CPU、A/D模块（八路入）、I/O模块；(4)彩色10”触摸屏一只；(5)中间继电器、开关电源（24VDC，5A）、附件等2.2.1.托利多电子秤梅特勒-托利多称重设备系统有限公司制造的“pp"型化工钢瓶电子平台称采用全新设计的钢机构称台，配用四只高精度剪贴梁式称重传感器和智能化称重显示仪表，构成称重系统该系统精确度高，称重速度快，工作稳定可靠被广泛应用于各类化工用钢瓶灌装的物料计量场合平台秤简易结实、清洁以便秤台上的专用支架可以放置直径400到800的多种规格嘚钢瓶平台秤可按顾客需要选配多种型号的称重显示仪表，以实现不同的称重管理和计量功能防腐涂料及特殊防腐工艺使其可用于防腐和防水环境中，选配打印机、大屏幕显示屏，还可扩展功能2.2.1.1产品原则 GB7723-87 固定式电子衡 JJG539-97 数字批示称计量检定规程 GB/T14249.1-93 电子衡器安全规定 GB/T14249.2-93 电子衡器通用技术条件2.2.1.2工作与原理称重物体放在称台上，在重力的作用下，称重传感器弹性体发生形变，是粘贴于弹性体应变梁上的电阻应变桥路失去平衡，从而输出与重量信号成正比的mV级电信号，该电信号进入称重显示仪表后，通过放大，滤波，A/D转换，在京微解决器对信号解决后直接在仪表上显示称重数据。
2.2.1.3配用传感器性能推荐鼓励电压：6~15V（DC/AC)最大鼓励电压：20V（DC/AC)额定输出：2±0.002mV/V非线性：±0.02%F.S滞后：±0.02%F.S反复性：±0.01%F.S蠕变：±0.02%F.S/30min输出阻抗：350±1Ω输入阻抗：382±4Ω安全过载：150%F.S极限过载：250%F.S2.2.1.4平台的安装顺序： 平台秤运至现场，拟定安装位置 固定框架底座 平台秤就位、调节水平 拆去装运夹 系统安装 系统调试/检定2.2.1.5重要功能以Hawk型仪表为例可显示毛重、净重、可自动去皮或手动去皮；有零位、超载和欠载批示；自动零位保持；面板键盘设定/校正和功能参数设定；仪表具有自检功能；系统具有防作弊功能；仪表输出接口：RS-232；交直流两用电源；可配备大屏幕显示屏，用来显示称重数据；可配备打印机；可配备计算机构成称重管理系统；2.2.2A/D转换器的工作过程和工作原理2.2.1.6 工作过程在以计算机技术为中心的各个领域中，从测量到控制几乎到处都使用到数字技术，而从自然界获取的大都是模拟量，作为控制信号也多是模拟量。
数字解决技术对信号进行解决的过程一般是：模拟量转化为数字量→智能数字解决→数字量转化为模拟量其中起桥梁作用的模数转换和数模转换 模数转换是把输入的模拟信号转换成数字信号输出的电路，常写成A/D转换，或写成ADC（Analog Digital Converter ）数模转换是把输入的数字信号转换成模拟信号输出的电路，常写成D/A转换，或写成 DAC（Digital Analog Converter ）D/A输出的模拟信号并不真正是能持续变化的模拟信号，而是以所用DAC的绝对辨别率为单位增减的有“台阶”模拟量，因此事实上DAC是准模拟量输出A/D是用最低有效位（LSB）的BIT数表达，一般满足LSB的一半就可以了精度涉及失调误差和比例系数（即增益或称跨度）误差等，因此精度一般总是比线性度差一般辨别率越高精度越高，在应用中也用数字的二进制位数代表转换精度在A/D转换器中，由于输入的模拟信号在时间上是持续的而输出地数字信号是离散的，因此转换只能在一系列选定的瞬时对输入的模拟信号取样，然后再将这些取样值转换成输出地数字量因此，A/D转换的过程是一方面对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持时间，在这段时间内将取样的3.3.2 转换原理A/D、D/A大量用于数字电压计以及数据采集、解决系统中。
用途不同则对性能规定亦有区别数字电压计等规定使平以便、高精度且抗干扰性好，而对速度则规定不高然而在数据采集解决、设备中，则规定解决高频高速信号或多通道同步解决或者高速解决，这一方面就要有高速解决性能使用或者设计DAC、ADC时，对其有关性能必须理解清晰，才干做到合理应用1、变换速度时间把输入的模拟（数字）信号变换成相相应的数字(模拟)量输出所需要的时间称为A/D转换(D/A转换)的时间或“变换速度”D/A变换速度是指从数字输入建立开始，直到使输出模拟电压（或电流）达到在规定误差范畴内的目的值时所需要的时间，例如达到误差为0.01%时需要10μS，就表达其变换速度为10μSA/D变换速度是指变换启动开始直至变换结束送出数字量所需要的时间，也可以用单位时间的转换次数（转换频率）描述根据转换时间把A/D分为超高速（＞100M/S）、高速（100M/S 10M/S）、中速（10M/S 10K/S）、低速（＜10K/S）几档在D/A中从输入的数字信号发生变化开始，到输出值稳定在额定值的LSB/2以内所需的时间，称为建立时间根据D/A建立时间，可将D/A分为超高速（≤0.l S）、极高速（0.l l S）高速（1 ~10 S）、中速（10 ~100 S）和低速（≥100 S）几档。
2、辨别率和转换精度辨别率就是辨别能力，也就是可以辨别出即检测出信号变化的最小（量化）单位用数字的位数来表达，二进制称为“比特”（BIT）数，例如一般说的12位A/D(D/A)二进制的位数越多，辨别率越高十进制的称为“位数”（Dgit），如3位半数字。