0引言
在橡膠工業生產中，按設定的配方準確配料是保證產品質量的關鍵工序之一。在產品生產的配料過程中除主料外，往往還有各種化學藥品做輔料（俗稱小料）。這些小料的配比精度常常以克（g）為單位進行調配，其準確性對產品的特性影響很大。
在實驗室中可由人工稱量精確配料，但在工業化批量生產過程中，由於種種人為因素的隨機影響，人工配料就無法保證各批次產品的均一性。因此現代生產技術均釆用自動配料稱量係統，這樣就可以保證產品質量的均一性、穩定性。同時還可消除人為因素的影響，減少環境汙染，提高勞動效率和減輕勞動強度。自動配料稱量係統便是基於此而產生的，它把PLC控製技術和先進的控製算法相結合，保證了設備運行的可靠性和穩定性，滿足了工廠生產的實際要求。
1ABControllogix係統簡介
Controllogix係統作為Allen-Bradley下一代的控製係統，將順序控製、過程控製、傳動控製、運動控製以及通訊功能融合在一起。控製器可以控製本拋I/O,也可以通過Ethemet/IP’ControlNet、DeviceNet及通用I/O網絡來控製遠程I/O.Controllogix係統提供了各種各樣的輸入輸出模板，以適應從高速離散控製到過程控製的多種應用場合。
同時Controllogix係統的多任務操作係統支持32個可組態的連續性或周期性任務，這些任務根據具體應用程序將按照優先級來執行程序代碼。用戶可以為每一個任務分配最多32個程序，每個程序都可以有自己的本地數據或梯形圖邏輯，而且在同一處理器內還允許虛擬獨立運行。這種強大的多任務處理能力對自動配料係統這種適時性要求特別高的係統特別有用。
2自動配料工藝概況
自動配料係統如圖1所示，它主要由除塵、解包、順料筒、儲料倉、給料裝置'稱量裝置、集料鬥輸送線等組成，釆用多工位、多秤同時工作方式。
配料過程主要由稱量裝置完成，控製係統根據配方控製其準確稱量，在每一稱量裝置的下方均有一個集料鬥，各集料鬥圍成一個環形互相用拉杆連接固定在集料鬥輸送線的軌道上，每一次稱量後，將稱量完的物量卸到集料鬥中，然後輸送線氣缸動作一次，推動集料鬥組成的環在軌道上滑行，前進一個料位後即停止運行，進行下一次稱量。集料鬥內襯塑料袋，集料鬥繞環滑行一周後，塑料袋內收集到各種配方所需重量的小料。

同時在操作者位置處有一個總檢量秤，集料鬥運行時，它與集料鬥底麵間有間隙。集料鬥停止運行時，下麵的氣缸把總檢量秤升起，托起裝有完整配方小料的集料鬥，進行總重量的檢量，待總檢量秤下降複位後，就完成一袋此配方物料的稱量，操作者更換集料鬥內襯塑料袋，為新周期作好準備。
3控製係統概述
因釆用多工位、多秤同時工作方式，對控製係統的實時性要求很高，故需要控製係統有較強的運算和控製能力。為此，我們采用以PLC為主進行控製的兩級控製方案，即係統控製級和管理級。
係統控製級主要完成物料配料的全部動作。每個工位配備一台稱重儀表，主要完成重量數據的釆集及顯示工作，此儀表支持ControlNet通訊，通過此通訊口可迅速將重量數據傳遞到PLC中，協助PLC完成稱量過程的控製。PLC作為控製的核心，主要完成配方分析、自動稱量控製、輸送及其他輔助動作。由於Controllogix的強大運算能力和響應速度，在實際使用上相當於可同時控製各稱量裝置工作，這大大增強了配料過程控製的實時性。稱量過程中PLC按配方設定，自動控製稱量速度，釆用無級調速、反饋控製的方法，使本稱量係統具有稱量精度高，配料速度快等特點。Controllogix的使用，提高了本套控製係統的可靠性和控製效果。
管理級用個人計算機與係統控製級通過現場總線構成計算機管理和控製網，主要完成配方管理、配方運行、生產計劃、數據報表，同時還完成係統運行狀態的監視、數據采集等功能。
4控製係統總體結構配置
控製係統的網絡結構如圖2所示，在此係統中應用了Ethernet、ControlNet^DeviceNet三種網絡形式。
 

在硬件配置上，CPU選用了Controllogix控製器1756-L55M14.通過熱備模板1757-SRM構成CPU的冗餘係統，控製器內存為3.5M字節，還選用了Ethernet網絡模塊1756-ENBT,ControlNet網絡模塊1756-CNB、DeviceNet網絡模塊1756-DNB等.
本係統以ControlNet網絡結構為基本骨架搭建而成。ControlNet網是一個開放的高速確定性網絡，它用於傳輸對時間有苛刻要求的信息通訊，速率可達5Mbps,提供實時的控製和對等的通訊服務。ControlNet融合了現有的遠程I/O和DH+網的性能，對於離散和連續過程控製均具有確定性和可重複性功能，用戶可自行設定網絡交換時間達毫秒級，從而極大改善了網絡控製的實時性和抉速性。釆用生產者/客戶方式，將傳統網絡針對不同站點需多次發送改為一次發送多點共享，減少了網絡發送次數，從而使網絡實時高效。而且ControlNet建立在開放性網絡技術的革新方案一Producer/Consumer方式上，該方式允許網上所有節點同時讀取一個數據源同樣的數據，因而具有較高的吞吐量，而多點傳送通訊能力使許多控製器可以分享輸入數據和對傳互鎖數據，以達到更好的性能並減少編程的需求。通過它將本係統最關鍵的重量數據實時、可靠地傳送給PLC,在硬件上保證了PLC係統控製的準確性和可靠性。
從圖2可以看岀信息層釆用現在最流行的以太網，它將控製係統與監視和信息管理係統集成起來。通過以太網，用於監控可編程控製器、工業計算機工作站以及高級商用計算機係統，可以存取設備層和控製層的生產現場信息，這樣的信息可用於數據采集、監控、計劃管理、統計質量控製、遠程設備維護、生產流程以及物料跟蹤等。
從圖2還可以看出，為了保證ControlNet網絡重量數據的高速傳輸，在設備層也同時釆用了DeviceNet總線來處理一些輔助部分的數據通訊。DeviceNet是由美國Rockwell公司在CAN基礎上推出的一種網絡係統。它使用CAN的物理層和數據鏈路層，11位標識符，加上DeviceNet的應用層，形成可靠、靈活的通信規約。在這裏通過這種總線來控製稱量電機的變頻器，使得控製方式更加靈活，做到了對稱量電機的連續調節，為實現後續的準確控製奠定了硬件基礎。同時它的數據傳輸能力也比較強，傳輸速率大約為125-500kb/s，完全可以滿足監控觸摸屏的通訊數據要求。
5控製過程概述
如圖3所示，在以前的集中配料控製係統中，一般釆用雙速給料，即快速和慢速兩種給料,稱量精度靠預關門值來保證。通過對稱量物料的了解和實驗，影響稱量的因素主要有以下幾種:
 

①物料的粘度：在相同的環境中和同一給料裝置的情況下，不同物料的給料速度不同，因而造成調試困難，稱量精度難以控製；②物料的比重：因物料的比重不同，釆用同一裝置給料速度也不同：③環境的影響：環境的溫度、濕度變化將導致物料粘度、比重等物理特性的變化。主要是物料的粘度隨溫度的增加而增加，導致物料易起拱、結塊，對稱量不利；④由於控製給料裝置和控製裝置的非線性，即使在相同的控製方法和控製量下，各給料裝置的振動力和給料速度均是不同的。由於以上因素的影響，在以往的雙速給料中，每種物料均要調整到相應的狀態，才能達到預期的稱量精度。然而，隨著環境溫度的變化或物料批號的不同，原來狀態下的給料狀態，往往保證不了稱量的精度，需重新調整，從而降低了生產效率。由此可見，保證稱量的準確、快速是很複雜的。基於以上分析提出了給料速度控製方案（見圖4）,這種控製方法采用閉環控製，以下料速度為控製參數，克服了以上各因素對稱量精度和生產效率的影響。以上各因素的變化均以改變振動力加以克服，這種控製方法，雖然克服了以上因素對稱量速度和精度的影響，但同時控製算
法和控製手段也變得更複雜了。
 

從圖4可以看出，配料速度控製器控製給料裝置，對物料以給定速度Vset進行給料，控製係統不斷對物料重量進行釆樣計算得到下料速度，並將此速度V與給定速度Vset進行比較。如V偏離Vset，則控製係統根據所偏離的幅度進行運算，根據運算結果調整配料速度控製器的輸出值,通過對輸出值的調節進而影響給料裝置的下料速度，使給料速度始終控製在所允許的範圍之內，通過這樣不斷的釆樣調節，使得整個稱量過程始終保持以給定的速度進行下料，保證了最終稱量的準確和可靠。
可以看出本係統對給定速度的連續調節是整個係統的關鍵，如要想實現對Vset的準確調控，控製係統就必須要對給料速度V有很快的釆樣頻率，同時又要有很高的運算能力，保證能根據複雜的控製算法及時完成對Vset的調節控製。以前的PLC控製係統通訊速率比較慢、運算能力差,編程方式也不適合複雜程序的編寫，因此想實現對給料的速度控製幾乎是不可能的。但網絡PLC——Controllogix係統的釆用很好地解決了這方麵的問題。ControlNet網絡的高通訊速率可以保證對給料速度V的高速釆樣，Controllogix強大的運算能力保證了各類複雜控製算法的及時完成。同時複雜的程序編寫，也因為Controllogix提供的實時多任務編程環境而變得十分方便。
本係統最終實現的連續調節下料過程如圖5所示，可以很明顯的看出與雙速給料控製的下料過程（圖6）的區別。雙速給料過程中給定兩段速度，但對這兩段速度是開環控製的，即係統無法確切保證物料會以這兩段給定的速度下料，整個過程都是不可控的。而且在雙速給料過程中，速度增大給料快但精度難以控製；速度減小給料慢精度可以控製，但稱量時間長，效率低。因此,這種方式無法解決精度與效率的矛盾•而連續調節通過對稱量速度不斷給定，並在下料過程中通過反饋連續進行調節，使整個下料過程的速度始終保持在給定範圍之內，直至最終結束。具體的過程是這樣，在稱量初期穩定在速度V”係統是一個定值調節係統。當稱量值接近設定值時，速度的設定值減小，從而該係統又變為一個隨動調節係統。將以往的分段控製改為連續控製，越接近目標值速度越慢，最後階段可以將下料速度控製在很小的範圍之內，因為稱量過程速度的可控,保證了稱量的精度，同時也保證了稱量的速度。

6係統總結
本係統在設計過程中主要考慮控製方法的先進性和自適應性、係統的穩定性、經濟適用性及可擴展性。該係統使用後，控製效果良好，在長期的使用過程中，無需用戶對設備進行調節，設備會根據物料自動進行速度控製，解決了雙速控製係統的很多缺點，物料配料速度加快，準確度提高，保證了所配物料的產品質量，滿足了客戶的要求。

作者：杭柏林

深圳市k8凯发版官网儀器有限公司是一家專門從事稱重儀表和全自動包裝碼垛生產線的研發及生產的高新技術企業，所生產的JY500係列稱重顯示控製器（包括配料秤儀表、皮帶秤儀表、包裝秤儀表、重量變送器等）高速高精度，使用壽命長。k8凯发版官网儀器有十數年的現場校驗經驗，在業內有良好的口碑，且有專門的售後工程師幫忙解決產品使用過程中遇到的技術問題，客戶可以放心省心順心的使用我司的產品。如果對我司的產品感興趣，歡迎谘詢。