本文針對現有的小料稱重配料控製係統中存在的稱量精度不高、由於數據傳輸過程中的幹擾而出現誤動作、超重小料不易處理等問題，采用簡易適用的控製算法，高速可靠的數據傳輸方式。上位機所記錄的生產數據顯示，精度和速度都達到了預期的效果，對超重小料的操作處理也簡單易行。該控製係統性能穩定、運行可靠、配料控製係統與上位機操作界麵功能完善，在調試生產過程中出現的具體問題和上位機存儲的生產數據也為進一步優化稱量係統提供了素材和依據，很有市場推廣價值。
0引言
配料工序是橡膠、印鈔、油墨、水泥、化工、食品等工農業生產中的一個重要環節，也是橡膠、印鈔、油、水泥、化工、食品等生產的源頭工序[1]，其配料質量控製的優劣直接關係著下遊生產能否順利進行。如果配料質量達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則會影響產品的質量和產率，並且有些重要生產的配料失誤甚至會給整個生產釀成事故[2]。
目前使用的小料稱量係統存在稱量精度與稱量速度的互相限製，有的精度不夠高，有的速度不夠快；且對於排料口的粉塵都作為廢料處理，沒有循環利用。其操作界麵信息與曆史記錄不完善，管理人員不能很好地查詢稱量的過程以及出現的異常狀況，給工藝管理反饋帶來不便，數據傳輸也因為幹擾而出現誤動作。出於對以上不足的考慮，采用基於現場總線的小料配料控製係統。係統具有配料精度高、速度快、數據傳輸抗幹擾性能好等優點。
1配料係統的組成
1)給料設備：本係統根據物料特性采用電磁振動給料機、螺旋給料機兩種給料設備。
2)稱量設備：由傳感器、稱料鬥以及梅特勒—托利多的PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表組成。
3)排料設備：安裝在稱重設備下方，由卸料閥，氣壓缸組成。
4)接料設備：由步進電機控製的兩個旋轉的接料筐構成。
配料控製係統：主要由工控機（IPC）、稱量儀表、西門子315-2DPCPU以及輸入輸出模塊構成。
2係統的硬件組成和數據傳輸
2.1控製係統的要求
本小料稱重係統具有11個需要通信的稱重儀表，需要采用計算機進行在線監控、管理，對稱量速度、稱量精度、係統的兼容性、可擴展性有較高的要求。因此，在進行係統設計及其實現的時候需要從通信方式及通信協議的采用、硬件架構、控製策略以及軟件實現等方麵進行綜合考慮。
2.2PROFIBUS-DP現場總線技術
PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現場總線之一，也是目前數據傳輸率最快的一種現場總線(傳輸率最高可達12Mbit)，因此在很多領域內廣泛應用。它是不依賴於生產廠家的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布係統)是一種經過優化的模塊,有比較高的數據傳輸率,適用於係統和外部設備之間的通信,遠程I/O係統尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數據通信,適用於對時間要求比較高的自動化場合[3]。由於PROFIBUS現場總線是一種數字通信網絡。在係統中間層或不同層的總線設備之間均采用數字信號進行通信，而可實現一對電線上傳輸多個信號（包括多個運行參數值、多個設備狀態、故障信息），大量減少了導線和連接附件，提高了係統的可靠性和抗幹擾能力。基於包括校驗秤在內的11個稱重儀表的通信考慮，在PLC的選取上采用含有DP/MPI接口的西門子S7300係列315-2DPCPU模塊，係統利用PROFIBUS–DP網實現稱重儀表與PLC的CPU之間的數據傳輸。每個儀表上自帶DP通訊接口，通過總線把PLC的CPU與11個稱量儀表連接，在STEP7編程軟件中對每個儀表在PROFIBUS–DP網的地址進行分配，各個儀表的實時稱量量即可直接讀取。
2.3係統的硬件組成
工控機CP5611PROFIBUS-MPI該係統包括上位工控機，控製器組成：西門子S7-300係列315-2DPCPU模塊、4塊SM321數字輸入模塊、7塊SM322數字、繼電器輸出模塊、電源模塊、128k的存儲卡、2塊接口模塊IM365；現場儀表：11個PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表；現場執行機構包括異步電機、電磁振動給料機、螺旋給料機等。
上位工控機發送生產數據、進行配方管理、實時監控生產過程、出現異常情況進行報警處理，並在上位機內裝有西門子STEP7編程軟件，對PLC進行編程。配料控製器與上位工控機、現場儀表分別相連，讀取上位機發送的配方數據並返回實時數據、采集現場儀表發送的現場稱重數據、控製現場執行機構進行稱量動作。現場儀表把壓力傳感器的信號轉換成標準信號，通過儀表自帶的總線接口連入總線把稱量數據傳入PLC，PLC根據收到的數據進行相應的控製。現場執行機構受控製器控製，按指令進行工作，實現喂料、卸料、接料、轉盤旋轉等功能。
3係統實現
3.1 PLC程序實現
本配料控製係統的PLC程序是采用西門子S7PLC的編程軟件STEP7V5.2設計而成。當CPU接收到工控機發送的配方數據，就開始自動稱重過程，現場稱重儀表不斷的通過總線把數據傳入PLC，根據實時的稱量量決定是高速加料還是慢速加料，是否進行超重處理。配方中設定接料順序，按設定好的順序排料，當一份料稱好並且順序字符合的時候發送給PLC稱好的信號，PLC再去控製接料筐去接相應的料；稱量下料結束後接料筐繼續隨著轉盤旋轉等待接下一份料；當一個配方裏的所有料都已經接好，轉盤自動轉到裝卸袋區域，換上新袋繼續以上過程。
3.2上位軟件的設計與工作流程
上位機軟件是與PLC程序配套設計的。基於WINDOWS的上位機軟件具有實時過程監控、超重/超時報警、報警處理、自動保存數據、查詢曆史數據、打印配方與曆史數據等功能。
首先進入工作界麵，讀取PLC信息；若正在工作中，則顯示正在工作的信息；如不在工作中則進入配方輸入與選擇，軟件把配方數據發送到PLC，PLC根據收到的數據工作。
4係統特點
4.1 接料
本係統采用兩個安裝在轉盤上的接料筐旋轉方式接料，有效地解決了一字排開的配料係統用小車接料方案中接料時間在整個生產時間占的比重過大的問題。從發出接料信號到旋轉至接料位置最長時間僅為2個料筐的間距時間，這比小車接料速度提高很多，有利於提高整個係統的效率。順序接料方式，使每種配方的小料按設定順序層疊，使得工藝人員能夠方便辨認所稱小料以及對故障並行排查。
4.2 粉塵處理
由於小料的物料中有許多料容易發生破碎，特別是在喂料和卸料的過程中產生大量的粉塵，對工作環境、操作人員的健康有很大的影響，且長時間的粉塵也浪費了大量的原材料。本係統采用一秤一除塵風管的設計，提高物料利用效率，降低了環境汙染。
4.3 超重處理
由於在稱量過程中存在著過衝量（物料已經落在半空，還沒有完全落下）。超重在一定程度上是不能完全杜絕的（在對速度有一定要求的情況下）。如何處理超重的物料也就是一個配料係統設計過程中必須考慮的問題。本係統在稱量過程中利用相對簡單、易於實現的方式來進行超重部分的處理。
5 結論
本小料配料控製係統在調試中的數據顯示旋轉接料式的配料係統從速度和精度上均符合或超過生產工藝要求，控製精度可達到0.5%，合理的超重處理功能提高了操作人員的工作效率。基於PROFIBUS的分布式網絡控製提高了係統的可靠性、可維護性、和可擴展性。

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