基于PLC的電子稱重及定量包裝控制系統(tǒng)設(shè)計

1、河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計論文論文題目：基于plc的電子稱重及定量包裝控制系統(tǒng)設(shè)計 系 部 自動控制系 專 業(yè) 生產(chǎn)過程自動化 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2011年 05月21日摘 要 在現(xiàn)代化很多產(chǎn)品生產(chǎn)中包裝量的準確度是產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標之一，它直接影響生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益和消費者的利益。由于機械城有靈敏度低、存在接卸死區(qū)、精確度差、控制動作慢的缺點所造成的機械誤差比較大。隨著機械自動化水平的不斷提高，自動控制技術(shù)在定量包裝生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多，在糧食、化肥、飼料和輕工業(yè)等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。稱量包裝技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了手工稱重、繼電器控制、稱重儀表控制、plc控制等幾個階段。相對

2、于傳統(tǒng)的稱重儀表控制，應(yīng)用plc和觸摸屏組成的控制系統(tǒng)便于將開關(guān)設(shè)置，復(fù)位操作以及設(shè)定和修改系統(tǒng)參數(shù)功能有機的結(jié)合，提高機器速度和精度。本文主要介紹了plc在稱重式自動定量包裝機系統(tǒng)中的應(yīng)用，控制系統(tǒng)采用simatic s7-200plc和文本顯示器構(gòu)成，通過plc對稱重過程和包裝過程進行控制。論述了包裝機的系統(tǒng)組成及工作原理，并對控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計進行了詳細的分析。關(guān)鍵詞：電子稱重、封裝、plc、靈敏度、精度abstract in modern many products production in the accuracy of packaging quantity of the pr

3、oduct quality index, it is one of important directly influences the economic benefits of producers and consumers interests. due to mechanical city have sensitivity low, existing dead zone, to receive and unload bad, the control precision of slow caused by mechanical error shortcoming is larger. with

4、 the continuous improvement of the mechanical automation level, automatic control technology in quantitative packaging production more and more application in food, chemical fertilizer, feed and light industries have widely used. weighing packaging technology development roughly experienced manual w

5、eighing, relay control, weighing instrument control, plc control and so on several stages. compared with the traditional weighing instrumentation control, application of plc and touch screen control system facilitate will switch settings, reset operation and setting and modify system parameter funct

6、ion organic union, enhance machine speed and precision. this article mainly introduced the plc in weighing type automatically quantitative packaging machine system, the application of simatic control system adopts s7-200 plc and text display constitute, through plc in weighing process and packaging

7、process control. discusses the packaging machine system composition and working principle of the control system, and the hardware and software design were analyzed in detail.key words: electronic weighing、packaging、plc、sensitivity and accuracy 目 錄第1章 緒論1 1.1 定量包裝秤的市場分析和趨勢1 1.2 內(nèi)外有關(guān)的研究和發(fā)展趨勢1 1.3 定量包裝

8、秤的發(fā)展前景2第2章 定量包裝秤的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 2.1 方案選擇3 2.2 工作原理32.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制要求5第3章 定量包裝秤的硬件設(shè)計103.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計103.2 plc選型及i/0口分配11123.3 擴展單元 133.4 擴展單元的主要技術(shù)特性15第4章 定量包裝秤的軟件設(shè)計與調(diào)試20 4.1 稱重信號處理214.2 plc程序設(shè)計21 4.3 pop文本畫面設(shè)計25 4.4 軟件提高精度的方案25第5章 總結(jié)27致謝28參考文獻29第1章 緒論1.1 定量包裝秤的市場分析和趨勢 中國加入wto后，市場經(jīng)濟得到飛速發(fā)展，糧油、食品、化工藥品等行業(yè)都得到飛速的發(fā)展

9、。為了能提高聲場效能，降低生產(chǎn)成本，計量、定量包裝、重量檢測的龔古爾自動化需求越來越迫切。目前，各種稱重設(shè)備倒在向自動化、通用型、高精度型、個性化方向發(fā)展，以滿足客戶需求。電子稱重技術(shù)是集機械、電子、材料、信息、管理為一體的綜合技術(shù)，是一項系統(tǒng)工程。長期以來，各工業(yè)發(fā)達國家都把電子城中技術(shù)的研究及應(yīng)用提高到電子稱重設(shè)備制造工程的高度來認識。他們不約而同地將研究開發(fā)的重點從單純的稱重轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程的稱重系統(tǒng)和自動控制領(lǐng)域，使稱重計量的內(nèi)涵不斷擴展，由狹義到廣義，由單項到系統(tǒng)，新型的現(xiàn)代稱重計量概念已脫穎而出，一躍成為當今世界矚目的技術(shù)與行業(yè)。定量包裝控制器是電子衡器的重要基礎(chǔ)部件，它直接影響電子

10、衡器及電子稱重系統(tǒng)的功能和性能，反應(yīng)了稱重計量的技術(shù)水平?？梢哉f稱重顯示控制器是基于稱重計量自動化和電子稱重控制器快速發(fā)展的促進和牽引，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步而發(fā)展起來的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多高新技術(shù)如微電子技術(shù)的普及，新機理、新結(jié)構(gòu)的接觸式和非接觸式高精度位移、速度、加速度傳感器的問世，為在稱重理論的研究中，用工程力學(xué)來代替工程靜力學(xué)解決動態(tài)自量測量問題創(chuàng)造了條件。稱重顯示控制器是研究承購轉(zhuǎn)化為商品的重要橋梁，是企業(yè)強化競爭力，提高經(jīng)濟效益的主要手段。特別是目前市場日趨國際化的情況下，采用高薪急速正起著越來越重要的作用。內(nèi)外有關(guān)的研究和發(fā)展趨勢國外研究概況：電子稱重技術(shù)是集機械、

11、電子、材料、信息、管理為一體的綜合技術(shù)，是一項系統(tǒng)工程。長期以來，各工業(yè)發(fā)達國家都把電子稱重技術(shù)的研究及應(yīng)用提高到電子稱重設(shè)備制造工程的高度來認識。他們不約而同地將研究開發(fā)的重點從單純的稱重轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程的稱重系統(tǒng)和自動控制領(lǐng)域，使稱重計量的內(nèi)涵不斷擴展，由狹義到廣義，由單項到系統(tǒng)，新型的現(xiàn)代稱重計量概念已脫穎而出，一躍成為當今世界矚目的技術(shù)與行業(yè)。美國、法國、日本和意大利是世界上包裝機械四大出口國，同時也是電子稱重設(shè)備的主要出口國，他們各自的年出口額與我國衡量工業(yè)的年產(chǎn)值差不多。其原因主要是這些國家在這些電子稱重系統(tǒng)和電子稱重控制器產(chǎn)品的研究、設(shè)計、生產(chǎn)和檢測中，不斷納入現(xiàn)代新技術(shù)，特別是現(xiàn)

12、代制造技術(shù)和工藝技術(shù)。國內(nèi)研究動態(tài)：50年代中期電子技術(shù)的滲入推動了衡量制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機電結(jié)合式電子稱重控制器以來，經(jīng)過40多年的不斷改進與完善，我國電子稱重控制器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子稱重控制器的技術(shù)設(shè)備和檢測實驗手段基本運達到國際90年代中期的水平。電子稱重控制器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從但參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特備是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與發(fā)展。但就總體而言，我國電子稱重控制器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與發(fā)達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不

13、夠先進、工藝設(shè)備與測試普遍老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性結(jié)合可靠性比較差等。我國的動態(tài)稱重儀表與國外同類產(chǎn)品有一定的差距，尤其在動態(tài)穩(wěn)定性和可靠性上差距還很大，需要我國企業(yè)努力改變這一現(xiàn)狀。1.3 定量包裝秤的發(fā)展前景定量稱重包裝控制器是電子衡器的重要基礎(chǔ)部件，它直接影響電子衡器及電子稱重系統(tǒng)的功能和性能，反應(yīng)了稱重計量的技術(shù)水平。可以說稱重定量包裝控制器是居于稱重計量自動化和電子稱重控制器快速發(fā)展的促進和牽引，隨著電子技術(shù)和計算機的進步而發(fā)展起來的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多高新科技如微電子技術(shù)、計算機技術(shù)。傳感器技術(shù)和信息技術(shù)等滲入到稱重計量領(lǐng)域，特別是在未處理技術(shù)

14、的普及，新機理新結(jié)構(gòu)的接觸適合非接觸式高進度位移、速度、加速度傳感器的問世，為在稱重理論的研究中，用工程力學(xué)來代替工程靜力學(xué)解決動態(tài)質(zhì)量測量問題創(chuàng)造了條件。稱重定量包裝控制器好似科研成果轉(zhuǎn)化為商品的重要橋梁，是企業(yè)強化競爭力，提高經(jīng)濟效益的重要手段。特別是當前市場日趨國際化的情況下面采用高新科技正起著越來越重要的作用。在國家糧食局組織的國家直屬糧食儲備庫設(shè)備的招標中，許多單位都訂購了定量包裝秤，它的性能好壞和使用的熟練程度直接影響到國家糧食儲備庫的經(jīng)濟效益。在這種背景下，熟練掌握必要的調(diào)試知識對于糧食儲備庫來說是十分迫切和必要的。第2章 定量包裝秤的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 定量包裝秤簡介定量

15、包裝秤由稱重單元、小車、縫包輸送裝置、氣動系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)，定量包裝控制儀表等組成。其中影響打包速度和準確度的關(guān)鍵部件是稱重單元，它包括儲料倉、閘門、截料裝置、秤體、夾袋裝置、支架、電氣控制裝置等。儲料倉為緩沖式料倉，用于物料儲備并提供一個接近均勻的物料流；閘門位于儲料倉底部，當設(shè)備檢修或出現(xiàn)故障時，用于將物料封阻在儲料倉內(nèi)；截料裝置由截料斗、截料門、氣動元件、補氣門等組成，在稱重過程中提供快、慢兩級給料，其快、慢給料的物料流均可單獨進行調(diào)整，從而保證定量包裝秤滿足計量的準確度要求和速度要求；補氣門的作用為平衡稱重時系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓差；秤體主要由稱量斗、承重支架和稱重傳感器組成，完成重量到電信號的

16、轉(zhuǎn)變并傳輸給控制單元；夾袋裝置主要由夾袋機構(gòu)、氣動元件等組成，作用為夾緊包裝袋，讓稱重完畢的物料全部落入包裝袋；電氣控制裝置由稱重顯示控制器、電氣元器件、控制柜組成，作用為控制系統(tǒng)工作，使整個系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)定的程序，有序工作。自動定量包裝秤應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)自動定量包裝，整個稱量過程由電腦控制，自動完成。具有稱量速度快；稱量精度高，省力，省人，操作簡單，維護方便的特點。針對某些企業(yè)原有稱重設(shè)備技術(shù)水平落后、控制精度和生產(chǎn)效率低的實際情況，對出料裝置、稱重傳感器配置及電氣、稱重控制過程實施了技術(shù)改造。改造后的控制系統(tǒng)以plc為核心，稱重傳感器為檢測元件，變頻電機為執(zhí)行元件，人機界面為監(jiān)控手段，

17、提高了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。2.2 工作原理當定量包裝秤進入自動運行狀態(tài)后，稱重控制系統(tǒng)打開給料門開始加料，該給料裝置為快、慢兩級給料方式；當物料重量達到快給料設(shè)定值時，停止快給料，此時系統(tǒng)檢測夾袋裝置是否處于預(yù)定狀態(tài)，當包裝袋已夾緊后，系統(tǒng)發(fā)出控制信號打開稱量斗卸料門，物料進入包裝袋中，物料放完后自動關(guān)閉稱量斗的卸料門；卸空物料后松開夾袋裝置，包裝袋自動落下；包裝袋落下后進行縫包并輸送到下一工位。如此循環(huán)往復(fù)自動運行。稱重式自動定量包裝機的工作原理流程圖如圖2.1所示。當儲料斗中物料足夠，在重力的作用下進入重力供料裝置，完全打開料門進入大給料狀態(tài)。當?shù)竭_給定大給料重量時，關(guān)閉給料門，留一條

18、狹縫，進入小給料狀態(tài)。當?shù)竭_給定小給料重量時，完全關(guān)閉給料門，經(jīng)過一定的空中落料，稱量斗穩(wěn)定，并且卡袋機構(gòu)卡緊時，卸料門打開，物料進入放料斗，再落入袋內(nèi)，完成一個包裝循環(huán)。相對傳統(tǒng)的稱重儀表節(jié)制，現(xiàn)代的包裝應(yīng)用plc和觸摸屏組成的節(jié)制體系便于將開關(guān)量設(shè)置、復(fù)位操縱以及設(shè)定和改削體系參數(shù)成果有機的聯(lián)絡(luò)，進步呆板速率和精度。 1-儲料斗 2-插板 3-給料門 4-稱重傳感器 5-稱重斗 6-卸料門 7-放料斗 8-卡帶機構(gòu)圖2.1 包裝機組圖圖2.2 工作原理流程圖2.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制要求 定量包裝秤主要是由電子稱重和包裝技術(shù)組成。模塊通過接線盒并聯(lián)接入siwarex ms電子稱重模塊。 配料

19、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工藝流程：如圖2.3所示，每臺控制模塊對應(yīng)一臺稱斗的一組傳感器，實現(xiàn)一個稱量單元。綜合考慮結(jié)構(gòu)、料性、配料速度等諸多因素，每個稱量單元對應(yīng)14個料倉，即：每個單元稱量14種物料。共計1520種物料（如：石英砂、純堿、方解石、砒霜等），這也就對配料系統(tǒng)提出了“多物料”自動配料的要求。圖2.3 玻璃配料系統(tǒng)流程圖 2.3.1 電子稱重 “電子稱重”的誕生，使電子秤產(chǎn)品得到廣泛普及，特別是plc技術(shù)和電子應(yīng)變原理的稱重傳感器在稱重領(lǐng)域的應(yīng)用，使電子衡器更加穩(wěn)定、準確，顯示直觀快速，并且突破了傳統(tǒng)衡器單一稱重概念，發(fā)展成為動態(tài)稱重、過程稱重、數(shù)據(jù)存儲/輸出、大大提高了工作效率。進入新世

20、紀，電子科技迅猛發(fā)展，電子秤電子天平價格明顯下降?，F(xiàn)在的高精度電子天平可以分辨到微克級，而且提高了環(huán)境的適應(yīng)能力。電子衡器產(chǎn)品分類：計重秤，計數(shù)秤，條碼打印秤，電子臺秤，電子吊秤，檢重電子秤，大型衡器等。電子秤使用方便、顯示快速直觀（避免人為的視覺判斷誤差）、操作簡單、計量準確度精度高。 電子稱重產(chǎn)品類別：按工作方式可分為機械秤（磅秤），電子顯示秤，自動計量系統(tǒng)。按使用方式可分為案秤，臺秤，小地秤，電子汽車衡，直示吊秤，無線數(shù)傳吊秤，定量包裝系統(tǒng)。按功能可分為，計重秤，計數(shù)秤，計價秤。 電子稱重系統(tǒng)組成：傳感器電路；plc控制電路；顯示電路；鍵盤電路；輸出接口電路；電源電路；以及各種智能電路。

21、當物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使用激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號輸出到cpu運算控。cpu根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器。直至顯示這種結(jié)果。2.3.2 包裝自16世紀以來，由于工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，特別是19世紀的歐洲產(chǎn)業(yè)革命，極大地推動了包裝工業(yè)的發(fā)展，從而為現(xiàn)代包裝工業(yè)和包裝科技的產(chǎn)生和建立奠定了基礎(chǔ)。 18世紀末，科學(xué)家發(fā)明了滅菌法包裝儲存食品，導(dǎo)致19世紀初出現(xiàn)了玻璃食品罐頭和馬口鐵食品罐頭，使食品包裝學(xué)得到迅速發(fā)展。進入19世紀，包裝工業(yè)開始全面發(fā)展，1

22、800年機制木箱出現(xiàn)，1814年英國出現(xiàn)了第一臺長網(wǎng)造紙機，1818年鍍錫出現(xiàn)，1856年，美國發(fā)明了瓦楞紙，1860年歐洲制成制袋機，1868年美國發(fā)明了第一種合成塑料袋，1890年美國鐵路貨場運輸委員會開始承認瓦楞紙箱正式作為運輸包裝容器。進入20世紀，科技的發(fā)展日新月異，新材料、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，聚乙烯、紙、玻璃、鋁箔、各種塑料、復(fù)合材料等被廣泛應(yīng)用，無菌包裝、防震包裝、防盜包裝、保險包裝、組合包裝、復(fù)合包裝等技術(shù)日益成熟，從多方面強化了包裝的功能。 20世紀中后期開始，飛速發(fā)展，包裝已為世界各國所重視，大約90%的商品需經(jīng)過不同程度、不同類型的包裝，包裝已成為和流通過程中不可缺少的重要環(huán)

23、節(jié)。目前，電子技術(shù)、激光技術(shù)、微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于包裝工業(yè)，包裝設(shè)計實現(xiàn)了（cad），包裝生產(chǎn)也實現(xiàn)機械化與自動化生產(chǎn)。 包裝工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，推動了包裝科學(xué)研究和包裝學(xué)的形成。包裝學(xué)科涵概物理、化學(xué)、生物、人文、藝術(shù)等多方面知識，屬于交叉學(xué)科群中的綜合科學(xué)，它有機地吸收、整合了不同學(xué)科的新理論、新材料、新技術(shù)和新工藝，從的觀點來解決商品保護、儲存、運輸及促進銷售等流通過程中的綜合問題。包裝學(xué)科的分類比較多樣，通常將其分類為包裝材料學(xué)、包裝運輸學(xué)、包裝工藝學(xué)、包裝設(shè)計學(xué)、包裝管理學(xué)、包裝裝飾學(xué)、包裝測試學(xué)、包裝機械學(xué)等分學(xué)科。目前，我國已有40多所高校開辦了，包裝人才隊伍日益壯大。本次設(shè)計是根據(jù)

24、稱重式自動定量的操作和控制要求，控制系統(tǒng)選用西門子公司的simatics7-200系列plc，此系列的plc具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴展性強、指令集豐富等特點。所選cpu的型號為cpu 226 acdcrel，它提供24個數(shù)字量輸入和16個數(shù)字量輸出，輸入輸出接口電路均采用了光耦合電路，對外界接口具有很強的適應(yīng)性。并且2個rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。由于要處理傳感器的模擬量輸入信號，所以擴展了一個em 235模擬量處理模塊，該模塊具有4路模擬量輸入。pop文本顯示器對整個系統(tǒng)進行過程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設(shè)定等功能，可以通過ppi協(xié)議和s7-200系

25、列plc的編程口或擴展通訊口直接通訊。2.3.3 控制要求當對計量罐標定好后，設(shè)備運行首先用增量法對離心機從計量罐上方加料進行計量跟蹤。離心機四次加料后或罐內(nèi)物料大于一定重量時。計量設(shè)備向離心機發(fā)出禁止出料信號，同時處于放料等待狀態(tài)隨時可以接受指令進行放料。開始放料又用減量法計量，并且要均速在30分鐘內(nèi)放完料。放完料后可將該次稱重數(shù)據(jù)與時間進行保存。第3章 定量包裝秤的硬件設(shè)計3.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計該系統(tǒng)主要為開關(guān)量控制，料門的全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。設(shè)備即可以手動操作也可以自動操作。手動操作要求用按鈕對機器的每一步運動單獨進行操作控制。自動操作要求按一下自動/手動選

26、擇開關(guān)，機器自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，則機器繼續(xù)完成一個周期的動作，回到初始狀態(tài)后自動停止。 3.1.1 硬件配置系統(tǒng)硬件配置結(jié)構(gòu)包括中央處理單元及i/o擴展單元、檢測元件(光電開關(guān)和接近開關(guān)等)、操作面板(觸摸屏,按鈕開關(guān)和指示燈)、控制元件(交流接觸器和電磁閥)以及執(zhí)行元件(電動機和氣缸)等幾部分。觸摸屏作為設(shè)備控制的操作界面,接受來自操作人員的操作指令并指示設(shè)備的運行狀態(tài)，并以菜單形式顯示機器啟停、功能切換、工況檢測、數(shù)據(jù)輸入與修改、運行狀態(tài)、故障報警等,使參數(shù)組態(tài)變得更為方便；檢測元件檢測料計量、投料結(jié)束信號，以及各部分的動作完成情況；plc自動循環(huán)掃描各個

27、輸入輸出點的當前狀態(tài),并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點的狀態(tài),通過通斷交流接觸器和換向電磁閥來控制電動機的啟停和氣缸的動作,從而完成從自動進料到稱重.包裝接受全過程的自動控制。3.1.2 傳感器的選擇稱重傳感器從受力方式上可分為壓式和拉式傳感器，拉式傳感器在包裝機上安裝簡便，積灰少，維護方便，本方案選用全密封拉式傳感器，型號為shk4型，主要技術(shù)性能為： (1)非線性度，不重復(fù)度及滯后誤差：0.05%fs；(2)輸出靈敏系數(shù)：滿量程時2.6毫伏/伏；(3)激勵電壓：612伏直流。傳感器的安裝數(shù)量根據(jù)g4201型包裝機托袋架安裝位置確定。原機托袋架是由兩個支點與定重支架相連接，本方案每

28、個托袋架采用兩個拉式傳感器，分別安裝在支點上方。當電子稱重裝置故障后，能迅速恢復(fù)原機計量功能。傳感器容量的選擇原則為： 式中：c單個傳感器容量；wnm凈重最大值；k沖擊系數(shù)(一般取1.2)；w托袋架自重；n傳感器個數(shù)。由現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)工藝，已知：wnm=50千克，n=2，w=48千克，k=1.2。將已知數(shù)代入上式得：c=58.8千克。選容量75千克傳感器可以滿足要求。3.1.3 顯示儀表的選配本方案選用md型數(shù)字表作為稱重顯示儀表，數(shù)字顯示儀表準確度高，讀數(shù)方便，抗干擾性強。其主要技術(shù)性能為： （1）顯示范圍：01999 (2)精度：0.1%(1個字)； (3)設(shè)定值誤差：0.2%fs； (4

29、)工作環(huán)境溫度：-1050；濕度85%。該儀表顯示范圍為“500”，精度在1個字時，誤差值為0.1千克，且具有信號輸出，滿足生產(chǎn)工藝要求。3.1.4 安裝及調(diào)校1.安裝傳感器安裝在托袋架上方，上用螺桿吊掛在機體上，下用調(diào)整螺桿與托袋架連接。將機內(nèi)定重砣用鐵板墊高，使定重支架前端下移，刀子與刀承脫離接觸，傳感器承受托袋架全部重量。安裝時要注意調(diào)整托袋架的平衡、垂直，使作用力的方向與傳感器的受力軸線相吻合。顯示儀表和控制元件安裝在控制箱內(nèi)，控制箱置于距包裝機2米以外的支架上，既可防止機械振動對儀表產(chǎn)生影響，又便于操作人員觀察?？刂撇糠植捎秒p向可控硅元件，目的是避免電磁干擾。傳感器與顯示儀之間的聯(lián)接

30、，采用多芯屏蔽電線，防止交流電磁干擾。2.調(diào)校(1)空載校正:空載校正是在傳感器只承受托袋架重量時進行，用數(shù)字電壓表測量傳感器輸入、輸出電壓。調(diào)整穩(wěn)壓使傳感器輸入電壓一致，調(diào)整傳感器受力盡可能使輸出電壓相接近，凋整顯示表使數(shù)字顯示為零。(2)加載調(diào)整:定重包裝(50千克)，對定重點以外準確度要求并不嚴格，在實際調(diào)試中，僅對502千克的量值范圍進行校正，當加載50千克砝碼時，調(diào)整顯示儀使數(shù)字顯示為“500”，然后反復(fù)進行增量、減量和零值調(diào)整，使顯示值與砝碼值之差在誤差范圍內(nèi)。本方案稱重裝置不是成套產(chǎn)品，顯示器也無量綱標志，調(diào)整時若發(fā)現(xiàn)顯示值與砝碼值相差較大，可通過零值遷移和調(diào)整放大倍數(shù)等方法，使

31、顯示值與砝碼值保持不變的比例關(guān)系。(3)定值設(shè)定:放料的沖力和控制機構(gòu)滯后性的影響，實際設(shè)定值要小于定重值，提前量多少，要在實際運行中確定，一般在0.3千克左右。3.精度計算電子稱重裝置的稱重誤差主要來自四個方面，即：稱重傳感器誤差、測量儀表誤差、機械傳力誤差和動態(tài)稱重誤差。在設(shè)計本系統(tǒng)時，我們僅對傳感器和測量儀表引起的稱重誤差進行了計算，然后對照包裝機允許差值進行分析確定，其計算式為： 式中：|稱重誤差(絕對值)；q0砝碼重量值；傳感器和測量儀器的綜合誤差；t傳感器誤差；a1測量儀表誤差；a2定值誤差。包裝機允許稱重誤差1千克，由傳感器和電測儀表引起的稱重誤差僅占允許誤差的11%，給機械傳力

32、和動態(tài)稱重留有充分的允許誤差余地。3.2 plc選型及i/0的分配 根據(jù)稱重式自動定量的操作和控制要求，控制系統(tǒng)選用西門子公司的simatics7-200 系列plc，此系列的plc 具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴展性強、指令集豐富等特點。所選cpu 的型號為cpu 226 acdcrel，它提供24個數(shù)字量輸入和16 個數(shù)字量輸出，輸入輸出接口電路均采用了光耦合電路，對外界接口具有很強的適應(yīng)性。并且2 個rs485 通訊/編程口，具有ppi 通訊協(xié)議、mpi 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。由于要處理傳感器的模擬量輸入信號，所以擴展了一個em 235 模擬量處理模塊，該模塊具有4 路模擬量輸入。po

33、p 文本顯示器對整個系統(tǒng)進行過程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設(shè)定等功能，可以通過ppi 協(xié)議和s7-200 系列plc 的編程口或擴展通訊口直接通訊。 自動包裝機工藝過程由進料、充填、稱重、檢測、包裝幾部分組成，包裝機控制系統(tǒng)輸入信號有：啟動、停止及急停信號，安全門開關(guān)檢測，缺袋檢測，定量充填部分信號，動盤到位檢測，包裝檢測。輸出信號有：傳送帶的啟動，袋的加緊與松開，防止加料外漏，定量稱重，傳送帶的運行狀態(tài)，報警控制，轉(zhuǎn)位電機控制，電機啟停控制信號等。綜合上述控制要求，并基于整個控制系統(tǒng)總成本及備用點考慮，本設(shè)計選用輸入24點、輸出24點的plc基本單元。i/o點分配如表3.1所示。表3.1 i/0點分配

34、表i0.1開 始q0.1甲不放料i0.2甲稱松袋q0.2放 料 甲i0.3甲稱夾袋q0.3甲不放料i0.4甲稱運袋q0.4乙秤夾袋i0.5乙稱松袋q0.5放 料 乙i0.6乙稱夾袋q0.6乙不放料i0.7停 止q0.7乙不放料i1.1輸入脈沖q1.1輸出脈沖圖3.1 plc接線圖3.3 擴展單元 cpu 226本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量i/o點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30khz高速計數(shù)器，2路獨立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。2個rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、

35、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。西門子s7-200系列plc適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價格比。(1)s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性極豐富的指令集易于掌握豐富的內(nèi)置集成功能實時特性強勁的通訊能力豐富的擴展模塊s7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮

36、其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。(2)s7-200系列plc可提供4個不同的基本型號的8種cpu供您使用。 cpu單元設(shè)計集成的24v負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出，cpu 224，cpu 224xp，cpu 226分別輸出280，400ma。可用作負載電源。不同的設(shè)備類型cpu 221226各有2種

37、類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。 本機數(shù)字量輸入/輸出點cpu 221具有6個輸入點和4個輸出點，cpu 222具有8個輸入點和6個輸出點，cpu 224具有14個輸入點和10個輸出點，cpu 224xp具有14個輸入點和10個輸出點，cpu 226具有24個輸入點和16個輸出點。 本機模擬輸入/輸出點cpu 224xp具有2個輸入點，1個輸出點。中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。 高速計數(shù)器cpu 221/222:4個高速計數(shù)器（30khz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個獨立的輸入端可同時作加、減計數(shù)，可連接兩個相位差為90的a/b相增量編碼器cpu224/224x

38、p/226: 6個高速計數(shù)器（30khz），具有cpu221/222相同的功能。cpu 222/224/224xp/226:可方便地用數(shù)字量和模擬量擴展模塊進行擴展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對本機輸入信號進行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 脈沖輸出2路高頻率脈沖輸出（最大20khz），用于控制步進電機或伺服電機實現(xiàn)定位任務(wù)。 實時時鐘例如為信息加注時間標記，記錄機器運行時間或?qū)^程進行時間控制。塊電池模用于長時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 編程：cpu 2

39、21/222/224/224xp/226step7-micro/win32 v3.1編程軟件可以對所有的cpu 221/222/224/224xp/226功能進行編程。同時也可以使用step 7-micro/win16 v2.1軟件包，但是它只支持對s7-21x同樣具有的功能進行編程。step 7-micro/dos不能對cpu 221/222/224/224xp/226編程。如果使用pg/pc的串口編程，則需要使用pc/ppi電纜。如果使用step 7-micro/win32 v3.1編程軟件，則也可以通過simatic cp 5511或cp 5611編程。在這種情況下，通訊速率可高達187

40、.5kbi。 （3）擴展模塊和plc及傳感器的鏈接：因為傳感器的信號時模擬信號。進入擴展模塊之后把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這樣接可以被plc識別了。就能完成plc對傳感器的控制。如下圖3.2所示：圖3.2擴展模塊與plc和傳感器連接圖3.4 擴展單元的主要技術(shù)特性下面以s7-200cpu224為例說明s7系列plc的主要技術(shù)性能。3.4.1 一般性能s7-200cpu224的一般性能如表3.2所示：表3.2 一般性能表電源電壓dc 24v，ac 100230v電源電壓波動dc 20.4-28.8，ac 84-264v（47-63hz）環(huán)境溫度、濕度水平安裝0550c，垂直安裝0450c，595

41、%大氣壓8601080hpa保護等級ip20到iec529輸出給傳感器的電壓dc 24v （20.4-28.8v）輸出給傳感器的電流280ma，電子式短路保護（600ma）為擴展模塊提供的輸出電流660ma程序存儲器8k字節(jié)/典型值為2.6k條指令數(shù)據(jù)存儲器2.5k字存儲器子模塊1個可插入的存儲器子模塊數(shù)據(jù)后備整個bd1在eeprom中無需維護編程語言lad，fbd，stl程序結(jié)構(gòu)一個主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定時控制（1255ms）子程序級8級用戶程序保護3級口令保護指令集邏輯運算、應(yīng)用功能位操作執(zhí)行時間0.37s掃描時間監(jiān)控300ms（可重啟動）內(nèi)部標志位256

42、，可保持：eeprom中0112計數(shù)器0256，可保持：256，6個高速計數(shù)器定時器可保持：256， 4個定時器，1ms30s，16個定時器，10ms5min236個定時器，100ms54min接口一個rs485通信接口可連接的編程器、pc pg740p=2*roman ii,pg760p=2*roman ii,pc(at)本機i/o數(shù)字量輸入：14，其中4個可用作硬件中斷，14個用于高速功能數(shù)字量輸出：10，其中2個可用作本機功能模擬電位器2個可連接的i/o數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74模擬量輸入/輸出：最多28/7（或14）as接口輸入/輸出：496最多可接擴展模塊7個3.4.2 輸入特

43、性s7-200cpu224的輸入特性如表3.3所示：表3.3 輸入特性類型源型或匯型輸入電壓dc 24v，“1信號”：14-35a，“0信號”：0-5a，隔離光耦隔離，6點和8點輸入電流“1信號”：最大4ma輸入延遲（額定輸入電壓）所有標準輸入：全部0.2-12.8ms（可調(diào)節(jié)）中斷輸入（i0.0-0.3）0.2-12.8ms（可調(diào)節(jié)）高速計數(shù)器（i0.0-0.5）最大30khz3.4.3 輸出特性s7-200cpu224輸出特性如表3.4所示：表3.4 輸出特性類型晶體管輸出型繼電器輸出型額定負載電壓dc24v（20.4-28.8v）ac 24-230v（20-250v）輸出電壓“1信號”：

44、最小dc20vl+/l-隔離光耦隔離，5點繼電器隔離，3點和4點最大輸出電流“1信號”：0.75a“1信號”：2a最小輸出電流“0信號”：10sa“0信號”：0ma輸出開關(guān)容量阻性負載：0.75a燈負載：5w阻性負載：2a燈負載dc30w，ac200w3.4.4 擴展單元的主要技術(shù)特性s7-200系列plc是模塊式結(jié)構(gòu)，可以通過配接各種擴展模塊來達到擴展功能、擴大控制能力的目的。目前s7-200主要有三大類擴展模塊。 （1）輸入/輸出擴展模塊s7-200cpu上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量i/o點，但如用戶需要多于cpu單元i/o點時，必須對系統(tǒng)做必要的擴展。cpu221無i/o擴展能力，cpu

45、222最多可連接2個擴展模塊（數(shù)字量或模擬量），而cpu224和cpu226最多可連接7個擴展模塊。s7-200plc系列目前總共提供共5大類擴展模塊：數(shù)字量輸入擴展板em221（8路擴展輸入）；數(shù)字量輸出擴展板em222（8路擴展輸出）；數(shù)字量輸入和輸出混合擴展板em223（8i/o，16i/o，32i/o）；模擬量輸入擴展板em231，每個em231可擴展3路模擬量輸入通道，a/d轉(zhuǎn)換時間為25s，12位；模擬量輸入和輸出混合擴展模板em235，每個em235可同時擴展3路模擬輸入和1路模擬量輸出通道，其中a/d轉(zhuǎn)換時間為25s，d/a轉(zhuǎn)換時間100s，位數(shù)均為12位?；締卧ㄟ^其右側(cè)的

46、擴展接口用總線連接器（插件）與擴展單元左側(cè)的擴展接口相連接。擴展單元正常工作需要+5vdc工作電源，此電源由基本單元通過總線連接器提供，擴展單元的24vdc輸入點和輸出點電源，可由基本單元的24vdc電源供電，但要注意基本單元所提供的最大電流能力。 （2）熱電偶/熱電阻擴展模塊熱電偶、熱電阻模塊（em231）是為cpu222，cpu224，cpu226設(shè)計的，西門子plc與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離接口。用戶通過模塊上的dip開關(guān)來選擇熱電偶或熱電阻的類型，接線方式，測量單位和開路故障的方向。 （3）通訊擴展模塊除了cpu集成通訊口外，s7-200還可以通過通訊擴展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò)。

47、s7-200系列目前有兩種通訊擴展模塊：profibus-dp擴展從站模塊（em277）和as-i接口擴展模塊（cp243-2）。 s7-200系列plc輸入/輸出擴展模塊的主要技術(shù)性能如表3.5所示：表3.5 主要技術(shù)性能表類型數(shù)字量擴展模塊 模擬量擴展模塊型號em221em222em223 em231em232em235輸入點8無4/8/16 3無3輸出點無84/8/16 無21隔離組點數(shù)824 無無無輸入電壓dc24v dc24v輸出電壓dc24v或ac24-230vdc24v或ac24-230va/d轉(zhuǎn)換時間250s 250s分辨率12bita/d轉(zhuǎn)換電壓：12bit 電流：11bit

48、12bit第4章 定量包裝秤的軟件設(shè)計與調(diào)試控制系統(tǒng)軟件設(shè)計為各功能軟件設(shè)計，包括顯示功能、參數(shù)設(shè)定功能、自動修正給料量功能、通訊功能等。如圖4.1所示為軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 圖4.1 軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖針對系統(tǒng)要求，綜合考慮可靠性、先進性、系統(tǒng)成本以及通訊能力要求，該控制系統(tǒng)采用西門子s7-200 plc作為主要邏輯控制器，上位機為一臺dell pc和一臺10英寸西門子tp270觸摸屏。稱量控制核心部件是siwarex fta電子稱重模的稱重過程由fta分解完成（包括物料的快慢加轉(zhuǎn)換）。而多配方的存儲與調(diào)用、塊，稱重傳感器給出重量信號(mv模擬量信號)直接進入到siwarex fta，其余

49、多物料加料順序的控制、報表、報警的生成與管理等等則依賴于s7-200 的cpu來完成的。siwarex fta給出確定的動作信號到plc的i/o卡進而由plc的i/o來控制電氣、設(shè)備。同樣，上位機pc或tp270觸摸屏也可以對siwarex fta的稱重過程系統(tǒng)進行監(jiān)視與干預(yù)，實現(xiàn)功能兼容互為備用的作用。見下圖4.2所示：圖4.2 配料控制系統(tǒng)方案4.1 稱重信號處理由于稱量信號存在干擾，需要對信號進行濾波處理，并判斷信號是否穩(wěn)定，讀數(shù)是否準確。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號的比重，是一種程序濾波即軟件濾波。常見的濾波方法有限幅濾波、限速濾波、中值濾波、滑動平均濾

50、波等。本系統(tǒng)采用滑動平均濾波方法，系統(tǒng)采集的信號是與重量成正比的電壓信號。這類信號的特點是存在一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近作上下波動，在這種情況下僅取一個采樣值作為判斷依據(jù)顯然是不準確的。采用滑動濾波方法可以得到較好的效果。該方法采用最新采集的一個數(shù)據(jù)替換n 個暫存數(shù)據(jù)中的最早的一個數(shù)據(jù)，使得n 個暫存數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù)。求平均后所得數(shù)據(jù)既反映了最近的數(shù)據(jù)變化，又克服了隨機誤差帶來的響。所求的平均值為標準差為當標準差 小于設(shè)定值時，則系統(tǒng)穩(wěn)定，當前值即為稱量值。根據(jù)系統(tǒng)要求的精度不同，可以設(shè)定不同的值。42 plc 程序設(shè)計4.2.1 可編程程序控制器可編程控制器簡稱pc（英文全稱：p

51、rogrammable controller），它經(jīng)歷了可編程序控制器pmc、可編程序順序控制器psc、可編程序邏輯控制器plc（英文全稱：programmable logic controller）和可編程序控制器pc幾個不同時期。為與（pc）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。 1987年（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模

52、擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?plc具有可靠性高，抗干擾能力強，硬件配套齊全，功能完善，適用性強，易學(xué)易用，容易改造，體積小，重量輕，能耗低的特點。4.2.2 plc的部分程序及功能說明如下圖4.3和圖4.4所示：雙秤自動運行時，有些地方需要實現(xiàn)互鎖，有些地方需要設(shè)定最佳的定時時間。放料兩秤互鎖：甲秤放料，則乙秤不放料，乙秤放料，則甲秤不放料。放料到一定地位，稱量包裝秤慢加和快加會自動復(fù)位，這時如果自動打開加料門，造成不停的加料放料，因此放料一段時間內(nèi)不能給加料筒加料，料筒沒有關(guān)到

53、位就加料。會造成加料過量。圖4.3甲秤放料定時程序圖圖4.4乙秤放料定時程序圖如下圖4.5所示：松袋放料互鎖，放料時按松袋按鈕不起作用，防止放料途中有人誤按按鈕將料撒在地上，松袋動作則不允許放料，因為松袋意味著沒有包裝袋，沒有包裝帶不允許放料，放料會撒在地上，套袋動作需要自鎖，這樣只要夾袋按鈕接通一下，包裝袋就會夾牢。圖4.5松袋放料互鎖程序圖如下圖4.6所示：定時時間需要按照設(shè)備的特點來設(shè)置，比如夾袋式，最快時間是料落袋口時，剛好夾緊，這個時間就是放料時間，放料時間多長要根據(jù)實際情況來設(shè)置和優(yōu)化；放料完成一定時間內(nèi)不得放料，直到料筒門關(guān)上才能放料，這個時間必須加到程序中，并按照實際情況來進行

54、調(diào)整。對包裝次數(shù)進行計數(shù)，一種是plc按每包一個脈沖輸出，由電子計數(shù)器計數(shù)。操作人員可以按電子計數(shù)器讀數(shù)記錄來計算包數(shù)。圖4.6包裝計數(shù)程序圖 根據(jù)稱重式自動定量包裝機的操作要求，確定各動作的順序和相互之間的關(guān)系，畫出程序流程圖，再由plc 輸入輸出的邏輯關(guān)系編寫出梯形圖。本系統(tǒng)輸入端口定義為自動手動按鈕、卡袋復(fù)位按鈕、單步執(zhí)行按鈕、總復(fù)位按鈕、停止按鈕、卡袋開關(guān)等，輸出端口定義為稱量斗穩(wěn)定指示、大給料氣缸動作、小給料氣缸動作、卸料氣缸動作、卡袋氣缸動作、系統(tǒng)報警等。輸出采用西門子公司step7-micro/win32 軟件進行編寫，程序流程圖如圖4.7 所示:圖4.7 程序流程圖4.3 pop文本畫面設(shè)計