基于PLC控制的称重加料系统设计分析

本文以在工业企业中应用广泛的皮带式称重加料控制系统为例，介绍了基于PLC的自动连续称重送料生产工艺流程，设计了以日本三菱公司的FX2N型PLC为控制器的自动称重送料控制系统。文中侧重介绍了控制系统的硬件配置、选型原理、软件编程以及系统实现中其他应注意的问题。

【关键词】PLC 皮带称重加料 硬件配置

随着社会生产力水平的不断提高，人们日益重视在生产过程中降低劳动强度、改善工作环境。称重加料设备经常用于如水泥、钢铁、电力生产以及化工行业，而自动化程度高的基于PLC控制的称重加料系统由于其较高的稳定性和适用性成为这些应用领域的首选。将PLC应用于工业生产的各种称重生产环节，可使控制系统变得简洁方便，自动化程度大幅提高，极大提高生产效率。

1 控制系统结构简介

皮带式称量送料系统是各大工业生产企业的重要动力设备，主要任务是均匀、连续、定量地给下一工序输送生产原料，并且可以在输送过程中对原料进行连续称重，同时根据系统操作员发送的指令自动调节原料供应量。皮带式连续称重系统的计算原理是单位长度上的重量为Q的物料乘以送料速度V（皮带转速），之后将其对时间t积分，即可得到物料的输送量。皮带称重加料系统工艺流程及结构如图1所示。

FX2N型PLC采用自由配置方式的I/O通道，输入输出继电器可自由选择配置。其中，和DI点对应的是输入继电器，和DO点对应的是输出继电器。下面简单列出控制系统的部分I/O接口配置表（见表1）。

2 控制系统硬件配置

根据以上的控制系统任务分析，结合PLC的I/O点数、存储器容量大小、接口模块类型等诸多方面确定PLC具体型号。本次设计使用了FX2N系列小型PLC， FX2N系列PLC不仅能完成常见的逻辑控制、顺序控制和模拟量控制，还能够完成如浮点数运算及PID运算等较为复杂的数据处理工作。本系统硬件配置主要包括处理器单元、I/O扩展单元、电源模块、位置检测元件、触摸屏操作界面等。

2.1 称重功能实现

连续过程中的重量测量是实现称重控制的首个重要环节，其性能的优劣在很大程度上决定了控制系统的准确性和稳定性。由于应变片式传感器具有优异的负荷稳定性、蠕变特性、温度特性和输出精度较高等优点，所以系统采用此型号的传感器。由于应变片式称重传感器一般变送传出的信号为毫伏信号，无法直接接入PLC控制系统，因此本文采用带有4-20mA模拟量输出功能的就地显示仪表将重量信号送入PLC系统。

2.2 触摸屏

触摸屏属于PLC控制系统的外部设备，因其具有的强大显示和控制功能而逐步取代传统的开关按钮设备。触摸屏既可以对生产现场设备进行实时显示和监控，同时又可以对设备进行操作，与PLC建立通信关系后，通过触摸屏就可以向PLC发送操作指令，查看数据或显示图形。触摸屏在生产过程中不仅为操作者提供了友好的人机界面，同时也大大提高了控制系统的自动化水平。

2.3 电源模块

基于PLC的控制系统对电源并没有特殊的需求，可以使用一般的工业电源或UPS冗余供电。控制系统电源接线图如图2所示。

3 控制系统软件设计

系统采用三菱公司的GX Developer编程软件完成程序设计任务，该软件可以为包含FX系列在内的诸多型号的PLC提供全中文编程环境。在GX Developer中，设计者可以通过梯形图（LD）、顺序流程图（SFC）等语言创建顺控指令程序或设置寄存器数据。

3.1 程序说明

主程序主要用于实现物料的连续测量及给料过程控制，并实现称重、显示等子程序的调用，主程序按照时间顺序来调用子程序。子程序主要用来实现物料信息采集，并将数据存储到特定的单元中，同时计算出需要增加或减少的煤的重量，实现系统的全自动控制。中断程序实现控制系统故障及故障状态诊断和显示。

3.2 程序特点

使用的特殊标志位可以使PLC仅在第一个扫描周期内执行初始化子程序，即使在PLC加电后特殊标志位也不会受开关状态变化的影响。

在程序设计过程中往往需要对不同的设备设定不同的延时时间，这项功能主要利用不同参数的定时器来完成，定时器可以灵活地根据控制要求进行延时时间的设定。

图3是自动运行状态下称重加料过程的部分梯形图，PLC程序按照从上而下、从左而右的先后顺序循环扫描。

4 结束语

基于PLC的皮带式称重送料控制系统主要是以PLC为控制核心，实现称重加料系统的自动稳定运行。本文主要从系统工艺流程和具体的软硬件结构等方面对系统做了简要的介绍，在设计过程中采用的FX2N型可编程控制器及其相关硬件配置和程序设计是完全可行的，该类系统目前在实际的生产过程中得到了广泛的应用。

参考文献

[1] 吉顺平.可编程序控制器应用及原理[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者单位

江苏省常州技师学院 江苏省常州市 213032