論PLC在電子皮帶秤方面的應(yīng)用

李海軍

[摘? ? 要]PLC為可編程控制器，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)既定數(shù)字預(yù)算、得到既定結(jié)果的電子設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在了工業(yè)領(lǐng)域，隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)技術(shù)的發(fā)展，PLC開始被應(yīng)用電子皮帶秤設(shè)計中。為此，文章首先分析了電子皮帶秤的機械結(jié)構(gòu)及工作原理，其次分析了PLC在電子皮帶秤方面的應(yīng)用特點，最后分析了基于PLC的電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計，以期為PLC在電子皮帶秤中的應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]PLC;電子皮帶秤;控制系統(tǒng)

[中圖分類號]TH715.195 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–02

Application of PLC in Electronic Belt Scale

Li Hai-jun

[Abstract]PLC is a programmable controller. It is an electronic equipment that can realize the established digital budget and obtain the established results. It is widely used in the industrial field. With the development of computer technology and electronic technology， PLC began to be used in the design of electronic belt scale. Therefore， this paper first analyzes the mechanical structure and working principle of the electronic belt scale， then analyzes the application characteristics of PLC in the electronic belt scale， and finally analyzes the design of the control system of the electronic belt scale based on PLC， in order to provide reference for the application of PLC in the electronic belt scale.

[Keywords]PLC; electronic belt scale; control system

電子皮帶秤屬于動態(tài)秤，與常見的磅秤、天平秤、電子秤等靜態(tài)秤不同。因為電子皮帶秤應(yīng)用的動態(tài)計量方式，主要應(yīng)用在工業(yè)控制操作中，能夠?qū)σ欢螘r間內(nèi)皮帶上通過的物料的總重量進行計算，真正實現(xiàn)了自動化和智能化計量。PLC則是電子皮帶秤控制系統(tǒng)的重要元件之一，PLC設(shè)計、應(yīng)用質(zhì)量直接關(guān)系到了電子皮帶秤的計量準(zhǔn)確程度，需要設(shè)計人員結(jié)合實際工作進行PLC選擇。

1 電子皮帶秤的機械結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 電子皮帶秤的機械結(jié)構(gòu)

常見的電子皮帶秤主要由現(xiàn)場變送器、控制儀表、測速設(shè)備、荷載傳感器、交流變頻調(diào)速器幾個部分構(gòu)成。

電子皮帶秤各部分具體的機械結(jié)構(gòu)分析如下?，F(xiàn)場變送器，荷重傳感器得到的電壓信號、測速設(shè)備得到的數(shù)字信號或者是脈沖信號，只有經(jīng)過現(xiàn)場變送器處理，才能夠得到PLC能夠識別和處理的信號?？刂苾x表能夠單獨完成對某一臺電子皮帶秤的控制及管理，也能夠通過與上位機連接建立集散控制系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對多臺電子皮帶秤的控制及管理。測速設(shè)備，在電子皮帶秤中，應(yīng)用頻率較高的測速設(shè)備類型為光電編碼器，其應(yīng)用原理如下：將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號或者是脈沖信號;具體分為光電檢測設(shè)備、光柵盤兩部分，光柵盤與電機處于同軸狀態(tài)。因此，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時光柵盤也在同步轉(zhuǎn)動，光電檢測設(shè)備便能夠得到一定數(shù)量的數(shù)字信號或脈沖信號，計算數(shù)字信號是脈沖信號的數(shù)量，便能夠得到電機的轉(zhuǎn)動速度。荷載傳感器，在電子皮帶秤中，應(yīng)用頻率較高的荷載傳感器類型為電阻應(yīng)變式荷重傳感器，其應(yīng)用原理如下：在外力作用下，彈簧片會出現(xiàn)形變現(xiàn)象，從而帶動粘貼在彈簧片表面的電阻應(yīng)變片隨之出現(xiàn)形變現(xiàn)象。此時，電阻應(yīng)變片的阻值便會出現(xiàn)變化，電路將阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，便能夠?qū)⑼饬ψ兓D(zhuǎn)換為電信號變化。交流變頻調(diào)速器，在電子皮帶秤中，應(yīng)用頻率較高的交流變頻調(diào)速器類型為ABB變頻器，其應(yīng)用原理是實現(xiàn)對電機的運行速度及電子皮帶秤的線速度的調(diào)整。

1.2 電子皮帶秤的工作原理

電子皮帶秤控制系統(tǒng)能夠?qū)芍貍鞲衅鞯玫降碾妷盒盘?、測速設(shè)備得到的數(shù)字信號或脈沖信號進行數(shù)字化處理及針對性調(diào)整;控制儀表能夠通過量化計算、乘法運算得到并且顯示皮帶上物料的瞬時流量，從而得到并且顯示皮帶上物料的累計量，通過對比皮帶上物料的瞬時流量及累計量得到誤差值，根據(jù)誤差值便能夠得到控制輸出值實際出現(xiàn)的變化值;在變化值的控制下，交流變頻調(diào)速器便能夠自行調(diào)節(jié)電機的運行速度及電子皮帶秤的線速度，使實際的流量更加貼近電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)置的流量值，最終完成定量給料工作。

2 PLC在電子皮帶秤方面的應(yīng)用特點

2.1 可靠程度較高

目前，PLC都在向集成化方向發(fā)展，這表示PLC應(yīng)用的大規(guī)模集成電路技術(shù)在逐漸完善，不但能夠確保PLC的生產(chǎn)質(zhì)量，還應(yīng)用了專門的抗干擾設(shè)計技術(shù)，這表示PLC在電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用具有絕對的可靠性。與同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，PLC機外電路系統(tǒng)中的開關(guān)接點、電氣接線數(shù)量較少。這表示PLC的應(yīng)用，不但提高了電子皮帶秤控制系統(tǒng)的集成化程度，也降低了系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率。此外，大部分PLC現(xiàn)已經(jīng)具備了故障自動檢測功能，在發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障后，能夠自行發(fā)出警報信息，并且顯示故障類型及發(fā)生位置。

2.2 維護難度較低

PLC應(yīng)用的是模塊式結(jié)構(gòu)，即不同模塊負(fù)責(zé)完成不同的操作、具備不同的功能，并且能夠聯(lián)合上位機系統(tǒng)實現(xiàn)各模塊的共同應(yīng)用，這表示如果某個模塊出現(xiàn)了故障，只需要對故障模塊進行檢修及更換，不需要更換整體PLC結(jié)構(gòu)，更不需要重新下載應(yīng)用程序，這表示PLC在電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用能夠大幅度降低維修難度。此外，PLC的端子排與模塊是獨立的，這表示如果某個模塊出現(xiàn)了故障，只需要拔出端子排便能夠?qū)收夏K進行檢修及更換，不需要拔出整體PLC結(jié)構(gòu)的端子排。

2.3 通信聯(lián)網(wǎng)便利

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)方式較多，主要有工業(yè)以太網(wǎng)通信、Profibus通信、MPI通信等。因此，PLC在電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用具備通信聯(lián)網(wǎng)便利的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計人員無須針對電子皮帶秤控制系統(tǒng)編寫專門的通信協(xié)議，只需要將PLC接口連接上通信電纜即可實現(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)。PLC便利的通信聯(lián)網(wǎng)條件，為PLC與PLC之間、PLC與電子皮帶秤控制系統(tǒng)之間的信息交換提供了便利，使得各PLC能夠形成一個整體，從而實現(xiàn)分散控制和集中控制功能的同時應(yīng)用;并且PLC通信聯(lián)網(wǎng)接口類型較多，能夠滿足實際需求。

3 基于PLC的電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

電子皮帶秤控制系統(tǒng)PLC選型需要遵循以下幾項原則：滿足客戶對于系統(tǒng)的需求;符合現(xiàn)階段設(shè)計及開發(fā)工藝需求;在確保系統(tǒng)基本功能和應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上，盡量降低設(shè)計及開發(fā)成本。

例如，某電子皮帶秤控制系統(tǒng)要求有8臺臺電子皮帶秤、9個開關(guān)量輸出（1個報警信號、8個啟動停止信號）、16個模擬輸入量（8個速度信號輸入、8個重力信號輸入）、8個模擬輸出量（8個控制輸出信號）?；谏鲜鲆?，現(xiàn)選擇應(yīng)用西門子S7-300PLC，并且配置1個5A電源模塊、1個CPU313C模塊、2個SM331模擬量輸入模塊、2個SM332模擬量輸出模塊。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.2.1 軟件系統(tǒng)基本設(shè)計思路和步驟

基于PLC的電子皮帶秤控制系統(tǒng)需要包含測皮、標(biāo)定、手動控制、自動控制、停止操作5項功能，整體功能描述為：以電子皮帶秤每米段上的物料重量、每秒物料移動的距離為依據(jù)，計算得到瞬時流量，再通過瞬時流量計算得到累積量。在此基礎(chǔ)上，可以將軟件設(shè)計具體分為如下5個步驟：①測皮，測量電子皮帶秤的皮帶重量，在測量過程中，電子皮帶秤上不能有任何物料，目的是直接通過計算得到皮帶上物料的凈重，即皮帶上物料的毛重——電子皮帶秤皮重;②標(biāo)定，對標(biāo)定系數(shù)進行修正，目的是確保皮帶實際下料量與標(biāo)定顯示量的相同，以此來實現(xiàn)對皮帶實際下料量的科學(xué)計算;③手動控制，通過人工控制方式，電子皮帶秤能夠維持在一個較為穩(wěn)定的運行速度和輸出速度;④自動控制，通過PID調(diào)節(jié)方式，電子皮帶秤能夠按照既定運行速度和輸出速度運行;⑤停止操作，令電子皮帶秤停止運行，電子皮帶秤控制系統(tǒng)運行流程如圖1所示。

3.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計重點和技巧

某電子皮帶秤控制系統(tǒng)要求有8臺電子皮帶秤，這表示在軟件系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要設(shè)計8個數(shù)據(jù)模塊來儲存8臺電子皮帶秤的運行參數(shù);但是如果按照這種設(shè)計思路，某電子皮帶秤控制系統(tǒng)要求有100臺電子皮帶秤，便需要設(shè)計100個數(shù)據(jù)模塊，這顯然是不科學(xué)、不合理的，并且會造成數(shù)據(jù)模塊儲存空間的浪費，從而增加電子皮帶秤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計成本。因此，在電子皮帶秤控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊設(shè)計中，可以應(yīng)用如下設(shè)計思路：①建立1個“用戶定義塊”，將其命名為“Steel Param”，在此模塊中建立單臺電子皮帶秤的標(biāo)準(zhǔn)運行參數(shù);②建立1個“數(shù)據(jù)塊”，將其命名為“Steel”，在此模塊中建立單臺電子皮帶秤的應(yīng)用命令;③綁定“Steel Param”和“Steel”。這樣8臺電子皮帶秤便能夠共同應(yīng)用1個數(shù)據(jù)模塊，同樣100臺電子皮帶秤也能夠共同應(yīng)用1個數(shù)據(jù)模塊，這樣不但實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)模塊儲存空間的合理應(yīng)用，還提高了電子皮帶秤控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計的科學(xué)程度和合理程度，大幅度提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率和質(zhì)量。

在電子皮帶秤控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計過程中，難免會出現(xiàn)諸多不可抗因素和外界影響因素，這些都會對設(shè)計工作的開展造成阻礙。其中，最為常見的不可抗因素便是干擾，就現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平而言，干擾是不可避免的，即設(shè)計人員無法通過軟件設(shè)計實現(xiàn)對干擾因素的完全排除;但是設(shè)計人員能夠通過軟件設(shè)計進行濾波處理，如果電子皮帶秤控制系統(tǒng)軟件程序每秒完成的采樣操作次數(shù)較多，得到的采樣數(shù)據(jù)也就越多。此時，可以在去掉最大值和最小值之后，計算得到剩余采樣數(shù)據(jù)的平均值，這樣便能夠最大限度地縮小采樣數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的誤差，即通過濾波處理最大限度地規(guī)避干擾因素的影響。

4 結(jié)束語

PLC在電子皮帶秤控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，具有可靠程度較高、維護難度較低、通信聯(lián)網(wǎng)便利。因此，能夠提高操作配置的靈活程度，降低控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用成本。由此可見，設(shè)計人員需要從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面，展開對電子皮帶秤控制系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計，最大限度地提高計量的準(zhǔn)確程度和精確程度，在精準(zhǔn)稱重數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，各項業(yè)務(wù)工作才能夠高質(zhì)量高效率展開。

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