【正文】 ③稱重傳感器準確度的選用原則： 對于一 臺衡器來講，選用的稱重傳感器的準確度越高越好，但也有兩個前提條件：一是能采購得到，二是采購價格能夠承受。例如，一臺 80噸的地磅，用 8 只最大稱量為 30噸的傳感器，自重為 18 噸，負載量最大的稱重傳感器也只有 3 噸自重，而滿載時 負荷最大的達到 噸。主要有：電阻應變片式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式等，其中，電阻應變片式稱重傳感器有以下主要優(yōu)點： ①結(jié)構(gòu)簡單、體積小、密封性好 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 26 頁 共 42 頁 ②線性度和重復性好 ③頻率響應快，能進行動態(tài)稱重 ④長期穩(wěn)定性好，工作可靠 ⑤和稱重秤架聯(lián)接簡單、方便 ⑥綜合誤差小。 常將傳感器的功能與人類 5 大感覺器官相比擬： 光敏傳感器 —— 視覺 聲敏傳感器 —— 聽覺 氣敏傳感器 —— 嗅覺 化學傳感器 —— 壓敏、溫敏、流體傳感器 —— 觸覺 根據(jù)傳感器工作原理，還可分為物理傳感器和化學傳感器二大類。 （ 2）傳感器的分類 德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為 系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。機箱前面板上的系統(tǒng)狀態(tài) LED 指示燈可顯示電源、硬盤和系統(tǒng)電壓的運行情況。 ⑦ 軟驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、鼠標、顯示器可任選。 ④ 國內(nèi)新興工控廠商： 主要有深圳研祥、艾雷斯、北京華北等，是主流機型的市場追隨廠商，發(fā)展較迅速，產(chǎn)品市場定位低。 （ 2）在 Wincc 上添加 SIAMTIC S7 通訊協(xié)議 網(wǎng)卡安裝正確后，打開 WINCC，選擇 “Tag Management” 擊右鍵選擇 “Add 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 21 頁 共 42 頁 Newdriver” ，再彈出窗口 中選擇 ”SIAMTIC S7 protocol suite” 連接驅(qū)動，將其添加到 ”Tag Management” 向下， S7 協(xié)議組包括在不同網(wǎng)絡上應用的 S7協(xié)議，如 MPI 網(wǎng)，PROFIBUS 網(wǎng)，以及工業(yè)以太網(wǎng)等，在這些網(wǎng)絡上，應用層是 S7 協(xié)議，這里我們通過 MPI通訊。 工控機與 PLC 的通訊 本設計是通過多點接口 (MPI)協(xié)議的數(shù)據(jù)通信 來實現(xiàn)工控機與 PLC 的通訊。這樣，系統(tǒng)中的微機之間需要通信。 （ 3） 操作設備 系統(tǒng)的操作設備是操作員和系統(tǒng)之間的信息交換工具。 ⑤ 其他配件 IPC 的其他配件 基本上都與 PC 機兼容，主要有 CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標、光驅(qū)、顯示器等。 ⑩ 可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務的調(diào)度和運行。 CPU 及各功能模塊皆使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。 表 1 S7300各模塊電流耗量和功率損耗 模塊 通過背板總線吸取的電流（最大值） 從 24V 負載電源吸收的電流（不帶負載運行） 功率損耗（正常運行） CPU315 供 1A 8W SM321 25MA 1MA SM323 80MA 100MA SM331 60MA 60MA SM332 60MA 340MA 6W CM35 150MA 如 上 表 所 示 ， 該 系 統(tǒng) 各 個 模 塊 從 S7300 背 板 總 線 吸 取 的 電 流 為60+60+150+80+25=375MA 沒有超過 CPU315 所能轉(zhuǎn)供的電流 1. 2A。 S7300模塊使用的電源由 S7300背板總線提供，一些模塊還需從外部負載電源供電。采用 4線回路能獲得比較高的輸出精度 。 SM331 的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。積分式 A/D 轉(zhuǎn)換的積分時間直接影響到 A/D轉(zhuǎn)換時間和 A/D 轉(zhuǎn)換精度。 CPU315 滿足系統(tǒng)的要求。 CPU315 可調(diào)用 128 個功能塊 FB (0127)。 ④ 存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正 常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。 CPU支持下列通訊類型 : ① 過程通訊 ② 通過總線 (AS1 或 PROFIBUS)對 u0 模塊周期尋址 (過程映象交換 ) ③ 數(shù)據(jù)通訊 在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面 (HMI)和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會周期河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 12 頁 共 42 頁 地進行或被用戶程序或功能塊調(diào)用 [1,2]。 S7300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送 。運行時無需風扇。 (2)S7300 的組成 S7300 主要組成部分有 :導軌、中央處理單元模板、接口模板 (IM)、信號模板 (SM)、功能模板 (FM)等。在整個運行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段 圖 4 PLC 的工作過程 ② 掃描周期 PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖 5 所示。 ② 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 圖 1 系統(tǒng)整體工作框圖 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 7 頁 共 42 頁 3 皮帶 秤配料系統(tǒng)中的 PLC 硬件選型與 設計 由于可編程序控制器在工業(yè)控制領域中所占的核心地位和日趨重要的發(fā)展態(tài)勢。本系統(tǒng)的核心控制算法也是基于 PID 控制算法。 它的基本工作原理是：當系統(tǒng)開始運行，八路上料系統(tǒng)根據(jù)需要開始上料，每一路的上料與否以及根據(jù)產(chǎn)品配比的要求下料多少，是受 PLC 控制的。目前產(chǎn)品已經(jīng)廣泛地應用于石油、石化、鋼鐵、冶金、礦山、機械、紡織、 建筑、造紙等行業(yè)。 梯形圖語言和順控流程圖語言使編程簡單方便。除此之外，我們還要求能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，這就要求我們對以往的系統(tǒng)進行改 進。體積小，功耗低可用于電池供電的便攜式產(chǎn)品。漢字顯示在操作時有功能顯示，能更好的幫助使用人員操作。稱重時，承重裝置將皮帶上物料的重力傳遞到稱重傳感器上，稱重傳感器即 輸出正比于物料重力的電壓 (mV)信號，經(jīng)放大器放大后送模／數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量 A，送到運算器；物料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù) B，也送到運算器；運算器對 A、B 進行運算后，即得到這一測量周期的物料量。這是根據(jù)重力測量固體物料流量的設備 后來被稱為梅里克型機械式皮帶秤。transducer。皮帶秤等衡器更是作為一種新興的高技術產(chǎn)業(yè)而受到世界各國的普遍關注，用新技術，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準確度，加強網(wǎng)絡功能是發(fā)展的 重點。傳感器 。 皮帶秤 配料系統(tǒng)在水泥、冶金、化工等許多生產(chǎn)領域都有著廣泛的應用。當皮帶上沒有物料時，滾輪靠近速度盤中心，轉(zhuǎn)速為零，計數(shù)器不累計；當皮帶上有物料時，滾輪隨著重力變大向周邊移動，并帶動計數(shù)器記下皮帶上通過的物料總量。 稱重顯示器主要有數(shù)字顯示和漢字顯示兩種，漢字顯示為數(shù)字顯示的升級產(chǎn)品。它具有價格便宜功能強大。PLC 具有容易開發(fā)，編程較簡單，可靠性高，穩(wěn)定、安全，功能強大，抗干擾能力強，有豐富的擴展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)的優(yōu)點。首先 PLC 技術的具有很多優(yōu)點如可靠性高，抗干擾能力強 ， 適 應性強，應用靈活。組態(tài)軟件技術具有直觀，實時控制的特點廣為使用。以下幾個章節(jié)將詳細介紹具體的設計。主體“ 皮帶秤 ”通過線路與 兩 樣設備連接：稱重傳感器、變頻器。對各路 皮帶秤 進行總體調(diào)節(jié)，即可完成按工業(yè)要求進行配比工作。 圖 3 PLC 的結(jié)構(gòu) ① 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。 ⑤ 編程器和外部設備 （ 4） PLC 的工作原理 PLC 采用了一種不同于一般計算機的運行方式即掃描方式。 (6)PLC 的編程語言 PLC 與微機一樣，是以指令程序的形式進行工作的，各種型號的 PLC 一般均以梯形圖語言為主，同時也兼顧一些其它形式的編程語言。 ④ 通訊處理器 (CP):用于連接網(wǎng)絡和點對點連接 ⑤ 功能模塊 (FM):用于高速計數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)定位 )和閉環(huán)控制。 ④ 人機界面 (HMI):方便的人機界面服務已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)。 SIMATIC S7300 具有多種不同的通訊接口 : ① 多種通訊處理器用來連接 AS1 接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。 （ 1）輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 13 頁 共 42 頁 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 CPU315 內(nèi)裝硬件實時時鐘。有 9個系 統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB 裝載 S7300 系統(tǒng)參數(shù)。 SM331 概述 ： SM331: AI8*12Bit 是 8 通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入 稱重 傳感器的測量值。S7300 的 CPU 用 16 位的二進制補碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位 S。 根據(jù)需要我們選用 SM 331（ 6ES7 3317NF000AB0）模擬量輸入模板作為我們的模擬量輸入模板，具體的參數(shù)如下 ① SIMATIC S7300 的模擬輸入 ② 用于連接電壓和電流傳感器、 熱電耦、電阻器和電阻式溫度計 ③ 8 輸入，高分辨率。 PS307系列模塊除輸出額定電流不同外 (有 2 A、 5 A、 10 A三種 )，其工作原理和各種參數(shù)都相同。在輸入和輸出之間有可靠的隔離。目前， IPC已被廣泛應用于通訊、工業(yè)控制現(xiàn)場、路橋收費、醫(yī)療、環(huán)保及人們生活的方方面面。 ⑦ 可視需要選配 I/O 模板。 ③ 工業(yè)電源 為 AT 開關電源，平均無故障運行時間達到 250， 000 小時。能實現(xiàn)過程輸入，控制和輸出等功能的程序預先放入內(nèi)存，系統(tǒng)啟動后， CPU 逐條取出并執(zhí)行，產(chǎn)生預定控制。為了安河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 20 頁 共 42 頁 全和方便，系統(tǒng)操作員和生產(chǎn)操作員的操作設備一般是分開的。 ② 實時日歷鐘。 WINCC 與 S7 PLC 通 過 MPI 協(xié)議通訊時，在 PLC 側(cè)不須進行任何編程和組態(tài)；在 WINCC上要對 S7 CPU 的站地址和槽號及網(wǎng)卡組態(tài)。 皮帶秤 配料系統(tǒng)中工控機的選型與配置設計 （ 1）目前國內(nèi)市場上的 IPC 主要品種及其評價如下： ① 臺灣研華的 IPC610 系列機型： 世界三大工控機廠商之一，在中國大陸及臺灣市場均有較高的市場占有率，同時也是 PCbased 控制器的全球領袖廠商，產(chǎn)品品種廣泛，市場定價適合中國國情。 ④ 內(nèi)存 常用 128M SDRAM,可選用常規(guī) HY128M SDRAM(PC100)或高檔 Kingmax128M SDRAM(PC133)。 其外型如圖 圖 12 研華工控機 IPC610H 硬件配置 :Intel P4\處理器主頻（ MHz） :2800MHZ\配置內(nèi)存容量（ MB） :512M\硬盤容量（ GB） :120G\顯示器類型 :CRT\顯示器尺寸（英寸） :17” \其他配置 :光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標 USB 100M 網(wǎng)卡。 PIII 配置： IPC610H/PCA6003V/PIII1G/SD128M/52XCD/+M PIV 配置： IPC610H/PCA6006LV/+M 河北 聯(lián)合 大學 學士學位論文 第 24 頁 共 42 頁 5 皮帶秤 配料系統(tǒng)中的 傳感器和變頻器的設計與選型 傳感器 傳感器的基本知識 信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。為了