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（一）設計來源與現(xiàn)實意義
目前，配料系統(tǒng)在用量大的物料（固體或液體）稱量中被廣泛使用，實現(xiàn)了稱量配料的自動化，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。而我所見的塑料煉膠中，對使用相對較少的小粉料，有的還不太重視，仍存在小作坊配料的形式。人工按照配方用臺秤、電子秤對各項小粉料稱量，混合，包裝。這樣的配料方式，人員的勞動強度大，作業(yè)環(huán)境差，稱量精度差，易配錯，不易滿足快速、連續(xù)的生產(chǎn)，給生產(chǎn)帶來不良因素。
（二）設計方案確定
智能PLC小粉料配料系統(tǒng)：由工控機（電腦），把配方發(fā)送到PLC，稱重控制器通過PROFIBUS（現(xiàn)場總線），實時與PLC通信，PLC控制整個配方的自動稱量。電腦通過軟件包對整個自動稱量過程進行實時監(jiān)控。從而實現(xiàn)智能化的自動稱量。
二、PLC 的基本知識
（一）PLC的基本概念
稱量配料系統(tǒng)可編程邏輯控制器，為工業(yè)控制應用而設計制造的。配料控制系統(tǒng)PLC主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，它已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍。
（二）PLC的產(chǎn)生與發(fā)展
配料系統(tǒng)在PLC出現(xiàn)前，配料設備在工業(yè)電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是繼電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差。
1969年美國稱重設備公司成功研制了一臺可編程稱重控制器，這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，灌裝設備這項技術很快發(fā)展起來。
20世紀80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等電子秤技術的迅速發(fā)展，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC成為把自動化技術、計算機技術、通訊技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。PLC不僅控制功能增強，自動化配料系統(tǒng)而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。
(三）PLC的特點與應用領域
1、PLC的特點
電子秤PLC技術之所以高速發(fā)展，除了自動化的客觀需要外，主要是因為具有許多優(yōu)點：可靠性高、抗干擾能力強；編程簡單、使用方便；功能完善、通用性強；設計安裝簡單、維護方便；體積小、重量輕、能耗低等。自動配料系統(tǒng)較好地解決了工業(yè)領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。
2、PLC的應用領域
目前，稱重配料機在國內(nèi)外PLC已廣泛應用于生產(chǎn)、生活的各行各業(yè)，從應用類型看，PLC的應用大致可歸納為開關量邏輯控制、運動控制、過程控制 、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等幾個方面。
（四）PLC的工作原理
配料秤PLC采取每個掃描周期內(nèi)，輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新的工作方式，在掃描周期內(nèi)用戶程序按順序執(zhí)行。
1、工作過程
稱量設備當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，稱作一個掃描周期，也稱為蓄電池叉車一個工作周期。在整個運行過程中，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。
2、工作流程圖
配料設備PLC的工作過程包括送電、運行、自診斷、通訊等。一個工作周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。
三、PLC的自動控制系統(tǒng)設計
（一）PLC自動控制系統(tǒng)的設計內(nèi)容與步驟
1、深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求
被控對象就是受控的灌裝設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。自動配料秤控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。稱重配料機對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。
2、確定輸入輸出設備
根據(jù)被控對象PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、稱重模塊等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
3、選擇合適的PLC類型
稱重配料系統(tǒng)根據(jù)已確定的用戶輸入輸出設備，配液罐統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機型的選擇、容量的選擇、計量罐輸入輸出模塊的選擇、配料罐電源模塊的選擇等。
4、分配 I/O點
自動配料系統(tǒng)分配PLC的輸入輸出點，稱重控制系統(tǒng)編制出輸入輸出分配表或者畫出輸入輸出端子的接線圖。接著就可以進行自動灌裝機PLC程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。
5、設計應用系統(tǒng)梯形圖程序
根據(jù)工作狀態(tài)流程圖等設計出灌裝配料流程。自動控制系統(tǒng)這一步是整個應用系統(tǒng)設計的核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。
6、將程序輸入 PLC
配料罐當使用簡易編程器將程序輸入PLC時，配料釜需要先將梯形圖轉換成指令助記符，攪拌釜以便輸入。配液罐當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，計量罐可通過上位機的連接電纜將程序下載到PLC中去。
7、進行軟件測試
稱重系統(tǒng)程序輸入PLC后，應行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎，縮短整體調(diào)試的周期。
8、點對點核對調(diào)試
防爆電子秤在控制柜及現(xiàn)場施工完成后，要用反應罐PLC對輸入設備如按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，輸出設備如繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥、電機等進行點對點測試，看安裝、接線是否正確，該點動作是否正確，若有誤并及時改正。
9、應用系統(tǒng)整體調(diào)試
稱重系統(tǒng)在PLC軟硬件測試完成后，計量罐就可以進行整個稱重系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調(diào)試，配料罐然后再進行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。
（二） PLC自動控制系統(tǒng)的硬件設計
PLC 控制系統(tǒng)的硬件設計是指硬件選型。合理選擇搪瓷釜PLC，對提高反應釜PLC 控制系統(tǒng)的技術、經(jīng)濟指標有著重要作用。
1、PLC 機型選擇
稱重配料機機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證稱重系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及的性能價格比。稱量配料系統(tǒng)具體應考慮機型結構合理、機型統(tǒng)一、功能強弱適當、PLC環(huán)境的適應性等因素。
2、PLC容量的選擇
稱重配料系統(tǒng)PLC容量包括兩個方面: 一是I/O的點數(shù):二是用戶存儲器的容量(字數(shù))。I/O點數(shù)應當有適當裕量。
3、I/O模塊的選擇
根據(jù)PLC輸入量和輸出量的點數(shù)和性質，可以確定 I/O模塊的型號和數(shù)量，PLC相應有許多種I/O 接口模塊，包括開關量輸入、輸出模塊、模擬量輸入、輸出模塊，智能式輸入、輸出模塊，自動灌裝機可以根據(jù)實際需要進行選擇使用。
4、電源模塊的選擇
電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。稱重裝置電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。
（三）PLC自動控制系統(tǒng)的軟件設計
PLC控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的過程與任何軟件的開發(fā)一樣，先要進行可行性研究， 計量罐然后還要經(jīng)歷需求分析、軟件設計、編程實現(xiàn)、軟件測試、運行維護等幾個環(huán)節(jié)。配料罐PLC 應用軟件的設計是一項十分復雜的工作，稱重設備要求既要有液體灌裝機PLC、防爆地磅計算機程序設計的基礎，又要有自動控制的知識，還要有一定的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。
計量罐軟件設計過程是對程序結構、配料罐數(shù)據(jù)結構和過程細節(jié)逐步求精的過程，攪拌罐是將需求規(guī)格說明逐步轉化為源代碼的過程。
計量罐軟件過程設計考慮軟件總體結構中模塊之間的控制分層關系，配料罐而軟件過程設計的任務主要是描述算法的細節(jié)，以及模塊間的處理順序。地磅稱重裝置可用流程圖、框圖、梯形圖等工具來描述。
（四）PLC控制系統(tǒng)的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。計量罐PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，配料罐使PLC與PLC 之間、鋼瓶秤PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠實時交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，計量罐實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)料斗秤PLC具有RS-232或RS-485接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的PN、DP接口。
四、智能PLC小粉料自動配料系統(tǒng)總體設計
（一） 智能PLC小粉料自動稱量系統(tǒng)簡介
智能PLC配料系統(tǒng)：適用于小粉料（包括小粒料）的配料。主要面向于煉膠行業(yè)設計，類似的輪胎行業(yè)的自動稱量也可以使用。由工控機（電腦），把配方發(fā)送到PLC，稱重顯示控制器通過PROFIBUS（現(xiàn)場總線），實時與PLC通信，電動叉車PLC控制整個配方的自動稱量。工控機通過軟件包對整個自動稱量過程進行實時監(jiān)控。叉車從而實現(xiàn)自動稱量的智能化。
此智能PLC小粉料配料，對煉膠過程中小用量的小粉（粒）料進行自動稱量。有20種小粉（粒）料自動稱量，加上2種人工離線稱量，電腦自動記錄。蓄電池叉車能滿足煉膠系統(tǒng)小粉（粒）料的配料需要。
（二） 小粉料自動配料系統(tǒng)
1、稱量系統(tǒng)中的加料方式
小粉料自動配料系統(tǒng)：有兩種配料系統(tǒng)，電磁振動加料器配料，雙螺桿加料器稱量系統(tǒng)。前8儲斗裝小顆粒配料，采用電磁振動加料裝置，加料控制采用雙速控制，以保證稱量精度和稱量效率，震蕩頻率按物料特性及誤差要求，每一物料逐一加以設定，分別由A、B兩個電子配料秤自動稱量。電磁振動加料器配液罐兩個配料秤所示。
后12種儲斗裝小粉料，采用雙螺桿加料裝置，螺旋加料機由變頻器控制，分快速、慢速，點動加料，以保證稱量精度和稱量能力，分別由C、D、E、三個電子配料秤自動稱量。雙螺桿加料器如圖4-2后三個配料秤所示。
2、 自動稱量過程
小粉配料：有五個自動電子秤，一個手動電子秤，一個校核秤組成。人工將配料袋套于配料筐上，配料筐在運輸定位軌道、自動配料秤、核子電子秤上自動運行。電子秤分布與料筐運轉所示。
配料時，各料筐按工藝配方要求，自動運行至相應配料秤上并定位，自動扣除皮重，加料器便向配料筐內(nèi)加料，運行計量配料。當A、B、C、D、E秤都有配料稱量時，五個電子秤可以同時進行稱量。計量完畢，各配料筐自動運行至下一工位。按工藝配方各種物料配料完畢，人工取出配料筐內(nèi)已經(jīng)加料完畢的配料袋，并套入新的配料袋，經(jīng)校核秤檢驗物料已取出，則繼續(xù)循環(huán)工作。如物料未取出，則有聲光報警通知工人，直至完成按此工藝配方設定的車數(shù)。再通過計算機設定新的工藝配方或調(diào)出已存儲好的工藝配方開始新的稱量配料。
3、加料器電氣原理圖
電磁振動加料器，A稱、B稱分別由兩塊全隔離單相交流調(diào)壓模塊B1、B2提供電震器電源。雙螺桿加料器，C稱、D稱、E稱分別由3個變頻器提供快稱、慢稱、點動的電源。變頻器選用西門子6SE6440-2UD21-5AA1。
（三）PLC小粉料配料
1、PLC小粉料配料硬件設計
PLC小粉料自動配料系統(tǒng)選用了工程中常用的西門子S7-300系列PLC產(chǎn)品。
電源、CPU、IM接口選擇
電源采用外部供電，穩(wěn)壓直流電源（AC220V/DC24V 10Ａ）；為滿足網(wǎng)絡通信、智能稱重儀表聯(lián)網(wǎng)需要，CPU選擇新型號CPU315-2PN/DP；由于輸入輸出模塊大于11槽，需要擴展機架，兩個機架可以上下緊挨安裝，接口模塊選擇IM365-0BA01-2AA0發(fā)送、接收模塊對一對。
PLC小粉料自動配料系統(tǒng)的軟件為STEP7軟件。稱量配料系統(tǒng)采用結構化編程設計，用梯形圖編寫。編寫的功能塊有：FC4為“報警記錄”塊；FC5為“內(nèi)部控制”塊；FC6為“選斗加料”塊；FC7為“指示燈顯示”塊；FC8為“運筐-稱”塊；FC9為“計算機通信”塊；FC10為“A稱稱量”塊；FC11為“B稱稱量”塊；FC12為“C稱稱量”塊；FC13為“D稱稱量”塊；FC14為“E稱稱量”塊；FC15為“車數(shù)統(tǒng)計”塊；FC17為“模擬量”塊；FC19為“總量校核”塊；FC20為“稱值回采”塊。這些功能塊在組織塊OB1中被調(diào)用。