今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
熊偉（1965－）男，云南文山人，自動化儀表高級工程師，工學學士，（紅河學院信息科學與電子工程學院，云南 蒙自 661100），現就職于紅河學院信息科學與電子工程學院從事自動化專業教學工作，研究方向為生產過程自動化及計算機控制系統。
摘要：本文介紹了基于PLC與組態軟件的自動配料系統的設計與實現，并舉例說明。
關鍵詞：PLC；組態軟件；配料系統；設計
Abstract: This paper introduces the design and implementation of automatic ingredient system based on PLC and configuration software by an application example.
Key words: PLC; Configuration software; Ingredient system; Design
1 概述
自動配料系統在冶金、建材、化工及食品等行業應用非常廣泛，近幾年來隨著計算機技術和PLC技術的飛速發展，國內外的組態軟件不斷完善，自動配料系統控制方案也在不斷改進，本文著重介紹利用PLC及監控組態軟件來實現自動配料系統設計與實現的方法。
由于PLC的迅猛發展，實現了工業控制領域的飛躍，其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC正在成為工業控制領域的主流控制設備，可以用于各種規模的工業控制場合，在各個領域發揮著越來越大的作用。除了邏輯處理功能以外，近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC從邏輯控制滲透到了生產過程控制、運動控制等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
監控組態軟件是伴隨著計算機技術、網絡技術的突飛猛進發展起來的，監控組態軟件是面向生產過程的監視、控制與數據采集的軟件平臺工具，具有實時多任務操作，設置項目豐富，使用方便、靈活，功能強大，監控組態軟件通用性強，解決了人機圖形界面的問題，通過監控組態軟件對控制系統進行組態，可以把生產工藝上的參數在流程圖上顯示出來，處理數據報警和系統報警，存儲歷史趨勢，各類報表的生成和打印輸出，在PC機的屏幕上進行整個生產過程的操作，接口開放，方便數據共享，支持多種硬件設備。因此監控組態軟件得到了廣泛的應用。PLC與監控組態軟件的完美組合，通過監控組態軟件對PLC及其它智能設備的I/O數據進行監控，應用越來越廣泛。
2 設計實例
2.1 工藝介紹
整個配料系統的工藝流程如圖1所示。有5種物料分別裝在1#～5#料斗中，要求按一定的比例進行自動配料，經過配料后的物料由1#～5#料斗通過1#～5#皮帶下到6#皮帶上，兩臺混料機A、B互為備用，只能運行一臺。當開動混料機A時混料機B禁止運行，由6#皮帶（正向運行）將物料運到6#料斗進入混料機A混合后的物料通過8#料斗進入7#皮帶送出；當開動混料機B時混料機A禁止運行，由6#皮帶（反向運行）將物料運到7#料斗進入混料機B混合后的物料通過8#料斗進入7#皮帶送出。
圖1 配料系統工藝流程圖
2.2 控制要求
(1) 邏輯順序控制部分
整個配料系統的電氣設備啟動停止順序為逆序啟動，順序停車。從流程的最后開始啟動運輸設備，停車時從開始進料的設備依此順序停車，具體停車、啟動時各臺運輸設備中間的間隔時間可以在調試時進行確定。
圖2 配料系統運輸電氣設備啟動、停止順控邏輯圖
當正常開動混料機A時：7#皮帶運行 → 延時10秒 → 混料機A運行 → 延時10秒 → 6 #皮帶運行（正向運行）→ 延時10秒 → 1#～5#皮帶同時運行。設備正常開動完畢。
當正常停止混料機A時：1#～5#皮帶同時停止 → 延時10秒 → 6 #皮帶停止 → 延時10秒 → 混料機A停止 → 延時10秒 → 7#皮帶停止。設備正常停止完畢。
當正常開動或停止混料機B時的順序和正常開動或停止混料機A時的順序相同。
1#～7#皮帶每臺設有4個防止皮帶跑偏的檢測的裝置（行程開關），在運行過程中，無論1#～7#皮帶中任何一臺跑偏時，系統正常停車。圖2是配料系統運輸電氣設備啟動、停止的順控邏輯圖。
緊急停車：當有下列緊急停車信號出現時，所有設備同時停車。
7#皮帶故障；
混料機A或混料機B故障；
6#皮帶故障。
圖3 控制系統構成示意圖
手動操作：每臺在設備在現場設一個操作控制箱，通過轉換開關進行手動、自動切換，所有設備要求能在現場進行手動操作（啟動、停止）。
(2) 模擬量信號的處理
對于模擬量信號的測量，主要是針對每條皮帶上物料瞬時流量，這里采用皮帶電子秤來完成，輸出與瞬時流量成正比的4～20mA的標準信號送到PLC來完成配料比的控制。
3 控制方案及系統構成
圖3是控制方案及系統構成圖。組成：PLC（帶模擬量輸入輸出模塊）+ 上位機及監控組態軟件。
所有的數字量和模擬量過程檢測參數及控制都由PLC來完成，數字量控制部分由PLC通過編程來實現所有連鎖控制信號、電器設備的邏輯順序控制；模擬量的處理由PLC的模擬量輸入輸出模塊來進行處理，由上位機及監控組態軟件來完成過程參數的各種控制、顯示及累計等。所有模擬量、數字量的監控由監控組態軟件根據工藝監控要求進行組態，在計算機上完成所有工藝參數的顯示、操作。PLC與上位機的通訊由監控組態軟件中進行設置。最后通過網關將控制層和設備層的網絡與該廠的內部局域網相聯接，使管理者在網上可以實時觀察到整個生產過程。
3.1 組態王軟件的網絡結構
組態王完全基于網絡的概念，是一種真正的客戶服務器模式，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統，可運行在基于TCP/IP網絡協議的網上，使用戶能夠實現上、下位機以及更高層次的廠級連網。TCP/IP網絡協議提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網絡上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網絡協議可以和多個遠程計算機（即遠程節點）進行通訊。組態王的網絡結構是一種柔性結構，可以將整個應用程序分配給多個服務器，可以引用遠程站點的變量到本地使用（顯示、計算等），這樣可以提高項目的整體容量結構并改善系統的性能。服務器的分配可以是基于項目中物理設備結構或不同的功能，用戶可以根據系統需要設立專門IO服務器、歷史數據服務器、報警服務器、登錄服務器和WEB服務器等。
3.2 控制系統組態
圖4是用組態王6.5所做的配料系統主流程監控畫面。在配料系統主流程監控畫面上可進行手自動切換、對所有的電氣設備進行開停操作、設備運行指示、各種物料的瞬時流量、累計顯示等；在該配料系統中，共計制作了十余幅不同功能、形式的流程圖畫面，以菜單、按鈕等不同的形式進行鏈接，操作非常方便。
(1) 對數字量的處理
組態王軟件可對PLC上的DI、DO進行讀、寫操作，將所有電器設備的運行狀態在監控畫面上進行顯示，在自動狀態時，所有單臺設備的啟動停止按鈕自動隱藏，只能按PLC程序進行順序開停，在手動狀態時，所有單臺設備的啟動停止按鈕自動顯示出來，可在計算機上對所有的電器設備進行啟動、停止操作；當檢修時可將現場的轉換開關打到手動狀態在現場進行操作。
圖4 配料系統主流程監控畫面
(2) 配料比的控制
在監控畫面上，可顯示每一種物料的瞬時流量、累積值和給定值，配料比的控制，是配料系統的關鍵所在，在組態軟件上有二種方法來實現。
方法一：用組態王中的“配方”功能來完成，在組態時先定義好變量、配方種類，使用起來相當方便，在投產之前，技術人員通過化驗，檢測物料成分，確定幾種物料之間的配比關系及每種物料所含水分的多少，再通過管理人員向配方庫中輸入各種配方。系統運行時，監控系統自動計算和稱量各種配料，保持配比的準確，操作人員根據不同的物料選擇不同的配方，操作人員只需從配方庫中調用需要的配方，這樣監控軟件就可根據配方情況進行協調控制，實現各種物料按預定的配方進行配比。
方法二：用組態王中的KingACT軟件來完成，KingACT基于PC機上建立的實時控制軟件，提供符合IEC1131-3標準的2種PLC編程語言，包括梯形圖（LD）、功能塊（FBD）。可方便地實現簡單和復雜的控制系統，利用組態王的功能塊（FBD）很容易的就可以實現一個比值控制系統來滿足配料系統的要求。
3.3 其它功能
(1) 控制分組、趨勢圖及報表
在上位機的監控組態軟件上實現控制分組，主要完成許多實時性的操作，如控制系統的手/自動切換，PID參數的調整等；趨勢圖分為實時趨勢和歷史趨勢，是將一些重要的工藝參數作詳細的記錄，通過查看趨勢圖，可幫助操作人員調整工藝參數，為操作控制和事故分析提供重要的依據。報表制作可根據用戶的需要把一些重要的參數分類統計制作成班報表、日報表、月報表、季報表和年報表等，定時輸出到打印機，方便記錄和查詢。
(2) 系統安全管理
安全保護是應用系統不可忽視的問題，必須解決好授權與安全性的問題，系統必須能夠依據用戶的使用權限允許或禁止其對系統進行操作。組態王提供一個強有力的先進的基于用戶的安全管理系統。在“組態王”系統中，在開發系統里可以對工程進行加密。打開工程時只有輸入密碼正確時才能進入該工程的開發系統。對畫面上的圖形對象設置訪問權限，同時給操作者分配訪問優先級和安全區，運行時當操作者的優先級小于對象的訪問優先級或不在對象的訪問安全區內時，該對象為不可訪問，即要訪問一個有權限設置的對象，要求先具有訪問優先級，而且操作者的操作安全區須在對象的安全區內時，方能訪問。以此來保障系統的安全運行。
4 結語
利用組態王軟件與PLC相結合可以方便的實現配料系統的控制，軟件上組態靈活，控制方案也可適應不同層次用戶的需要，修改方便，硬件上支持與多種設備相連接，可以組成不同的控制系統，利用通信網絡可將生產過程數據送到管理層，實現數據共享。與傳統的控制方案相比，操作簡單，維護方便，控制精度高。整個配料系統經過一年多的運行，設備故障率低，實現了生產、操作全過程的自動控制，大大減少了人為的誤操作，完全滿足生產工藝的要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號