广西机电职业技术学院广西南宁530007
【摘要】本文介绍了基于西门子S7-300系列PLC的配料自动计量控制系统的硬件及软件设计。该系统利用S7-300控制器与力控组态软件设计的上位机监控软件一起构成集散控制系统，经试验运行，该系统具有运行安全稳定、人机界面友好的特点，是一个融全过程控制、生产分析优化、生产调度、管理信息、生产决策等需求服务为一体的综合自动化系统。
【关键词】可编程控制器；自动计量系统；S7-300
1前言
在工业生产当中，各种生产原料之间配比的精度对于生产过程的稳定和产品的质量、产量有着重要的影响，对于比较高的精度的配料需要使用有效的控制系统。配料计量输送控制系统是典型的工业自动化系统，随着企业规模不断扩大，生产的原料、成品都比原来有大规模的增加，物料量也成倍的增长，物资的流通量也随着经济的飞速发展发生了翻天覆地的变化，计量输送系统的复杂程度也在不断的提高。以前，计量输送系统主要采用普通的接触器、继电器来实现控制，控制的要求和精度也比较低。随着控制系统越来越复杂，对自动化程度的要求也不断提高，传统的接触器-继电器控制方式已经不能满足企业的大规模生产要求。本文采用可编程控制器及通讯网络组成控制系统可将生产现场数据传送到上一级计算机，并进行远程控制，这种计量输送控制系统是目前发展的一个重要方向。
2系统控制要求
通过碳酸锰仓的料位开关检测，自动控制锰仓提升机及1#~4#碳酸锰罐的入料插板阀并实现系统联锁，确保碳酸锰料仓不空不满，保证系统原料供给。通过集散控制系统及西门子称重控制系统，实现1#~4#碳酸锰仓星形卸料器及电液动三通翻板阀自动控制并联锁，碳酸锰先后自动输送到1#、2#计量桶中，料仓进料重量可在操作站计算机中设定并可修改。接到出料请求后，化合桶的入料插板阀自动打开，当出料重量到达设定值时，插板阀自动关闭，实现各化合桶定量自动装入，定量值及入料次数可在操作站计算机中设定并可修改。系统实现各输送机、混合机、提升机、阀门等设备的自动启停、开关以及相互间的联锁、延时，确保达到配料自动计量控制系统工艺安全生产要求。
3控制系统硬件构成
3.1控制系统工艺流程
控制系统工艺流程由三个部分组成：
3.1.1上料称量部分。先后将不同的三种袋装原料拆包后倒入一层平面的刮板输送机料斗中，通过刮板输送机分别把三种物料输送到A、B、C三个称重料仓中，各称重料仓的进料口安装启动蝶阀，根据输送物料的不同分别自动开关相对料仓的进料口阀门。料仓进料重量可以通过控制室的计算机来设定。
3.1.2出料称重部分。在接到出料请求后，A、B、C三个称重料仓底部出料蝶阀打开，物料通过I螺旋输送机和斗式提升机将物料送入混料机。当出料重量到达设定值时，气动蝶阀自动关闭。Ⅰ螺旋输送机和斗式提升机延时运转一定的时间后自动停止运行。混料机在三种物料全部计量加入后进行约3分钟的混合时间即可自动停止。
出料量可以在计算机上进行设定。
3.1.3投料部分。混料机出料口安装自动插板阀（或蝶阀），此阀出料口与Ⅱ螺旋输送机进口连接，Ⅱ螺旋输送机设4个出料口，出料口安装自动插板阀（或蝶阀），4个出料口分别对应在4台反应炉进料口的上方。投料时自动打开混料机出料口阀门及需要工作的反应炉进料口的上方所对应的Ⅱ螺旋输送机出料口阀门，启动Ⅱ螺旋输送机和混料机，将混合好的三种原料输送投入反应炉，投料完毕停机。
3.2控制系统硬件设计
控制系统采用世界知名品牌西门子S7-300系列可编程控制器，介于低端PLC及高端DCS之间，可靠性高，兼容性强，相对其他DCS系统应用更广泛。同时采用西门子的称重模块，精度为0.05%，传感器与称重模块距离可达500m，称重功能模块更换方便，且无需重新校验秤，可集成在SIMATICS7/M7/PCS7系统中。使用SIWATOOL软件可方便的对秤进行设置和标定，也可在上位机直接标定。料位检测采用过程优质物位计，非常适用于碳酸锰颗粒，可靠性高，耐腐蚀，对于高粉尘有很大适应能力。UPS电源采用世界顶级品牌艾默生能源系统，可后备2个半小时以上，大大保证系统的运行安全性。控制系统如图1所示。
图1控制系统原理图
4控制系统软件设计
4.1PLC控制程序设计
可编程控制器选用西门子S7-300，程序按照不同的任务分为9个功能块，包括:1)仓前启停顺序控制模块；2)料单控制模块；3)配料设备启停控制模块；4)料仓料位控制模块；5)读写变频控制模块；6)皮带启停控制模块；7)超载缺料计算控制模块；8)报表数据控制模块；9)料单配比控制模块。PLC控制程序总体设计框架如下：
图2PLC程序流程图
4.2上位机监控界面设计
上位机监控界面设计采用力控监控组态软件实现，该软件采用图形化的编程方法，只需将相关元件从元件库中拖到预定义的画面上，根据控制要求设置相关参数、合理配置PLC写入地址即可完成操作。监控系统主要包括登陆、控制、管理和设置等4个部分。
监控系统主界面如图3所示，上位机监控系统能实现过程数据的实时显示与查询、实时报警和报警历史查询、生产数据报表的查询与生成、生产数据历史曲线查询等功能。可保存每批配料数据的历史记录，随时对产量及耗料进行班、日、月、年报表统计、查询、对比、分析、打印，可实时、客观的保存起码5年以上。另外，操作员登入/退出安全提供控制级别，以限制操作员对工厂和设备个别项目的控制。操作员启动的任何操作都会按照操作员标识记录在事件数据库中，并且只有操作员符合配置文件中某点分配的级别，才允许对该点进行操作、控制，保证系统的安全。
图3上位机监控系统界面
5结束语
该配料自动计量控制系统预留有与第三方软件或者信息平台的通讯接口功能，可进行数据无级连接，方便连接及扩展。在数据采集系统中，以堆积木的模块化方式设计，提供以后扩展的功能，能在任何时候可增加任何的监控点到系统中去。并且可实现远程管理，控制室的计算机可与总经理室的计算机联网，在总经理室内可实时查看生产情况和生产报表，能提供完整成熟的数据库服务，全过程控制、生产分析优化、生产调度、管理信息、生产决策等需求服务融为一体的多层次、多结构的综合自动化系统。
参考文献:
[1]周厚生，刘璐。工业网络化计量控制系统[J]，衡器，2011.7.
[2]靳建水，王卫华，赵庆云。基于S7-1200的计量控制系统的实现[J]，化工自动化及仪表，2012.4.
[3]田帅，张玉艳，付国秀。基于数字称重传感器的计量给煤机控制系统设计[J]，沈阳工程学院学报（自然科学版），2012.10.
作者简介：李宁（1978-9），男，广西南宁人，工学硕士，副教授、工程师，研究方向：控制理论与控制工程
基金项目：广西壮族自治区高等学校科学研究项目（KY2015LX687）,广西高等学校优秀中青年骨干教师培养工程资助成果。