基于信捷PLC的定量称重包装控制系统设计

吕洁　苏卫峰　文武

摘 要：在化工吸附分离过程中，需要将原料进行在线称重并包装，利用信捷XD系列PLC实现定量算法，采用最新高速处理称重模块采集数据，极大降低称重中产生的延时性、测量误差，利用人机界面HMI进行人机交互，操作简单，并给出了具体的实现。

关键词：定量称重；信捷PLC；HMI

引言

称重是将物料进行在线等重量称量。在化工吸附分离过程中，需要将原料进行在线称重并包装，针对这一要求，本控制系统采用信捷的工控产品，开发出一套控制设备，利用HMI作为现场工人的操作界面，PLC作为上料下料，数据采集的控制部件，称重模块进行在线称重[1]。在技术性能方面做到速度高、准确度高、稳定性高、可靠性高，在应用性方面做到综合性、组织性。

1 定量称重包装机组成

定量称重包装机由定量称重包装控制器和备料斗、计量斗、夹袋机构、截料装置、下料阀、放料阀、称重传感器等部分组成，定量称重包装示意图如图1所示。备料斗为缓冲式料仓，用于物料存储并提供一个接近均匀的物料流；阀门位于备料斗底部，当设备检修或出现故障时，用于将物料封阻在备料斗内；截料装置在称重过程中提供快、中、慢三级给料；秤体主要有计量斗、称重支架和称重传感器组成，完成重量到电信号的转变并传输到控制单元；夹袋机构的作用是夹紧包装袋，让称重完成的物料全部落入包装袋。

2 硬件设计

称重控制器包括信捷XD系列PLC，信捷HMI[2]，称重模块，称重传感器等部分组成，硬件组成如图2所示。

2.1 PLC

PLC采用信捷电气的XD3-24R-E，基本处理指令0.02～0.05us，扫描时间10000步1ms，程序容量高达128K。具有两个通信口，支持RS232和RS485可连接多种外围设备。采用AC220V交流供电，具有8个继电器输入和8个继电器输出。

2.2 HMI

HMI采用信捷电气的TH765-N触摸屏，7英寸触摸屏，耐油耐脏，6万色真彩，支持BMP、JPG格式图片显示。自定义的数据采集保存功能，支持时间趋势图，XY趋势图等多种形式。提供两个USB接口，实现数据的快速传递和备份，具有RS232、RS485通信口，实现与PLC等设备的连接。

2.3 XD-E2WT

XD-E2WT是信捷公司最新研发的称重模块，可采集2路压力传感器的模拟量电压信号，可检测0～39.06mV的电压信号，24位的高精度A/D转换，分辨率高，数据采集稳定，极大地降低了称重误差。

3 软件设计

控制软件的流程图如图3所示。

3.1 称重包装的控制过程

当定量包装秤进入自动状态后，称重控制系统打开给料门开始加料，该给料装置为快、中、慢三级给料方式；当物料重量到达快给料设定值时，停止快速卸料；延时等待一段时间，启动中速卸料，当物料重量到达中给料设定值时，停止中速卸料；延时等待一段时间， 启动慢速卸料，当物料重量到达最终设定值时，停止慢速卸料，并启动延时；延时时间到，检测夹袋装置是否处于预定状态，时间没到则等待，到则将物料卸入包装袋；卸料过程中，当物料重量小于零区值时，关闭卸料信号，延时一段时间后松开夹紧装置，包装袋落下后进行缝包并输送到下一个工位，并启动下一个循环过程[3]。

3.2 定量称重误差分析

数据采集模块的精度、传感器动态测量误差、秤体振动、下料的冲击力和空中残留物料是影响比较大的因素。传感器的动态测量误差是由于在动态测量过程中，由于测量的重量始终在变化产生。当传感器受到一个重量时，重量已经由一个受力状态变为另一个状态，由于中间有一个过渡的过程，在这个过渡的过程中，测量和实际重量值相差很大。秤体振动也是一个比较难以克服的问题。由于定量包装秤采用气动阀门作为执行机构，当阀门动作时，秤体会产生剧烈的振动，秤体振动会带动计量斗振动，这种振动产生的干扰信号会加入到被测物料真实的信号中。下料冲击量是指物料在下落到计量斗时产生的冲击重量，空中物料是指备料斗已经关闭时仍然运动在空中的物料。采用信捷XD-E2WT高精度称重模块可以较好地克服以上误差。

4 结束语

基于信捷公司产品开发的定量称重包装机系统，采用HMI作为操作界面，XD3PLC作为控制器，高精度称重模块XD-E2WT进行测量与转换。该系统已经在化工吸附分离装置中使用，使用效果表明该系统操作方便，安全可靠，称重准确，创造了良好的经济价值。

参考文献

[1]信捷电气股份有限公司.XD系列可编程控制器用户手册[指令篇]（XD/XDM）[Z].信捷电气股份有限公司，2013.

[2]信捷电气股份有限公司.TouchWin用户手册（V2.D）[Z].信捷电气股份有限公司，2010.

[3]孟华，杨光伟，等.一种定量自动称重控制器的设计与实现[J].仪表技术与传感器，2008（9）.