基于PLC的化肥配料混合控制系统的研究

《工业控制计算机》２００８年２１卷第１期基于ＰＬＣ的化肥配料混合控制系统的研究

侯利民

王

巍（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛１２５１０５）

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＭｉｘｔｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰＬＣ

摘要

设计了一种集配料系统和搅拌系统为一体的混合系统，利用计算机作为上位机提供良好的人机界面，使用ＷｉｎＣＣ软件实现ＰＬＣ与计算机的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信，从而进行系统的监控和管理，通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ网络完成变频器的远程控制，是一套实用型，具有良好应用前景的配料混合控制方案。

关键词：可编程控制器，变频调速，通信，ＷｉｎＣＣ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｏｆｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｂｕｒｄｅｎｓｙｓｔｅｍａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｍｉｘｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｓｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈａｔｕｓｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｏｆ－ｆｅｒｓｆａｖｏｒａｂｌｅｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｕｓｉｎｇＷｉｎＣＣｓｏｆｔｗａｒｅｒｅａｌｉｚｅｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｂｅｔｗｅｅｎＰＬＣａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｓｏｃａｎｍａｎ－ａｇｅａｎｄｓｕｐｅｒｖｉｓｅｅｘｐｅｄｉｅｎｔｌｙ，ｃａｎｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｉｔｈＰＲＯＦＩＢＵＳｎｅｔｗｏｒｋ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ，ａｄｊｕｓｔｓｐｅｅｄｂｙｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＷｉｎＣＣ针对化肥人工称重配料及投料能力的制约，造成配料精度低，经济效益差，本文研究了一套适用的自动化控制管理系统———基于ＰＬＣ的配料混合控制系统，可广泛应用于化工、医药、饲料等行业的配料混合过程控制。

１工艺流程及系统构成１．１工艺流程

系统有４个给料仓，每个料仓均有一给料机构，各由一台电

机及输送螺杆组成，电机的转速决定螺杆转速，螺杆转速决定进料速度的快慢，电机采用变频调速方式。混合筒下面有一称重模块，能称出混合筒及其内部原料重量，当料仓内有物料时，传感器将所受的压力转换成电信号，通过接线盒送入称重模块进行处理，然后送入Ｓ７－３００系列的ＰＬＣ进行数据处理，并将数据在上位机上显示，使操作人员能随时监控系统的运行。混合筒内有搅拌机构，底部有一底阀，各有电机带动。输送螺杆、搅拌机构、底阀的动作由ＰＬＣ控制，为了严格按一定比例配料，按一定时间搅拌，实现系统的全部自动化及智能化，需有一台上位机来发送参数，上位机用个人计算机，上位机除了发送参数外，还用模拟图形的形式显示设备模型及运行状态，发送控制命令，并完成报警、存档、打印等信息处理。首先，在混合筒全空的情况下，

ＰＬＣ等待称重模块称出空筒的重量，此重量称为皮重，ＰＬＣ收

到空筒重量后即发送给上位机进行显示，上位机收到皮重后，立即发送参数及命令给ＰＬＣ进行配料混合，由上位机根据用户所选配方向ＰＬＣ发送加料信号。按称重模块的反馈值，ＰＬＣ将通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ网络传递信息控制变频器完成物料的快慢加料过程。原料加料结束后，隔一定时间启动搅拌机搅拌原料到设定时间，停止搅拌机，再隔一定时间打开底阀出料，出料完成后关闭底阀，开始第二批原料的混合。

１．２系统构成

整个配料混合系统由料仓、混合机、称重模块、螺旋给料器、放料闸门等装置及控制系统构成。整个配料混合系统硬件组成框图如图１所示。

控制系统采用ＰＬＣ控制、上位机管理的方式设计。系统

采用个人计算机作为上位机，以图形和表格形式显示系统运行状态，发出控制命令并完成记录、存档和打印等消息处理。上位机通过ＣＰ５６１３通讯卡（ＭＰＩ／ＰＲＯＦＩＢＵＳ）与ＰＬＣ通讯。ＰＬＣ采用ＳＩＥＭＥＮＳ公司生产的Ｓ７－３００系列ＣＰＵ３１５－２ＤＰ系统

ＰＬＣ。变频器采用西门子内插ＣＢＰ卡的６ＳＥ７０系列变频器。由

于ＣＰＵ３１５－２ＤＰ系统本身具有ＰＲＯＦＩＢＵＳ接口，所以无需另外的通讯接口单元及转换接口，从而大大减少了现场接线，降低了工程造价。称重模块选用ＳＩＷＡＲＥＸＵ，它可与ＳＩＭＡＴＩＣ

Ｓ７－３００系列实现完美的集成。

ＳＩＷＡＲＥＸＵ称重模块向称重传感器提供５Ｖ电源，传感器返回０～１０ｍＡ信号。在ＰＬＣ程序中

可以调用一个专用系统功能块将传感器信号存入特定内存区域，从而为程序控制配料的逻辑操作提供可靠的依据。控制系统配置框图如图２所示。

２通讯方式的实现

２．１ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站设计

计算机作为编程装置，配备专用的通信卡ＣＰ５６１３，运行

Ｓ７－３００编程软件包ＳＴＥＰ７，首先对计算机进行相应参数设置，

然后通过ＭＰＩ端口对Ｓ７－３００进行硬件组态，在ＣＰＵ的组态中设置ＭＰＩ地址，将组态程序下载到ＰＬＣ以确认。完成ＰＬＣ的组态后，便构建了ＭＰＩ网络，在此基础上，将各ＰＬＣ的通信端口由ＭＰＩ口切换到通信处理器ＣＰ的ＲＳ４８５口，然后，设定各节点的通信地址，选择相应的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信协议，便可构建ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线。上位机安装有ＷｉｎＣＣ工控软件，通过上位机实现ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线的集成控制，从而远程控制变频器。２．２变频器ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ总线控制

６ＳＥ７０是西门子全数字矢量型变频器，如配用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ通信接口卡ＣＢＰ２，Ｓ７－３００ＰＬＣ可通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ现场总线直接控制变频器运行。变频器与Ｓ７－３００之间通信的数据结构为ＰＰＯ４，包括参数值ＰＫＷ、过程数据ＰＺＤ

两个参数。

图１

系统硬件组成

图２控制系统配置框图

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基于ＰＬＣ的化肥配料混合控制系统的研究

（上接第３３页）

和ＩＰ地址。例如，可以在ｆｌａｓｈ中存储ＭＡＣ地址，也可在片内ＲＯＭ中存放ＭＡＣ地址。ｌｗＩＰ对内使用这两个函数作为设备结构参数。因此，用户只须填加ＭＡＣ地址和ＩＰ地址，而不必考虑具体细节。

ｅｒｒ＿ｔｇｅｔ＿ｍａｃ＿ａｄｄｒ（ａｌｔ＿ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ<ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ）

>

ｅｒｒ＿ｔｒｅｔ＿ｃｏｄｅ＝ＥＲＲ＿ＩＦC

ｉｆ（Dｓｔｒｃｍｐ（ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎａｍｅ，″／ｄｅｖ／ｌａｎ９１ｃ１１１″））

>

／<从存储地址读ＭＡＣ地址<／

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［０］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，４）C

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［１］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，５）C

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［２］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，６）C

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［３］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，７）C

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［４］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，８）C

ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎｅｔｉｆ－＞ｈｗａｄｄｒ［５］＝ＩＯＲＤ＿８ＤＩＲＥＣＴ（０ｘ７ｆ００００，９）C

ｒｅｔ＿ｃｏｄｅ＝ＥＲＲ＿ＯＫC

Z

ｒｅｔｕｒｎｒｅｔ＿ｃｏｄｅC

Z

５）函数ｇｅｔ＿ｉｐ＿ａｄｄｒ（）用来为协议栈分配ＩＰ地址，可以选择通过ＤＨＣＰ动态获取ＩＰ地址或是分配一个静态地址。

ｉｎｔｇｅｔ＿ｉｐ＿ａｄｄｒ（ａｌｔ＿ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ<ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ，

ｓｔｒｕｃｔｉｐ＿ａｄｄｒ<ｉｐａｄｄｒ，

ｓｔｒｕｃｔｉｐ＿ａｄｄｒ<ｎｅｔｍａｓｋ，

ｓｔｒｕｃｔｉｐ＿ａｄｄｒ<ｇｗ，

ｉｎｔ<ｕｓｅ＿ｄｈｃｐ）

>

ｉｎｔｒｅｔ＿ｃｏｄｅ＝０C

ｉｆ（Dｓｔｒｃｍｐ（ｌｗｉｐ＿ｄｅｖ－＞ｎａｍｅ，″／ｄｅｖ／ｌａｎ９１ｃ１１１″））

>

＃ｉｆＬＷＩＰ＿ＤＨＣＰ＝＝１

<ｕｓｅ＿ｄｈｃｐ＝１C

＃ｅｌｓｅ

ＩＰ４＿ＡＤＤＲ（＆ｉｐａｄｄｒ，１０，１，１，３）C／<设置静态ＩＰ地址<／

ＩＰ４＿ＡＤＤＲ（＆ｇｗ，１０，１，１，２５４）C／<设置默认网关地址<／

ＩＰ４＿ＡＤＤＲ（＆ｎｅｔｍａｓｋ，２５５，２５５，２５５，０）C／<设置子网掩码地址<／

<ｕｓｅ＿ｄｈｃｐ＝０C

＃ｅｎｄｉｆ／<ＬＷＩＰ＿ＤＨＣＰ<／

ｒｅｔ＿ｃｏｄｅ＝１C

Z

ｒｅｔｕｒｎｒｅｔ＿ｃｏｄｅC

Z

４结束语

由于处理器本身是以软核的方式实现，其功能可根据需要进行定制；软件开发容易，ＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ不但在硬件设计上提供了支持，在软件上也为设计者提供了较好的支持，提供了网络协议栈。随着系统设计日益完善，基于标准处理器的方案将会逐渐被淘汰，而基于ＮｉｏｓＩＩ处理器的方案，在ＨＤＬ源码上构建系统，能够通过修改满足新系统的设计需求。将处理器实现为可配置的ＩＰ核，开发者能够完全定制ＣＰＵ和外设，实现满足设计需求的处理器。

参考文献

［１］吴浩瀚，徐志军，徐光辉．基于ＳＯＰＣ技术的嵌入式系统设计［Ｊ］．军事通信技术，２００６，２７（２）：３２－３４

［２］ＡｌｔｅｒａＩｎｃ．ＮｉｏｓＩＩ世界上最多功能的嵌入式处理器［Ｍ］，２００４：３－４［３］ＭａｒｔｉｎＳｃｈｏｅｂｅｒｌ．ＡＳｉｍｐｌｅＮＩＯＳＩＩＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒＤｅｓｉｇｎ．Ａｌ－ｔｅｒａＩｎｃ，２００６：１－３

［收稿日期：２００７．９．９］

ＰＫＷ用于设定变频器的控制和监视参数，ＰＺＤ为变频器运行中的状态字ＺＳＷ、速度反馈ＨＩＷ等。变频器参数Ｐ９１８用于设定变频器地址，Ｐ０５３选择变频器操作源，Ｐ０６０为菜单功能选择，Ｐ７３４．１为状态字１，Ｐ７３４．２为实际速度值，Ｐ２７５读取定子电流最大值。主站与从站之间通过ＳＦＣ１４（ＤＰＲＤ＿ＤＡＴ）、ＳＦＣ１５（ＤＰＷＲ＿ＤＡＴ）交换数据。Ｓ７－３００ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站采用Ｓ７－３００型ＰＬＣ，是控制系统的核心。ＣＰＵ３１５－２ＤＰ的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ通信接口连接ＤＰ从站，实

现变频器的网络控制。

２．３Ｓ７－３００与ＷｉｎＣＣ之间

通信

工控组态软件ＷｉｎＣＣ是

一个集成的人机界面（ＨＭＩ）系

统和监控管理系统。ＷｉｎＣＣ提

供各种ＰＬＣ的驱动软件，因此

使ＰＬＣ与上位机的连接变得

非常方便。只要满足软硬件要

求，按照组态、设置ＰＧ／ＰＣ

Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、ＷｉｎＣＣ的设置、建

立变量等步骤即可建立Ｓ７－

３００与ＷｉｎＣＣ之间通信。３ＰＬＣ软件实现

１）接收从称重模块来的数据并处理数据。

２）发送从称重模块来的数据及系统的状态参数给ＰＣ机，以便在ＰＣ机的模拟界面上显示重量及各设备的运行状态。

３）接收从ＰＣ机来的参数及命令，并依此控制系统的运行或停止，控制各设备的工作状态。

４）对故障情况进行报警处理等。

如系统程序框图３所示。

４结束语

系统通过把混合系统中的配料系统和搅拌系统合二为一，利用计算机作为上位机提供良好的人机界面，使用ＷｉｎＣＣ软件实现ＰＬＣ与计算机的ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信，从而进行系统的监控和管理，通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ网络完成变频器的远程控制。

参考文献

［１］常发亮．一种自动配料系统的ＰＬＣ控制［Ｊ］．电气传动，２０００（４）：４２－４５［２］赵魏．ＰＬＣ在配料混合控制系统中的应用［Ｊ］．微计算机信息，１９９９（５）：３９－４０

［３］张水英，王先忧，金学波．ＰＬＣ在混合系统中的应用［Ｊ］．浙江工程学院学报，２００２（４）：２１６－２１９

［４］廖常初．Ｓ７－３００／４００ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．机械工业出版社，２００４

［收稿日期：２００７．８．２８

］

图３系统程序框图

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