配料系统中工人首先将材料运送到称重车间，称重完之后，再将材料手动送到配料系统上进行配料，称重车间使用了称重仪表进行称重，通过RS232口和工控主机相连，位于中控室的工控主机负责记录称重结果，显示称重数据，同时，控制人员可以在中控室通过控制电路手动控制配料过程的起停。 这种方式效率低下，同时主机上运行的是C 语言开发的DOS 程序，可扩性差，人机交互困难，不能完成自动配料的所有要求。为了提高生产率，降低成本，需要采用全自动配料系统。 新系统采用主从式结构。以工控机为上位主机，以西门子PLC 、变频器和称重仪表为下位从机。主机处于主导地位，实现对各从机的通信管理和控制，将工控机的RS-232异步通信口经电平转换后与PLC 相连，形成上下位机通信的一个物理通道；将主机的另一个RS-232口和称重仪表的通信口相连，构成第二个物理通道。上位机采用轮询方式，逐个与从站通信。上位机把任务规划的结果传送PLC ，在PLC 进行控制的过程中，上位机使用上位机连接命令监视下位机的运行状态和数据区内容，实时读取PLC 的内部状态以及称重仪表的实时数据，在上位机上显示。

系统具有如下功能：①全自动配料，在设定好配方之后，称重系统自动按照配方称重配料，无需操作人员干预；②具有报表功能，可以产生日报表，实时报表和月报表、年报表等；③动态增加和修改报表，系统通过设定权限，赋予技术人员或操作人员修改，增加配方的权利，同时记录该次修改的日期和操作人员编号；④断电恢复功能，称重系统能够在突然断电的情况下，恢复断电前的测量记录；⑤局域网共享功能，主机在局域网内可以共享数据，方便车间主管了解工程进度和其他情况。整个全自动配料混合称重系统由工控机、PLC 、工业称重仪表、变频器、振动电机、混料机、传感器、传送带等部分组成。

上位工控机提供人机交互界面，完成控制信息输人、数据管理、进行数据显示、存储、统计和报表等功能，上位机采用IPC810工控机，它的主要工作如下：工控主机首先根据操作人员的指令，读取某个编号的配方，然后，根据配方中配料的比例及先后顺序，向PLC 发出开始配料的指令，使得PLC 能够起动特定的变频器。在配料过程中，工控主机以轮询的方式，一方面实时读取PLC 的状态字，了解PLC 及PLC 下级设备的运行状态；另一方面实时读取安装在配料机上的称重仪表的称重数据，按照配料策略，当称重接近配方中的设定值时，主机向PLC 发出停止本次配料的指令。当一个配方上的所有材料都配完后，整个配料过程暂停，等待操作人员的指令。

运行过程中，PLC 与上位机实时通信，从而保证界面上显示的数据与现场实际数据的一致性，操作人员在上位机上发出的操作命令和设定参数都可以实时送到PLC ，PLC 的主要工作有：①接收上位机发送来的命令，通过变频器控制振动电机的起、停和快慢；②将变频器的运行状态实时写入内存数据区，供工控机读取；③将自身的各种状态以状态字的形式准备好，共工控机实时读取。

控制策略及配料过程

通过对配料过程的特点进行分析，得到配料过程具有如下特点：

（1）被控对象是单向的不可逆系统。原料没有办法从配料系统中重新回到传送带上。

（2）具有明显的时滞性。当配料达到设定值时，PLC 控制电机停止传送原料，这时传送带上具有部分原料无法回收，所以配料系统具有明显的时滞性。

（3）受控特性是开关性的。系统的起、停控制等都是开关量。

（4）在正常工作区内是线性的。 因此，我们考虑采用快速、慢速、提前发出停止加料指令等控制策略，同时利用PLC 的互锁技术确保配料的顺利进行。系统起动后，工控机向PLC 发出开始加料信号，PLC 控制变频器驱动电机进行快速加料，同时，工控主机通过串口持续不断的读取称重仪表的称重数据，当重量值接近设定值时，工控主机向PLC 发出停止加料的控制指令，此时，PLC

控制变频器进行慢加，通过事先估计出传送机构上原料的残余，设定值和实际加料的差值和传送机构上原料的残余相当时，PLC 真正发出停止指令，该指令由变频器执行，从而控制电机停机，停机后传送机构上的原料无残余，配料精度符合要求。流程如图１所示。

工控主机软件设计

工控机主要完成的任务如下：

（1）提供配料系统配料过程的动画显示。

（2）向PLC 发出控制指令，读取PLC 的运行状态。

（3）读取称重仪表上的称重信号，并将称重值在显示器上显示，根据称重数据，向PLC 发送指令。

（4）数据库和报表，保存配料数据，打印报表。

产品与应用

配方的增加与修改。

配料故障辅助报警等其他功能。

配料软件的界面设计

上位工控机使用紫金桥组态软件设计人机界面，工业控制组态软件实际上是一种能由用户根据自己的需要进行二次开发的软件开发平台。我们可以根据工艺要求在该平台上对整个监控系统开发出友好的人机界面，操作员通过该界面可以与现场设备进行实时交互。紫金桥软件是HMI/SCADA 工业自动化组态软件，它提供了一个高度集成化、可视化的开发环境。该软件具有如下一些特点：

多种通信功能。 紫金桥组态软件[3]支持如下通信功能：

1）支持RS232、RS422、RS485等串口通信方式，并支持无线电台、电话拨号、电话轮询拨号等方式。

2）以太网通信同时支持有线以太网和无线以太网。 3）所有设备的驱动程序均支持GPRS 、CDMA 、GSM 等移动网络标准。

（2）方便的开发系统。丰富的组件和控件构成强大的HMI 开发系统；增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；更加灵活多样的矢量子图，使得制作工程画面更快捷；提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数和自定义菜单。

（3）开放性。紫金桥组态软件的开放性表现在如下几个方面：

1）支持Excel 以VBA 的方式访问数据库。

2）软件为开放式体系结构，全面支持DDE ， OPC ， ODBC/SQL ， ActiveX ，DNA 标准。以OLE ， COM/DCOM 、动态链接库等多种形式提供外部访问接口，便于用户利用各种常用开发工具（如：VC++、VB 等）进行深层的二次开发。

3）组态软件I/O 驱动程序的体系结构为开放式结构，其接口部分源代码公开，用户可以自行开发新的驱动程序。

4）数据库功能.组态软件内置了实时数据库，而且实时数据库又内置多种功能块，来完成数据处理与存储，可实现累计、统计、控制、线形化等多种功能。

5）支持多种设备及总线。支持国内外大部分厂家生产的PLC 、调节器、智能称重仪表、智能终端、智能模块；此外，还支持Profibus ，Can ，LonWorks 和Modbus 等标准的现场总线。 3.2 系统的I/O 点数组态软件用实时数据库点来表示I/O 点。经过分析，系统需要三个I/O 点，两个数字控制点用来通过PLC 控制电机的起、停，因此这两个点的数据链接选择分别为PLC 的两个数字量输入输出通道。一个模拟点用来表示从称重仪表上读取的实时数据，因此，该点的数据链接为称重仪表的测量值。

通信程序设计

通信程序设计主要包含三部分，部分为主机与PLC 的通信；第二部分为主机与称重仪表的通信；第三部分为PLC 与变频器之间的通信。 4.1 主机与PLC 的通信

组态软件一般都内置了主流PLC 的驱动程序，首先在紫金桥组态软件中新建一个PLC 虚拟设备，该虚拟设备的型号必须和使用的真实PLC 的型号一致，如果在组态软件中找不到所需的PLC 的型号，则可以委托软件厂家免费开发一个新的该型号PLC 驱动。虚拟设备用来映射真实的设备，这里，我们使用的PLC 是SimensS7-300，设定主机通过串口1和PLC 通信。 4.2 主机与称重仪表的通信

针对称重仪表，我们使用的是的称重仪表，为了使仪表和组态软件很好的通信，我们特别委托紫金桥公司为该仪表开发了驱动程序。首先我们从组态软件的驱动列表中选择一个我们需要的设备类型，并针对该类型，建立一个虚拟设备，用来映射真实的称重仪表，然后设定仪表与计算机的通信端口及通信协议。

PLC 与变频器之间的通信

自动配料系统由于配料车间有多种原材料，为了配料方便，我们设置了多个传送带，所以配料系统一个PLC 需要链接多个变频器。为此我们在PLC 和变频器之间使用了Profibus 总线进行通信，将专用的Profibus 通信模块插入到变频器上，并设定好变频器的从站地址，然后通过Profibus 连接器接入到PLC 中，PLC 通过编程，实现对该变频器进行报文的发送与接收，将控制字发送到变频器，同时把状态字从变频器中读取回来。

CPU315-2DP 作为Profibus 主站，每个与主站通信的变频器可以看作是一个Profibus 从站。通信时，主站根据通信报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。从站本身不能主动发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。