2移重控制系统要求与选型

基于铝厂的现场生产条件和工艺情况，要求系统称重范围量程为8t,分辨率小于10kg,数字显示实时跟踪小于Is,工作温度为0~70差。要求控制系统实现以下功能：离线标定、系统置零、称重显示、净重查询、功能增减、功能确认与退出以及到限报警等。

依据功能要求与实际工作情况，采用西门子S7-222PLC.TD200文本显示器和扩展模块EM231及DDM4A数字显示表设计。

设计中功能设定和操作可以由TD200文本显示器来完成，实时重量显示由DDM4A数字显示器完成，功能操作面板输入有：离线标定、称重、净重查询显示、按键确认、退出、按键增减等，输出有DDM4A所用4个输出口和蜂鸣器一个输出口，故可选用SIMATICS7-200系列具有8输入、6输出的CPU-222型PLC微控制器。TD200文本显示器经由RS485通讯口进行功能设定控制，信号采样经由EM231扩展模块完成，系统硬件与功能配置如图2所示。

根据系统配置情况和系统控制功能要求，称重控制功能软件采用易操作、易维护的模块化方法设计。

1. TD200组态

TD200文本显示器是专为S7-200系列PLC开发的操作员界面，应用场合广泛，特别是小型和低成本的应用场合，是S7-200控制系统人机界面最经济的一种选择，具有如下特点：

1. 带背光的两行液晶显示，可显示40个字符；
2. 无需单独电源，直接与PLC的CPU的PPI口连接；
3. 可显示修改和设定控制程序的过程变量值;
4. 可编程的功能键。

本文主要用TD200来显示称重重量和修改标定参数。为了给操作员提供较好的参数输入界面，必须对TD200文本框显示器进行适当的组态。组态包括：(1)支持语言：中文简体；实时时钟：否；强制I/O菜单：否；参数保护：否；扫描CPU时间：尽快；每条信息字符数：40字符；希望组态的信息数:24;参数块起始地址：VB32。(2)组态每条信息:将一些变量设置成为可编辑的，这样就可以通过外面控制面板或者TD200修改参数。而且，这24条信息，通过分级，设置成为菜单模式，使得人机界面形象生动，便于操作。

2. DDM4A数字显示器

DDM4A数字显示器主要用于PLC、DCS、计算机等控制中采集系统显示某些数据、参数(如温度、压力、流量、速度、角度、位置、数量、频率、转

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速、电压、电流、功率、时间、故障代码等)。其主要特点如下：

(1)4线串行BCD码通讯方式；

(2)4位0.8"LED数码显示,0000-9999显示范围；

3. 带正负号及5个扩展特殊符号显示；
4. 小数点位置可编程控制；
5. 采用晶体管开关输出驱动，单表仅需要4个开关量输出点，在多表连接方式下可共用选通输出点，节约大量的I/O点；
6. 电源极性保护；
7. 显示值与PLC内部数据完全一致，精确，无误差、无零漂、无需计量。

由于高温铝水不能用一般的泵抽，只有靠巨大的气压吸铝水，所以采用DDM4A数字显示器显示铝水净重，使得操作员能及时操作抽铝水系统。

3. PLC自动称重系统

用一台小型PLC实现单一的生产过程控制，比如叉车称重控制过程等，具有相当的优势，它所需的外围电路极少，且能够实现对采样值的数字滤波、PID运算等，还能够根据运算结果产生可控硅的触发脉冲，实现脉冲移相等功能。同时它具有抗干扰能力强、使用方便灵活、体积小、容易安装维护等优点，又是普通微机用于生产现场时所欠缺的。本文采用S7-200配合张力传感器测量铝水的重量，对重量采样值进行数字滤波。

数字滤波采样常用的求算术平均值的方法，设定采样18次为一个采样周期，在一个周期内的采样值舍去最大值和最小值后，余下的数值求取平均值,作为本次测量值。在进行线性化计算时，将采样值区分为若干区段，每一区段内的(采样值-重量值)关系均视为线性关系，即为标定过程。数字滤波后的测量值经比较，落在哪区段，则取相应区段的值进行计算，其公式为：

W=(W_raax—W_mi„)(S_x—S_mi„)/(Smax-S_mi„)+W_mi„

式中：

w.为区段重量上限值；

w.为区段重量下限值；

为区段重量上限对应的采样值；

S皿.为区段重量下限对应的采样值;

Sx为滤波后的当次采样值；

W为本次重量值。

4软件设计与程序实现

针对控制称重系统实际工作情况，程序采用简单、易操作的模块化设计实现。整个程序软件分为:初始化模块、称重计算模块、重量显示模块和操作设定查询模块4部分。

主程序完成上电复位、初始化和显示程序调用、功能选择、蜂鸣器报警等功能；初始化模块完成设定变量初值、DDM4A显示程序控制等功能；称重计算模块完成数据采样、重量计算、信号转换等功能;重量显示模块显示实时重量；操作设定查询模块完成标定、重量累加查询、清零等功能。主程序框图如图3所示。

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