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1 前言

自動(dòng)定量包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于化肥、飼料和輕工等行業(yè)。稱(chēng)量包裝技術(shù)的發(fā)展大約經(jīng)歷了手工稱(chēng)量、繼電器控制和硬 PLC 控制等幾個(gè)階段。眾所周知, 硬PLC 具有可靠性高、使用方便和耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但是, 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 硬 PLC 的通用性及兼容性差等弊端愈來(lái)愈明顯。而計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)使得組網(wǎng)十分簡(jiǎn)便, 還可以通過(guò) Internet 與外界相連。一個(gè)具有開(kāi)放性的系統(tǒng)可以和任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。那么能不能將 PC 開(kāi)放性和 PLC 的可靠性等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起呢? IEC (國(guó)際電工委員會(huì)) 于 1993 年發(fā)布了IEC1131- 3 有關(guān)可編程序控制器編程的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn), 充分利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)或嵌入式計(jì)算機(jī)(EPC) 的硬件和軟件資源, 全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬 PLC 的功能。這就是國(guó)際上出現(xiàn)的高新技術(shù)- - 軟 PLC ( SoftPLC) 技術(shù)。

目前, 自動(dòng)定量包裝機(jī)的控制系統(tǒng)大都采用硬PLC, 當(dāng)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大后, 需提高包裝能力時(shí), 只能采用更大容量的硬 PLC 控制系統(tǒng), 這樣原有的硬PLC 相應(yīng)報(bào)廢, 勢(shì)必造成浪費(fèi)。本文所介紹的控制系統(tǒng)只需修改 CoDeSys 的控制程序即可提高包裝能力, 具有較高的推廣價(jià)值。

2. 自動(dòng)定量包裝機(jī)的組成部分和工作原理
   1. 組成部分

自動(dòng)定量包裝機(jī)主要由控制顯示部分、傳感器系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、放料系統(tǒng)、夾帶系統(tǒng)、秤斗、氣動(dòng)系統(tǒng)以 及框架結(jié)構(gòu)部分等組成。

1. 2. 工作原理

尿素、糧食等顆粒物料通過(guò)傳送帶、加料系統(tǒng)進(jìn)入秤斗, 在重力作用下, 秤斗將重力傳遞到傳感器, 使稱(chēng)重傳感器彈性體產(chǎn)生形變, 貼附于彈性應(yīng)變梁上的應(yīng)變計(jì)橋路失去平衡, 輸出與重量數(shù)值成比例的電壓信號(hào), 經(jīng)線(xiàn)性放大器將信號(hào)放大, 通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào), 由單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前的物料重量、各種設(shè)置參數(shù)和工作過(guò)程狀態(tài), 并且發(fā)出粗加料、細(xì)加料、稱(chēng)料完成以及上下限報(bào)警等信號(hào)。這些信號(hào)通過(guò) CAN 總線(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行通訊, 工控機(jī)中的軟 PLC (CoDeSys)按照程序輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。此開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò) I/ O 接口控制電器執(zhí)行部件, 再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)作, 從而實(shí)現(xiàn)從進(jìn)料到縫口的一系列過(guò)程控制, 如清零、粗加料、細(xì)加料、夾袋、放料等。

3. 控制部分

該方案的控制部分主要由工控機(jī)、智能稱(chēng)量顯示部分、I/O 接口等部分組成。如圖 1 所示, 下面重點(diǎn)介紹工控機(jī)和智能稱(chēng)量顯示部分。

1. 1. 工控機(jī)

本系統(tǒng)采用北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的工控機(jī)作為上位機(jī), 可使用 windows 或 Linux 操作系統(tǒng),采用觸摸屏技術(shù)。

目前,  市場(chǎng)上出現(xiàn)的軟 PLC 產(chǎn)品主要有某公司的等。其中 某公司的 CoDeSys 以其功能強(qiáng)大、可靠性高、二次開(kāi)發(fā)方便、集成可視化等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被國(guó)內(nèi)外用戶(hù)所認(rèn)可。CoDeSys 由控制器應(yīng)用代碼開(kāi)發(fā)編輯器、生成控制器應(yīng)用代碼的集成編譯器以及數(shù)字診斷和試運(yùn)行功能三部分組成。CoDeSys 編輯器完全符合 IEC1131- 3 標(biāo)準(zhǔn), 它支持該標(biāo)準(zhǔn)的 5 種編程語(yǔ)言, 即順序功能圖( SFC) 、功 能塊圖( FBD) 、梯 形圖( LD) 、指令表( IL) 及結(jié)構(gòu)文本( ST) 。另外, 它還提供了被稱(chēng)作連續(xù)功能圖的第六種編輯器語(yǔ)言, 該語(yǔ)言是由功能塊圖變化而來(lái)。用戶(hù)進(jìn)行編程時(shí), 可以使用其中一種語(yǔ)言或者使用幾種語(yǔ)言進(jìn)行混合編程, 這樣可大大提高編程開(kāi)發(fā)效率。CoDeSys 提供大量重要特性表幫助開(kāi)發(fā)者快速有效的調(diào)試和測(cè)試應(yīng)用程序。在程序代碼中可以直接顯示每一個(gè)變量的當(dāng)前值。這些值可以隨時(shí)寫(xiě)入和進(jìn)行類(lèi)型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)然后單步運(yùn)行代碼可以很容易地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。2004 年 6 月該公司在北京工業(yè)大學(xué)設(shè)立了 CoDeSys 產(chǎn)品推廣和培訓(xùn)中心, 能夠提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。因此, 該系統(tǒng)控制軟件采用 3S 公司的 CoDeSys 軟件, 它支持 SERCOS 總線(xiàn)和 CAN 總線(xiàn)。

CAN( Controller Area Network) 即控制器局域網(wǎng), 主要用于各種設(shè)備監(jiān)測(cè)及控制的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。它具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信方式靈活、通信距離長(zhǎng)、采用非破壞 性總線(xiàn)仲裁技術(shù)等特點(diǎn)。CAN 總線(xiàn)為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案, 它在國(guó)外工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用, 因此本方案采用 CAN 總線(xiàn)接口, 選用凌華公司研制的雙口隔離非智能型 CAN 適配卡 PCI- 7841, 該卡支持 CANopen,DeviceNet 等 CAN 總線(xiàn)應(yīng)用層協(xié)議; 并提供 VB,VC 下的編程函數(shù)。通過(guò)人機(jī)界面, 把操作人員的控制指令傳給智能稱(chēng)量顯示控制部分, 同時(shí), 接受智能稱(chēng)量顯示控制部分的信號(hào)和數(shù)據(jù), 加以分析和處理并顯示。

工控機(jī)的顯示界面如圖 2 所示。

1. 2. 智能稱(chēng)量顯示控制部分

目前, 市場(chǎng)上沒(méi)有具有 CAN 通訊接口的包裝機(jī)專(zhuān)用控制儀, 因此智能稱(chēng)量顯示控制部分需要自主開(kāi)發(fā)。為了縮短開(kāi)發(fā)周期, 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的控制儀進(jìn)行技術(shù)改進(jìn), 增加 CAN 通訊部分。該部分以 Intel 公司的微處理器 89C51 為核心, 通過(guò)傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換采集稱(chēng)重信號(hào), 經(jīng)過(guò)處理后, 根據(jù)需要將這些信息經(jīng)由 SJA1000 和 CAN 接口電路 ( 主要由 PCA82C250 組成) 發(fā)送到CAN 總線(xiàn)上, 與上位工控機(jī)進(jìn)行通訊。SJA1000 是PHILIP 公 司 生 產(chǎn) 的 獨(dú) 立 CAN 控 制 器 , 它 符 合CAN2.0B 協(xié)議, 具有完成高性能通訊協(xié)議所要求的全部必要性能, 可以完成 CAN 總線(xiàn)協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。PCA82C250 是 CAN 控制器與物理總線(xiàn)之間的接口, 可以提高對(duì)總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì) CAN 控制器的差動(dòng)接收能力, 并能提高總線(xiàn)的抗干擾能力。該部分功能圖如圖 3 所示。

4. 結(jié)束語(yǔ)

本控制系統(tǒng)采用 CoDeSys 和 CAN 總線(xiàn)技術(shù), 簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu), 完全符合開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的要求, 可以滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)開(kāi)放性和柔性的要求, 為將來(lái)工業(yè)自動(dòng)化向更高層次的集成提供了可靠的技術(shù)保障。經(jīng)過(guò)模擬試驗(yàn), 本控制方案達(dá)到了預(yù)期的效果, 具有十分廣闊的應(yīng)用前景, 并可產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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