自动配料机随着电子技术、称重模块技术、通信技术、计算机及网络技术的高速发展，现代工业智能化程度的要求也越来越高，一方面要求设备具有高度的人性化设计、高可靠性，在正常及事故情况下对设备进行监测、保护和控制，另一方面要求对现场工况进行集中监视、数据远传，与调度室、决策层等进行联系，便于集中管理，通过对这些实时数据的采集、处理，可以直接地了解整个生产情况，避免以前数据弄虚作假的现象及减少管理人员为取得数据去现场取证而带来不必要的工作量，从而有针对性地根据现场情况采取相应的措施，提高生产效率，充分地发挥人力、物力和财力资源，以达到良好的管理和资源配置。近几年来随着现场总线技术不断地完善，现场应用效果较好，得到市场的认可。本文介绍一种基于MODBUS现场总线的配料系统。

1MODBUS总线配料的设计

自动配料系统MODBUS采用了ISO/OSI模型的物理层数、据链路层和应用层，MODBUS通信协议的一个最大的特点是废除了传统的地址编码，代之以对通信数据库进行编码。MODBUS总线面向数据而不是面向节点，其优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，加入和减少设备不影响配料的工作。MODBUS总线通信最高速率可达到1Mb/s；传输速率为5kb/s时，采用双绞线，传输距离可达10km左右，并且数据传输可靠性高。从物理结构上看，MODBUS网络属于总线式通信网络，系统与一般的网络区别在于：

（1）不同于以太网等管理及信息处理用网络，是一种专门用于自动化领域的网络；

（2）其物理特性及网络协议特性更强调工业自动化底层检测和控制；

（3）采用了最新技术和独特的设计、可靠性和性能远高于已经陈旧的现场通信技术。

在设计时应注意以下几点：

（1）为使阻抗匹配，应在总线两端加120Ω的终端电阻；

（2）MODBUS总线适配卡可使PC机很方便地与MODBUS总线进行连接，MODBUS总线适配卡上配有光电隔离，可增强系统在恶劣环境下使用。

2配料的工艺流程

自动投料系统是将几种原煤由反应釜经反应釜给料机输送给混合罐变频，当物料流经配料混合罐时，由配料混合罐进行计量。整个称重配料系统在计算机等控制下按一定的比例进行混合，然后进行称量，得到焦炭。

3称重配料系统的总体结构

3.1总体结构

配料系统主要由控制室（计算机监控单元）和计量控制柜组成。

称重配料系统控制室主要负责各称重显示器、变频器的参数设定、数据处理、信息收集、工作状况显示、历史数据查询，并依据需要对前言设备进行冗余处理及对PLC进行编程，控制室通过MODBUS总线适配卡和外部MODBUS总线相连接，传输介质为双绞线，连接到每个智能控制器和变频器的总线接口。每个智能控制器控制一台配料混合罐。

3.2配料的过程控制实现

配料通常有两种调速方式：调节反应釜给料机给料和调节混合罐变频速度给料。该涂剂称重配料系统采用调节反应釜给料机进行给料。控制过程主要是通过配料混合罐对反应釜给料机输送的物料进行计量。称重仪表接收来称量模块发送的称重信号和速度模块发送速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计值、瞬时流量信号传送给工业控制机（上位机）、智能调节器通过内置PID调节器，进行比较运算后自动调节PID值，用来调节变频器，再由变频器去调节反应釜给料机的转速，当流量增大时，降低反应釜给料机的转速，反之提高反应釜给料机的转速，从而使得几种物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。

配料的参数及运行过程可通过工控机进行设定和监控，也可通过手动修改PID的值，操作方便，控制可靠，整个配料实现了高度自动化，形成既相对独立又相互联系的闭环控制称重配料系统。

3.3计量控制柜

计量控制柜主要由可编程控制器、智能控制器和变频器等组成。该统有监视参数和报警信号，组态王基本I/O变量，为此选用组态王256点，其硬件配置如下：

（1）PLC：选用OMRON公司生产的CQM1H型，电源单元型号为CQMl-PA203、CPU单元型号为CQMlH-CPU2l、输入单元型号为CQMl-ID212、输出单元型号为CQMl-QC212及CPT编程软件等。

（2）称重控制器：选用某公司的智能称重仪表，具有现场总线技术（MODBUS）接口，可与上位机、PLC或DCS连接，方便地实现多点控制、数据采集、接口扩充以及与上位机的通讯联系，真正实现混合罐防爆电子秤的数字化。双CPU硬件结构，能保证在任何情况下仪表的实时性。智能PID调节，LCD显示，汉字提示信息。显示信息丰富、直观，能同时显示累计量、瞬时流量等。

（3）变频器：选用富士公司生产的FRNllCllS-4Cx，用于调节反应釜给料机的转速，现场控制效果很好，节约大量的能源（工作电压约70％左右），减少对环境的污染。

3.4控制室

（1）组成

控制室实际上是一台工业控制微型计算机，基本配置为机箱IPC-610、256M内存、48x光驱、1.44M软驱、43cm（17″）显示器、CPU接口卡PCA-6179L、MODBUS总线适配卡等。

（2）功能

控制室主要用于对现场的工况进行集中监视、数据记录、参数设置、定时存盘、报表打印及报警提示记录等，将切换开关置于控制室，可对现场设备进行启停操作；同时控制室与调度室进行通讯，将现场情况传送到调度室，调度人员能在上位机上直观地观察到生产过程中设备的运行状况、实时数据和历史数据等，并将这些数据进行处理存储、打印等。通过这些实时数据的采集、处理，从而充分地提高该涂料厂产品的质量、生产效率，发挥人力、物力和实现高度自动化控制。

4配料软件设计

配料工作站软件选用目前比较流行的“组态软件”作为开发工具，充分利用WINDOWS功能，图形界面较好，可以很方便地构造自己的数据采集系统，在任何需要的情况下可将现场的信息实时地传送到控制室，便于对生产情况进行监测。配料能与智能控制器和变频器进行通讯：读取数据，发送数据；并与PLC进行通讯：读取I/O状态，发送I/O指令；具有报警、故障查询及打印功能；组态画面真实反映实时状态；工程设定及配方输入多样，适应工况能力较强；软件设有不同的访问权限，可让不同权限的人操作不同的内容。利用DDE技术来实现EXCEL和WINCC的数据交换。其软件主要表现在：配料组态、实时数据库组态、历史数据库组态、回路组态和报表组态等。

4.1配料组态

配料组态是针对整个称重控制系统的硬件结构进行的，是整个工程项目组态的第一步，选择投入运行的现场计量控制柜的类型、个数、各自的站号及是否有冗余等，确定操作员站的站号及设定安全保护，对操作员的操作权限和操作范围进行限定等。

4.2实时数据库组态的设计

实时数据库是集散的信息来源，完成所有要监测和控制的点的组态。根据点数据的类型不同，分为模拟量输入/输出、开关量输人/输出和计算量。其中计算量即初始化采集程序中提供的应用程序接口变量，从本质上讲也是模拟量。针对不同类型的变量采取不同的处理方法。

4.3回路组态功能的设计与实现

完成数据库组态后才可以进行回路组态，是集散配料控制系统的关键步骤。主要用于连续过程控制、报警检测与处理及确定输入/输出回路等。回路组态数据库的每一项记录包括一条完整回路的必备信息，利用这些信息实现对配料的控制。回路组态根据其输入/输出的不同分为模人模出、模入开出和开入开出回路，其组态的合理性直接影响控制质量的好坏。

4.4历史数据库的组态设计

历史数据存储采用趋势曲线方式，通过输入时间，可调用数据，用于进行事故分析和报表运算等。

4.5报表组态的实现

配料报表分为周期性报表和触发性列表两种，周期性报表采用定时驱动方式，用来打印生产过程中的操作记录和统计数据，例如时报、班报、日报和月报等。触发性列表是用来记录在特定时间发生前后的某些点的值，用来进行事故或故障分析。

4.6运行程序的设计

配料进入运行状态后，用户应先进行登录，在自己的权限范围内进行相应的操作，否则监控界面将锁定在配料工况状态。利用鼠标可进行画面切换，点击“配料工况”、“趋势曲线”、“工程参数”、“动力控制”、“报表管理”等按钮，可切换到不同的画面，进行相关的操作。

5结束语

用户通过对该称重配料机几年时间的使用后，对该系统给予很高的评价：运行可靠性好，操作简单，维护方便，控制精度高，不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益。该可推广到对多种散装物料按预定的配比进行自动连续的流量控制的其配料场合，例如石油、化工、冶金、纺织、制药、烟草、机械加工、建材、市政建设等。