随着自动化技术的发展，自动化设备在生产制造领域的应用越来越广。传统配料过程存在配料时间长、精度低、管理混乱复杂、信息交互不通畅等问题。

配料系统的工艺流程设计了一套自动化的投料系统。以某酒厂自酿酒混料为例，详细描述了PLC配料生产系统的硬件设计和软件设计。系统由可编程控制器与触摸屏组成一个两级计算机系统，现场控制部分采用了PLC来对生产过程进行控制，PLC根据传感器采集的数据做出实时响应。本系统采用模块化设计，具有系统配置灵活、操作简单、维修方便和运行可靠等特点。本系统具有很强的通用性，只需修改程序就可实现同类企业的生产要求，有非常大的实用价值。

1配料平台设计

酿酒的主要原料由麦芽1#、麦芽2#、麦芽3#、麦芽4#、麦芽5#组成。开始配料前，由技术员在触摸屏上选取原料配方，输入配料总量与单袋产品重量，系统采用“上下级”计量方式，即称重桶计量模块负责上料部分重量采集，出料桶传感器负责出料部分重量采集。操作人员输入数据完成后，点击上料按钮，根据配方的设置，控制器通过变频器驱动上料机的电机。电机带动上料机的螺旋给料机将麦芽传送到称重桶，达到设定的重量后，将称重桶的麦芽放入出料桶，接下来控制器切换电机依次将配方中的原料全部上完，接下来利用出料桶中的搅拌电机将原料混合均匀，混合完成后操作人员再根据需要对产品进行定量输出。设置出料袋数、单袋重量，点击出料按钮，依次完成出料过程。

2配料控制系统结构设计

喂料系统的核心控制器为PLC，主要由生产线、操作台(触摸屏)、调速子系统、重量测量系统、执行机构、料位检测及电源等附属设备组成，搭建整个系统所需要的设备与PLC连接关系。系统配有紧急停止按钮当上料过程中系统出现异常，可以进行紧急停车。安装蜂鸣器是用于当系统异常时，配合上位机界面，做出相应提示，方便工作人员处理。系统选用五路接近开关分别安装于料仓底部用于检测料位是否充足。变频器通过五路接触器开关分时控制五台电机，进行麦芽原料顺序上料。数据采集部分通过传感器进行模拟信号采集，送入变送器进行A/D采样之后送入PLC进行处理，采用8路称重传感器。原因是考虑实际生产过程，由于称重仓与搅拌仓的体积比较大，需要将整个称重桶、搅拌桶架起来。设计了四个称重传感器串联，以矩形的形式安装于称重桶的底部，最终将各路信号相加得到重量信息。上下各四路很好的保证传感器受力垂直向下，能够很好的保证称重桶与搅拌桶的测量精度。

称重仪表与变频器均通过RS485串口与PLC进行连接，由于PLC只有一个485串口，所以将变送器与变频器进行串联，PLC利用寻址的方式访问从设备。

3电控系统硬件选型与电气设计

控制器选择S7-200smart，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。采用西门子系列1000IE触摸屏实现配料系统上位机界面设计，主要优点：操作简单、图形化编程，开发周期短与S7-200smart完美兼容。根据三相异步变频电机相匹配的技术参数，选择西门子V20变频器，额定功率1.5kW。考虑到经济和功能实现要求，选用称重传感器组来重量测重，选取Z6FC3、Z6FC6组进行重量采集。

上料系统：单个传感器误差5g，四路累计误差20g，四路测量范围0~200kg。

出料系统：单个传感器误差10g，四路累计误差40g，四路测量范围0~400kg。

考虑到生产工况，麦芽原料存在一定的灰尘，使用光电开关很可能对料位造成错误判断，因此本系统不选用光电开关，使用接近开关来完成料位检测功能。

4控制系统软件设计

4.1系统功能要求

酿酒自动配料系统的功能包括自动上料出料、配方存储、料位检测、故障诊断及状态消息提示等。配料主控程序由PLC完成，配方存储、数据输入等由触摸屏完成。配方修改、数据显示，记录配料实际值等功能由二者配合共同完成。系统采用梯形图语言编程，整个系统由系统初始化模块、调速模块、配方选取模块、数据采集模块、上料模块、出料模块等组成，相互协作完成整个配料工作。整个系统可以分为以下三个部分：准备阶段、上料阶段、出料阶段。

4.2准备阶段

准备阶段主要完成系统初始化将所有的状态位清空，进行数据复位。上料之前触摸屏会提示进行设备检查，确保配料之前设备为空。然后进行料位检测，确保能够满足一次上料要求，不必在上料的过程中停车。完成设备准备之后在触摸屏选择、输入生产数据，通过触摸屏将数据传递至PLC存储区。

4.3上料阶段

上料完成整个系统的配料工作，由于是5种麦芽顺序上料，以一种麦芽为例，开始上料之前开启称重模块进行数据采集，PLC将调速数据通过485串口写入变频器中，高速启动电机，进行快速上料。当原料实时重量达到设定值1(根据系统预实验数据得出)，进行变频调速进行低速上料，当实时重量达到预定值2(根据系统预实验得出)，关闭电机并延时进行误差采集，若误差范围大于配料要求误差，根据误差大小动态调整电机低速转步长，直到达到要求误差50g以内，本系统通过合理的设置参数进入抖动阶段后，基本上3次即可达到误差要求，快速性能够得到保证。当某一种麦芽上料完成后，开启称重阀门将麦芽放出，同时关闭当前电机并切换下一号麦芽对应的电机，开始下一号麦芽上料，直到完成所有麦芽的上料工作。

4.4出料阶段

出料完成整个系统的出料工作，开始出料前启动出料桶搅拌电机将麦芽混合均匀，之后在触摸屏输入必要的数据袋数、袋重，输入完成后点击出料按钮开始出料。当物料实时重量达到设定值3(根据系统预实验数据得出，不同设备设定值不同)，PLC控制直线电机关小出料阀门，当剩余出料量进入要求误差范围内，关闭出料阀门，蜂鸣器响起提示出料完成，准备进行下一袋出料。

5结语

基于PLC的称重配料系统己在某酒厂投入使用，运行结果表明系统运行稳定可靠。通过软件算法的优化，配料150kg时，配料时间约为5min，出料时间约为5min，单次上料的总重量偏差可控制在50g之内，实现了快速、高精度配料，此外，系统还具有故障报警功能，可以在PLC发生故障时通过报警画面对故障点进行提示，极大方便了设备的维护。