自动投料系统是工业生产中最为关键的生产环节之一，配料质量将直接影响到产品的生产质量。自动配料机过程是一个多输入输出过程，每条配料生产线有序、协调的配合，准确的对料位及数量的进行控制。整个配料生产过程中，按照比例将主料与辅料进行配合，经过电子皮带秤，准确计量由皮带输送机输送的物料。利用PLC对整个输料及配料过程进行监控，并完成对系统故障进行显示及警报的作用，通过对变频器传输信号来完成皮带输送机的速度。

一、配料基本构成及工作原理

自动配料系统广泛的应用于工业生产的各个方面，主要由料仓、称料仓、中间仓、混合仓、仓壁振动器、喂料振动器、排料振动器以及传送带、搅拌机等部分组成。电机完成各振动器与搅拌机的控制；电磁阀则完成中间仓门与混合仓卸料门的控制。一旦出现一方面的故障，将发出铃声警告，并停止所有输出动作，待故障排除方可继续运转。

当自动配料系统通电以后，电机带动皮带进行动作，微处理器进行电机转速的控制。配料由料斗下落至落料区，经皮带传送至称料区，电子皮带称将对皮带上的物料进行称重。称重传感器根据物料压力大小输出电压信号，经放大，输出一个计量电平信号，这个信号与物料重量成正比。接着将信号送至上位机接口，并转换成一个流量信号，流量值在当前的上位机上进行显示，同时送至PLC，PLC将与上位机设定的配料给定值进行比较并运算。将此控制量传送至变频器，改变变频器的输出值，以此来完成对转速的控制。调整给定量与设定值相同，完成配料过程。

二、基于PLC的称量系统设计

1、计量系统的硬件设计

该称重喂料系统主要采用了SIMATICS7-/300系列PLC，系统中由S7-/300以及上位机来实现对主、辅配料机的两级控制。现在笔者以一号至四号的皮带秤PLC控制为例，每一台电子皮带秤都是由一台皮带驱动电机；两个料位传感器；一个速度传感器；一个称重传感器以及一台变频器构成。开关量控制着电机的运转状态，变频器控制端输入是由PLC的数字量输入来决定的，经变频器调出高频脉冲，并输送给皮带驱动电机。料位传感器开始检测料斗中是否含有物料，电机的转速由速度传感器监控。该系统需8个数字量输出信号，25个开关量输入信号以及24个开关量输出信号，I/O点总量是57。I/O点数量与类型如表1所示。

西门子公司的SIMATICS7-/300，是一种小型模块化的PLC，其优点就是可以对各种单独的模块可进行广泛的组合，从而可以构成不同要求的系统。表1：PLCI/O口数量与类型

笔者选择SIEMENS公司的S7-300系列PLC，是根据公司自动配料系统的被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度等方面实际情况进行考虑的，该PLC为CPU315-2DP。该型号是一款带现场总线SINECL2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM以及80KB的装载存储器，其存储容量可使用存储卡进行扩充，最大可以扩充至521KB、1024点数字量或者是128个模拟量。对系统I/O点数统计，选择了一个32点SM322继电器输出模块以及分别为直流32点和16点的SM321数字量输入模块。

2、配料的软件设计

SIMATICS7-300系列PLC是用SIMATIC语言来进行编写的，是一种可在通用的微机中以及WINDOWS环境下运行的语言。通过编程软件，不仅可以非常方便的进行程序的编写，并通过转接电缆将编写好的程序直接输入PLC进行执行，而且在调试时，还可以在线的对信号的输入输出情况进行监控调节，甚至可以进行在线的对程序值的修改，可以说是非常的方便。

将系统的一个工作的周期，来划分为几个有顺序的布，每个步都用编程原件来代表，这就是顺序功能图设计的基本思想。步与步的划分是根据输出量状态来进行的，在进行任意一步的情况下，输出量的ON/OFF状态是不变的，但是相邻的两个输出量的总量状态是不一样的。这就是编程元件状态与各个输出量状态之间的直接逻辑关系。在顺序功能图的各个步之间，只有一个活动步，每一步之间的装换是需要一定条件来实现的，只有在前级步为活动步，并且满足转换条件的状态下面，才能由前级步转换到后续步，此时，后续步则变为活动步。在自动配料系统的生产线设计顺序功能图时，我们根据实际的控制要求将一个周期划分成10个步骤，并用位存储器N来代表各个步骤，将N0.0设为起始步，N0.1-N1.1代表每个步骤。

STEP7语言将用户程序划分成不同类型的块，程序块可分为系统块以及用户块两个大类。用户块主要包括：组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）及数据块（DB）几类。系统主程序可以放入组织块中，而子程序可以放入功能块（FB或者FC）里面。

在系统中，PLC主要负责接收外部的开关信号以及传感器输入的数字信号，以此来判断当前系统的运行状态与输出各种信号，来控制接触器、继电器、电磁阀等部件执行相应的任务。除了以上这些，还有一个重要的任务，就是接收上位机的控制命令，来完成自动配料的控制。

此自动配料系统程序共7个块，分别是OB1与FC1至FC6。OB1是一个主程序，通过其他的6个“CALL”来调用当前语句，并以此调用FC1-FC6的功能模块，以达到完成整个程序运行的目的。6个功能模块的具体任务分配按下列分配进行：FC1主要完成系统运行以及运行方式设定；FC2主要完成系统的停止控制；FC3主要完成计量泵的配比及计量泵本身的控制；FC4主要负责故障及事故发生的处理控制；FC5主要完成对变频器的控制作用；FC6则负责显示相关的指示灯。

3、系统中梯形图的设计

在程序设计中梯形图的设计方法为起保停电路的设计法，这一方法仅适用了与触电以及线圈相关的基本指令，是一种比较通用的编程方法，可以在任意型号的PLC当中适用。在程序中，利用初始化的脉冲SM0.1将与初始步相对应的编程元件M0.0达到置位，为完成转换做好准备。

当按下启动按钮时，就按照顺序功能图设计好的顺序来完成自动转换，以前级步编程元件的常开触点来作为由前级步转换至后续步的先决条件并与转换条件相串联，只有前级步为活动步并且满足了相应的转换条件时，才能完成由前级步转换至后续步的动作，后续步编程元件常闭触电则串联在前级步编程元件的线圈回路之中，当进行前级步转换至后续步后，后续步变成活动步而前级步则变为不活动，其自保功能由后续步的常开触点来实现，这样来完成整个的转换控制动作要求。

为了实现在自动工作方式下能够连续不断的来循环完成各个工作方式的转换，而在单周期的方式下面，只执行一个工作周期便停止循环工作。在程序中使用上位寄存器M2.0在自动方式下，启动电源后M2.0能得电并可以实现自保功能，而在进行单周期方式时，启动电源后M2.0能得电，但是不能实现自保功能，在手动状态下，启动电源M2.0则不能通电。在进行初始步M0.0与第一步M0.1的转换时，启动按钮I0.4并不是串联于M0.1的线圈回路中，而是将M2.0的常开触点串联在M0.1的线圈回路之中，这样就可以对自动及单周期工作方式的转换控制进行实现。在手动的状态下，通过I1.5使各种编程元件的步处于复位状态，分别按下电动开关按钮时可对应输出得电，从而实现搅拌机以及1、2号传送带的点动控制。

三、结束语

采用了SIMATICS7-/300系列PLC的系统，具有人性化的编程，自动的完成计量配料系统的所有动作，大大减少了客户的工作量，对闭环控制系统进行了优化，不仅降低了成本，而且提高了控制的准确度，提高整个系统的高效稳定运行，减少后期维护。在现代社会人工成本的不断上涨，采用这一解决方案，可以大大的提高生产效率，并且操作简单，维护方便。是一种可行性很高的方案。