一種基于信捷XC系列PLC的稱重包裝機(jī)設(shè)計(jì)

江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校 劉 劍

一種基于信捷XC系列PLC的稱重包裝機(jī)設(shè)計(jì)

江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校 劉 劍

本文選用了性價(jià)比高的國產(chǎn)信捷XC3系列PLC作為控制裝置，設(shè)計(jì)了一套物料在線測量包裝機(jī)械，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能稱重，計(jì)算，包裝，實(shí)現(xiàn)了一站式自動化檢測打包。

XC32 ；TH765-N ；XC-E2AD

0 引言

稱重技術(shù)在人類生產(chǎn)、工藝流程中有著非常重要的作用，廣泛應(yīng)用于化工、石油、飼料、糧食加工、建筑、食品等行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)自動化水平不斷提高，小型化、模塊化、智能化、集成化稱重系統(tǒng)孕育而生，信捷稱重系統(tǒng)針對這一市場需求，在技術(shù)性能方面做到速度高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高，它是集傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制及測試技術(shù)、機(jī)械制造自動化技術(shù)、是現(xiàn)代稱重計(jì)量和控制系統(tǒng)工程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。整套系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和較強(qiáng)的滲透性、同其它高技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣，電子衡器包裝產(chǎn)業(yè)也是國家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)競爭的重要陣地。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)0～100kg電子秤，最小分辨率20g,4位數(shù)碼管顯示。3按鍵包括“標(biāo)定”、“∧”、“>”。觸摸屏顯示“設(shè)定”、“重量”。

開機(jī)自檢（0000～9999）。10秒內(nèi)按標(biāo)定鍵，進(jìn)入標(biāo)定零點(diǎn)，此時(shí)稱重量為零，顯示也為零；再按標(biāo)定鍵一次，進(jìn)入標(biāo)定量程狀態(tài)，此時(shí)稱重量為一標(biāo)準(zhǔn)值，通過∧,>,改變顯示值使其與標(biāo)準(zhǔn)值相符，標(biāo)定完成。再按標(biāo)定鍵一次，進(jìn)入測量狀態(tài)。在測量狀態(tài)按設(shè)定鍵可進(jìn)入設(shè)定稱重量狀態(tài)，用以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)秤重量，可通過∧,>,改變標(biāo)準(zhǔn)稱重量,再按設(shè)定鍵一次，回到測量狀態(tài)。整個系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳送帶自動流水包裝作業(yè)，物料分揀，一站式解決。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 人機(jī)界面圖

承重機(jī)構(gòu)和傳力系統(tǒng)：即電子秤的秤臺，是將被稱物體的重量或力傳遞給稱重傳感器的系統(tǒng)，通常包括:接受被稱重物體的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減震機(jī)構(gòu)等。

稱重傳感器：即將非電量(質(zhì)量)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它可以將作用于其上的重量或力按一定的函數(shù)關(guān)系(通常是線性關(guān)系)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(通常是電量，如電壓、電流或頻率等)輸出。

通用顯示儀表，由PLC和擴(kuò)展模塊，觸摸屏構(gòu)成。

電源：即向稱重傳感器測量橋路饋電的、穩(wěn)定度較高的激勵電源，可以是交流或直流的穩(wěn)壓電源。

氣動系統(tǒng)：由氣動機(jī)械手，雙作用氣缸構(gòu)成，電磁換向閥，空氣泵站構(gòu)成。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)

觸摸屏采用信捷公司的TH765作為人機(jī)界面顯示。這款觸摸屏耐油型，更適用于油污重的工業(yè)場合，7英寸顯示屏幕，6萬色真彩，支持BMP、JPEG格式圖片顯示，豐富的3D圖片素材庫，畫面更生動。提供2個USB接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和備份，雙口獨(dú)立通訊，可實(shí)現(xiàn)多屏一機(jī)。組態(tài)軟件采用Touchwin編程工具。設(shè)計(jì)的界面如圖2所示。

3 稱重控制算法設(shè)計(jì)

檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。

因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

當(dāng)最大負(fù)載為100kg時(shí)，全橋接傳感器具有2 mV/V的額定滿量程差動輸出電壓。要使傳感器信號能夠?qū)崿F(xiàn)20 g的精度，總共需要5000次計(jì)數(shù)，并顯示在LED顯示屏上。如果橋接傳感器獲得7.5 V的激勵電壓，則滿量程輸出電壓為：7.5V x 2 mV/V = 15 mV。也就是說，20 g的重量轉(zhuǎn)換為電壓形式可等效為：15 mV / 100 kg x 20g = 3μV。為了實(shí)現(xiàn)20 g的測量精度，所用ADC的LSB電壓應(yīng)比上述小四倍，即 3 V / 4 = 0.75μV。

ADC用內(nèi)置的1.2 V參考電壓工作。AD的參考電壓決定著滿量程差分輸入電壓，即VREF/2。由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器為雙極，因此ADC的LSB電壓為：

該LSB值經(jīng)過最大增益為32的PGA后，電壓值可降至0.57μV。采用更多的 AD輸出位。AD模塊內(nèi)部數(shù)字抽取濾波器能夠提供總共24位的訪問。可將數(shù)字濾波器輸出的額外兩位添加給16位轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將18位輸出信號進(jìn)行低通過濾（如進(jìn)行多結(jié)果平均），這樣ADC的LSB電壓就可降至0.143μV。

XC系列PLC讀寫AD擴(kuò)展模塊程序設(shè)計(jì)。

圖3 Ad模塊程序圖

4 結(jié)語

本文充分利用國產(chǎn)信捷PLC的模塊化組裝的優(yōu)點(diǎn)，利用擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)稱重控制器的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)稱重打包全自動操作，給相關(guān)控制系統(tǒng)提供了一種良好的系統(tǒng)架構(gòu)思路，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1]XC系列可編程控制器用戶手冊軟件篇.

[2]XC系列可編程控制器用戶手冊硬件篇.

[3]XC系列plc擴(kuò)展模塊手冊.

[4]郁有文,常健,程繼紅編著.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2003.

[5]楊清梅,孫建民主編.傳感器與測試技術(shù)[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社,2004.

[6]樊尚春編著.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[7]余道衡,徐承和編.電子電路手冊[M].北京大學(xué)出版社,1996.

劉劍，男，現(xiàn)供職于江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校，研究方向：工業(yè)自動化。