基于PLC的电子皮带秤自控系统的设计与实现

电子皮带秤称量物料重量，主要是测量通过电子皮带秤上物料的重力及皮带的速度来实现计 量目的。电子皮带秤按其使用功能来分类，秤型 分为计量秤、控制秤、配比秤。

称重原理

电子皮带秤由机械部分和电控系统两部分组 成。当物料通过皮带秤输送机计量段时CONTROL ENGINEERING China版权所有，物料质量 对称重托辊产生压力，称重托辊将这个力作用到 负荷传感器上，使传感器上产生一个与这个区段 上的物料质量成正比的电信号；同时测速机构产 生与皮带速度成正比的脉冲信号。电控系统完成 对信号的处理，显示出重量，瞬时流量、速度等参 数。与传感器顶部相接的称重托辊有单托辊和双 托辊，如图1、图2 所示。

PLC 电控系统的硬件组成

电子皮带秤的传动是由一台带有变频器调速的 交流电动机传动的，其主要检测元件是一台称重传 感器和安装在电动机轴上的编码器。称重传感器采 集输出0～24 mV 正比于物料质量的电压信号，该 信号经放大器放大成0～10 V电压后送入模拟量输 入模块，经A/D 转换后再送进CPU 模块进行运算。 同时随着输送机的不断运转，安装于驱动电动机上 的光电脉冲编码器发出脉冲，每一个脉冲代表皮带 走过的距离，其采集的电动机转速脉冲数送入高速 计数模块。经CPU 模块集中处理运算后输出的模 拟数由模拟量输出模块输出变频器的频率，来调节 电动机的转速，以达到控制的要求。还需增加所需 的输入输出点位的开关量模块。由于西门子PLC 以 其极高的性能价格比，功能强大，其指令执行速度 快，能缩短扫描周期www.cechina.cn，也就是能提高响应速度，增 强控制的实时性，更能保证高精度要求产品的质 量。电子皮带秤采用西门子S7 － 300 的硬件配置， 控制整个控制系统。其硬件构成如图3 所示。可按 下列硬件配置来进行硬件组态。

控制原理

在电子皮带秤触摸屏终端上按实际需要给定 设定流量sp(n)，与瞬时流量pv(n)比较，产生误差 信号ev(n)＝sp(n) —pv(n)，经PID调节运算产生 一控制电压信号给变频调速器调节交流电动机转 速。当sp(n)＞pv(n)时CONTROL ENGINEERING China版权所有，电动机加速，当sp(n)＜ pv(n)时CONTROL ENGINEERING China版权所有，电动机减速，直到sp(n)＝pv(n)达到控制 流量的目的。

自控系统的软件设计思路

电子皮带秤主要是流量控制，以达到瞬时流 量和累计量的显示及其称量的准确性。其主要的控制变量是对速度信号和流量信号的采集控制。
1) 编码器采集的是与皮带速度成正比的脉冲 信号，其脉冲信号由高速计数模块采集。电动机转 过的转数由脉冲数来计算，500 个脉冲即代表电动 机转过一转。电子秤皮带速度v 可由下式求得

2) 流量是单位时间内流过皮带秤的物料量。 流量可以通过测量某段皮带长度上物料的瞬时重 量及同一时刻的皮带行程或皮带速度得到。 传感器的供电电压为1 2 V D C，其灵敏度为 12 mV/V。电子秤完成一次重量采样工作是当有 物料流过时CONTROL ENGINEERING China版权所有，称重传感器输出0～24 mV 正比于 物料重量的电压信号，经放大器放大处理成0～ 10 V 电压后送入模拟量输入模块，再经模数转换 送入CPU 模块的运算，其成正比例的值转换过程 如图4 所示。
3) 累计重量W 是PLC 将各次采样到的重量值 累计即可得到。

5) 在称量物料时CONTROL ENGINEERING China版权所有，需要确保电子皮带秤达到 精度的要求，这就要编制调零和校秤程序。调零的 工作原理是其可分为平均值和绝对值调零，平均 值调零是将空载状态下皮带一周的平均重量值储 存起来，此后在电子皮带秤使用过程中，PLC 装置 将瞬时采样到的毛重减去皮重，得到瞬时物料净 重。绝对值调零是对称重带逐段调零，皮带被分为 多个测量单元，在实际调零的过程中，各单元都有 一个调零值www.cechina.cn，在使用过程中，各单元的测量值将减 去各自的调零值，得到瞬时物料净重。而校秤的工从上式中可以看出P/L 即为皮带每米上物料 的重量，n 为皮带走过Δ L 的段数www.cechina.cn，
p i Δ L/L 即为走过Δ L 长度的重量，对n 段重 量求和即得累计重量W 。
4) 建立了上面的数学模型后，则可采用SIEMENS 的编程软件STEP7 编制程序，通过编辑程 序指令把设定值sp(n)流量值和采集的瞬时流量pv (n)在电子秤限定的额定流量中各占的百份值分别 赋值给PID 连续控制器CONTROL ENGINEERING China版权所有，进行PLC 模拟量闭环连 续控制，控制变频器的频率，调节电动机的转速。 通过传感器、编码器各自采集的信号送至PLC，测 算出瞬时流量pv(n)。图5 是系统控制的方框图。