论PLC在电子皮带秤方面的应用

李海军

[摘    要]PLC为可编程控制器，是一种能够实现既定数字预算、得到既定结果的电子设备，被广泛应用在了工业领域，随着计算机技术和电子技术技术的发展，PLC开始被应用电子皮带秤设计中。为此，文章首先分析了电子皮带秤的机械结构及工作原理，其次分析了PLC在电子皮带秤方面的应用特点，最后分析了基于PLC的电子皮带秤控制系统设计，以期为PLC在电子皮带秤中的应用提供参考。

[关键词]PLC;电子皮带秤;控制系统

[中图分类号]TH715.195 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–02

Application of PLC in Electronic Belt Scale

Li Hai-jun

[Abstract]PLC is a programmable controller. It is an electronic equipment that can realize the established digital budget and obtain the established results. It is widely used in the industrial field. With the development of computer technology and electronic technology， PLC began to be used in the design of electronic belt scale. Therefore， this paper first analyzes the mechanical structure and working principle of the electronic belt scale， then analyzes the application characteristics of PLC in the electronic belt scale， and finally analyzes the design of the control system of the electronic belt scale based on PLC， in order to provide reference for the application of PLC in the electronic belt scale.

[Keywords]PLC; electronic belt scale; control system

电子皮带秤属于动态秤，与常见的磅秤、天平秤、电子秤等静态秤不同。因为电子皮带秤应用的动态计量方式，主要应用在工业控制操作中，能够对一段时间内皮带上通过的物料的总重量进行计算，真正实现了自动化和智能化计量。PLC则是电子皮带秤控制系统的重要元件之一，PLC设计、应用质量直接关系到了电子皮带秤的计量准确程度，需要设计人员结合实际工作进行PLC选择。

1 电子皮带秤的机械结构及工作原理

1.1 电子皮带秤的机械结构

常见的电子皮带秤主要由现场变送器、控制仪表、测速设备、荷载传感器、交流变频调速器几个部分构成。

电子皮带秤各部分具体的机械结构分析如下。现场变送器，荷重传感器得到的电压信号、测速设备得到的数字信号或者是脉冲信号，只有经过现场变送器处理，才能够得到PLC能够识别和处理的信号。控制仪表能够单独完成对某一台电子皮带秤的控制及管理，也能够通过与上位机连接建立集散控制系统，以此来实现对多台电子皮带秤的控制及管理。测速设备，在电子皮带秤中，应用频率较高的测速设备类型为光电编码器，其应用原理如下：将输出轴上的机械几何位移量转变为数字信号或者是脉冲信号;具体分为光电检测设备、光栅盘两部分，光栅盘与电机处于同轴状态。因此，当电机转动时光栅盘也在同步转动，光电检测设备便能够得到一定数量的数字信号或脉冲信号，计算数字信号是脉冲信号的数量，便能够得到电机的转动速度。荷载传感器，在电子皮带秤中，应用频率较高的荷载传感器类型为电阻应变式荷重传感器，其应用原理如下：在外力作用下，弹簧片会出现形变现象，从而带动粘贴在弹簧片表面的电阻应变片随之出现形变现象。此时，电阻应变片的阻值便会出现变化，电路将阻值的变化转变为电信号，便能够将外力变化转换为电信号变化。交流变频调速器，在电子皮带秤中，应用频率较高的交流变频调速器类型为ABB变频器，其应用原理是实现对电机的运行速度及电子皮带秤的线速度的调整。

1.2 电子皮带秤的工作原理

电子皮带秤控制系统能够对荷重传感器得到的电压信号、测速设备得到的数字信号或脉冲信号进行数字化处理及针对性调整;控制仪表能够通过量化计算、乘法運算得到并且显示皮带上物料的瞬时流量，从而得到并且显示皮带上物料的累计量，通过对比皮带上物料的瞬时流量及累计量得到误差值，根据误差值便能够得到控制输出值实际出现的变化值;在变化值的控制下，交流变频调速器便能够自行调节电机的运行速度及电子皮带秤的线速度，使实际的流量更加贴近电子皮带秤控制系统设置的流量值，最终完成定量给料工作。

2 PLC在电子皮带秤方面的应用特点

2.1 可靠程度较高

目前，PLC都在向集成化方向发展，这表示PLC应用的大规模集成电路技术在逐渐完善，不但能够确保PLC的生产质量，还应用了专门的抗干扰设计技术，这表示PLC在电子皮带秤控制系统设计中的应用具有绝对的可靠性。与同等规模的继电接触器系统相比，PLC机外电路系统中的开关接点、电气接线数量较少。这表示PLC的应用，不但提高了电子皮带秤控制系统的集成化程度，也降低了系统出现故障的概率。此外，大部分PLC现已经具备了故障自动检测功能，在发现内部故障后，能够自行发出警报信息，并且显示故障类型及发生位置。

2.2 维护难度较低

PLC应用的是模块式结构，即不同模块负责完成不同的操作、具备不同的功能，并且能够联合上位机系统实现各模块的共同应用，这表示如果某个模块出现了故障，只需要对故障模块进行检修及更换，不需要更换整体PLC结构，更不需要重新下载应用程序，这表示PLC在电子皮带秤控制系统设计中的应用能够大幅度降低维修难度。此外，PLC的端子排与模块是独立的，这表示如果某个模块出现了故障，只需要拔出端子排便能够对故障模块进行检修及更换，不需要拔出整体PLC结构的端子排。

2.3 通信联网便利

PLC的通信联网方式较多，主要有工业以太网通信、Profibus通信、MPI通信等。因此，PLC在电子皮带秤控制系统设计中的应用具备通信联网便利的应用优势，设计人员无须针对电子皮带秤控制系统编写专门的通信协议，只需要将PLC接口连接上通信电缆即可实现通信联网。PLC便利的通信联网条件，为PLC与PLC之间、PLC与电子皮带秤控制系统之间的信息交换提供了便利，使得各PLC能够形成一个整体，从而实现分散控制和集中控制功能的同时应用;并且PLC通信联网接口类型较多，能够满足实际需求。

3 基于PLC的电子皮带秤控制系统设计

3.1 控制系统硬件设计

电子皮带秤控制系统PLC选型需要遵循以下几项原则：满足客户对于系统的需求;符合现阶段设计及开发工艺需求;在确保系统基本功能和应用性能的基础上，尽量降低设计及开发成本。

例如，某电子皮带秤控制系统要求有8台台电子皮带秤、9个开关量输出（1个报警信号、8个启动停止信号）、16个模拟输入量（8个速度信号输入、8个重力信号输入）、8个模拟输出量（8个控制输出信号）。基于上述要求，现选择应用西门子S7-300PLC，并且配置1个5A电源模块、1个CPU313C模块、2个SM331模拟量输入模块、2个SM332模拟量输出模块。

3.2 控制系统软件设计

3.2.1 软件系统基本设计思路和步骤

基于PLC的电子皮带秤控制系统需要包含测皮、标定、手动控制、自动控制、停止操作5项功能，整体功能描述为：以电子皮带秤每米段上的物料重量、每秒物料移动的距离为依据，计算得到瞬时流量，再通过瞬时流量计算得到累积量。在此基础上，可以将软件设计具体分为如下5个步骤：①测皮，测量电子皮带秤的皮带重量，在测量过程中，电子皮带秤上不能有任何物料，目的是直接通过计算得到皮带上物料的净重，即皮带上物料的毛重——电子皮带秤皮重;②标定，对标定系数进行修正，目的是确保皮带实际下料量与标定显示量的相同，以此来实现对皮带实际下料量的科学计算;③手动控制，通过人工控制方式，电子皮带秤能够维持在一个较为稳定的运行速度和输出速度;④自动控制，通过PID调节方式，电子皮带秤能够按照既定运行速度和输出速度运行;⑤停止操作，令电子皮带秤停止运行，电子皮带秤控制系统运行流程如图1所示。

3.2.2 软件系统设计重点和技巧

某电子皮带秤控制系统要求有8台电子皮带秤，这表示在软件系统设计过程中，需要设计8个数据模块来储存8台电子皮带秤的运行参数;但是如果按照这种设计思路，某电子皮带秤控制系统要求有100台电子皮带秤，便需要设计100个数据模块，这显然是不科学、不合理的，并且会造成数据模块储存空间的浪费，从而增加电子皮带秤控制系统软件设计成本。因此，在电子皮带秤控制系统数据模块设计中，可以应用如下设计思路：①建立1个“用户定义块”，将其命名为“Steel Param”，在此模块中建立单台电子皮带秤的标准运行参数;②建立1个“数据块”，将其命名为“Steel”，在此模块中建立单台电子皮带秤的应用命令;③绑定“Steel Param”和“Steel”。这样8台电子皮带秤便能够共同应用1个数据模块，同样100台电子皮带秤也能够共同应用1个数据模块，这样不但实现了对数据模块储存空间的合理应用，还提高了电子皮带秤控制系统软件程序设计的科学程度和合理程度，大幅度提高了系统的执行效率和质量。

在电子皮带秤控制系統软件程序设计过程中，难免会出现诸多不可抗因素和外界影响因素，这些都会对设计工作的开展造成阻碍。其中，最为常见的不可抗因素便是干扰，就现阶段科学技术发展水平而言，干扰是不可避免的，即设计人员无法通过软件设计实现对干扰因素的完全排除;但是设计人员能够通过软件设计进行滤波处理，如果电子皮带秤控制系统软件程序每秒完成的采样操作次数较多，得到的采样数据也就越多。此时，可以在去掉最大值和最小值之后，计算得到剩余采样数据的平均值，这样便能够最大限度地缩小采样数据与实际数据的误差，即通过滤波处理最大限度地规避干扰因素的影响。

4 结束语

PLC在电子皮带秤控制系统设计中的应用，具有可靠程度较高、维护难度较低、通信联网便利。因此，能够提高操作配置的灵活程度，降低控制系统设计及应用成本。由此可见，设计人员需要从硬件系统和软件系统两方面，展开对电子皮带秤控制系统的科学设计，最大限度地提高计量的准确程度和精确程度，在精准称重数据的指导下，各项业务工作才能够高质量高效率展开。

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