基于臺達自動化產品的天平自動計量系統

　1 引言

　　天平廣泛應用于科研、國防、金融、建材、計量、公路、工礦等企業進行計量檢測。天平做為重要的稱量儀器，種類繁多，按使用范圍大體上可分為工業天平、分析天平、專用天平。按結構可分為等臂雙盤阻尼天平、機械加碼天平、半自動機械加碼電光天平、全自動機械加碼電光天平、單臂天平和電子天平。按精密度可分為精密天平、普通天平。各類天平結構各異，但其基本原理是一樣的，都是根據杠桿原理制成的。

　　天平是一種專業計量設備，根據量程范圍和計量物體不同，天平的主體框架和機械結構也有所不同，砝碼系統也不盡相同，天平系統核心機械部件決定天平計量精度。本文介紹的自動計量天平專門用于計量氣體質量的非標準天平計量設備，計量飛機發動機各項氣體指標是否滿足要求，以及提供參考數據用于發動機研發人員提高發動機性能，對于我國飛機核心部件的研發和提升性能具有積極意義。

　　2 系統設計

　　2.1 系統分析

　　國內專業制造工業天平的研究機構研發的天平設備加減碼系統均為人工或者機械加減碼，操作缺乏靈活，計量效率和質量不利于提升設備經濟價值和產品檔次。本項目天平自動計量系統研發成功填補了國內天平計量設備自動化控制的空白，設備具有完全自主知識產權，控制系統采用臺達PLC作為主控器，同時驅動4軸獨立交流伺服系統，上位機人機界面監控天平運行狀態，輸入加碼質量，系統實現精準自動加減碼，無論從核心部件還是控制系統都可以和國外同類設備相媲美。

　　2.2 天平自動計量系統組成結構

　　(1)天平開關：? 采用4千瓦三相異步電動機，由接近開關控制停止位置。

　　(2)秤盤升降：?? 采用2.2千瓦三相異步電動機，由接近開關控制停止位置。

　　(3)自動加碼：? 左右盤對稱各一套，分為公斤組（400W伺服電機驅動）；十公斤組（400W伺服電機驅動）；百公斤組（120W異步電機驅動）。三組砝碼應能實現0kg～199kg任意質量的自動組合。

　　2.3 系統設計

　　（1）控制系統原理：天平自動計量控制系統采用雙主站控制方式，人機界面和工控PC機同時作為主站監控從站PLC動作，HMI通過COM1通訊口與PLC COM1（RS232）通訊口連接，工控PC機通過COM1通訊口與PLC COM2（RS485）通訊口，從而實現命令下達和動作反饋等監控功能，實現設備自動化控制要求。主控器臺達PLC同時連接4顆獨立伺服驅動系統，高速脈沖控制伺服行進距離和行進速度，達到精確加減砝碼控制要求，同時PLC模擬量采集模塊實時采集壓力傳感器信號，轉換為壓力數值供上位機顯示和程序處理使用，天平其他部件動作條件檢測和動作驅動完成均由PLC數字量輸入輸出接口按照程序邏輯輸出實現控制功能，如圖1所示。

　　圖1 系統原理框圖

（2）配置設計：控制系統技術方案配置如表1所示。表1僅列舉出控制系統主要元器件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、電磁接觸器、電磁繼電器、按鈕、指示燈等）、檢測傳感器（壓力傳感器、接近開關、行程開關等），模擬信號變送器等元器件，此處均不予贅述。

　　表1系統配置設計

　　（3）臺達DVP28SV11T? PLC功能描述：DVP28SV11T提供并列形式高速擴展接口，可以擴展應用多樣的網絡接口，如以太網、DeviceNet、ProfiBus以及模擬量、溫度模塊等，從而實現實時控制的要求，最多可以擴展16臺模塊（左側擴充8臺＋右側擴充8臺），包括模擬量、溫度、軸控、通訊等特殊擴展模塊。DVP28SV11T主機內建200KHz四軸獨立和二組直線/圓弧插補功能的運動控制指令，使得位置控制方面的應用靈活而且方便。DVP28SV11T? PLC應用于4軸伺服定位控制；裁料機（高速伺服控制）；X-Y伺服機械手臂；伺服控制夾取物料應用；光電、半導體、紡織、節能與樓宇自動化等產業設備應用。臺達DVP28SV11T? PLC產品規格：主機點數：28 ；最大I/O點數：512 ；用戶程序容量：16K Steps ；指令執行速度：0.24μS（基本指令） ；通訊接口：內建RS232、RS485，兼容MODBUS ASCII/RTU通訊協議；資料存儲器：10,000 Word ；檔案存儲器：10,000 Word ；高速脈沖輸出：支持4點 （Y0, Y2, Y4, Y6）高速脈沖輸出、2組（Y0, Y1）（Y2, Y3）AB相脈沖信號輸出及2組（Y0-Y3 & Y4-Y7）雙軸插補功能，最高均可達200KHz，內建4組硬件高速計數器。

　　2.4 控制系統電氣設計

　　PLC主控器控制回路接線如圖2所示。需要指出的是，伺服能夠精準尋找到上述不同公斤數對應的不同角度，伺服電機拖動減速機帶動旋轉軸上面的若干的機械凸輪系統實現自動加碼動作，對于電氣控制系統只要能夠精確找尋到預設要求的角度就可以滿足要求了。

　　圖2 PLC電原理圖

2.5天平計量自動化工藝

　　系統上電系統程序自動運行以下一系列操作：檢測天平是否關閉，如果處于關位（SQ2+）則無動作，如果未處于關位（SQ2-），將天平關閉（KM2+）；檢測盤是否處于降位、罐是否處于退位：如果是盤處于降位（SQ4+、SQ6+）與罐處于退位（SQ19+、SQ21+）無動作，如果不是盤處于降位（SQ4-或SQ6-）或罐處于退位（SQ19-或SQ21-），將盤升起（KM3+、KM5+），將罐退回（SB2+、SB4+），將盤降下（KM4+、KM6+）；加碼系統回零；提示天平系統正常、允許進行手動控制操作；天平開(KM1+)[前提：左右罐處于退位（SQ19+、SQ21+），左右盤處于降位（SQ4+、SQ6+）]；平關(KM2+)；天平開關停止；[增加的一個觸摸屏上的功能按鈕，在開關天平過程中能夠在任意位置停止]；左盤升（KM3+）[前提：天平處于關位（SQ2+）]；左盤降（KM4+）[前提：天平處于關位（SQ2+）]；左罐進（SB1+）[前提：天平處于關位（SQ2+）、左盤處于升位（SQ3+）]；同時有觸摸屏按鈕和外部按鈕；左罐退（SB2+）[前提：天平處于關位（SQ2+）、左盤處于升位（SQ3+）]；同時有觸摸屏按鈕和外部按鈕；右盤升（KM5+）[前提：天平處于關位（SQ2+）]；右盤降（KM6+）[前提：天平處于關位（SQ2+）]；右罐進（SB3+）[前提：天平處于關位（SQ2+）、右盤處于升位（SQ5+）]；同時有觸摸屏按鈕和外部按鈕；右罐退（SB4+）[前提：天平處于關位（SQ2+）、右盤處于升位（SQ5+）]；同時有觸摸屏按鈕和外部按鈕；按給定數值加碼[前提：天平處于關位（SQ2+）]；系統急停：系統中所有動作全部停止[包括手動和自動的所有動作]。同時有觸摸屏按鈕和外部按鈕。

　　3 主控器程序設計

　　PLC控制程序難點和復雜的地方在于從0～199Kg砝碼質量的任意組合，還要考慮到加碼質量數值變化后，伺服要尋找原點，然后再運行到預設角度，左右加碼系統各一套，所以程序量十分龐大。PLC核心控制程序分別如圖3圖4圖所示。

　　圖3 左盤加碼原點回歸梯形圖

　　圖4 左盤伺服加碼梯形圖

　　4 結束語

　　為客戶提供具有良好性價比完美整合方案是中達電通的營銷策略，提供穩定可靠的系統集成解決方案是服務客戶的保證，此次天平自動計量系統項目結合臺達HMI、PLC、伺服驅動器等自動化產品，為客戶開發了一套穩定可靠的系統，不但能夠滿足客戶氣體稱重檢測工藝要求，而且更提高了天平自動計量系統的科技含量和工作效率，收到了客戶和使用單位極大認可，客戶稱后續還會有類似的天平自動計量系統采用這個成熟的技術方案，再次證明中達電通是客戶值得信賴的合作伙伴。