摘要 - 本文做的是以SIMATIC触摸屏和PLC为中心设计的工业配料系统，使用WinCC-flexible的人机界面组态软件。所设计的系统表现出良好的功能，配料系统动态实时监控，自动报警，配方监督，有稳定，安全，方便操作和反应更快最终实现系统的配料和混合功能。

1.引言

西门子公司的产品WinCC-flexible是一种面向HMI的组态软件，该软件已被证明是PRO-TOOL系列中一款成功的产品。它具有更好的开放性，可扩展性和兼容性，提高了使用者界面的配置效率，带来了新的创造性的设备级自动化的概念。在SIMATIC产品中，它可用于配置所有的基于Windows CE的操作面板，从最小面板到触摸控制面板，多功能面板。由于上述种种优点，本篇文章结合PLC的控制核心，来自SIMATIC S7 - 300系列中的CPU313C来设计称重配料系统的触摸屏的配置。实现自动配料系统的设计。目标系统具有一些良好的功能，包括手动操作，故障报警，配方管理，趋势图（显示及分析）和打印结果。

2.称重配料系统的组成

本文所讲的工业自动化配料系统是指特定粉末和液体在被称重和混合的过程中使用实时监控和监管的自动控制系统。这种自动配料系统已被广泛地用于许多领域，其中包括冶金，建材，化工，医药，食品和饲料加工。一般工业配料系统由以下几个部分组成：

1）输入部分

输入部分是一个致动器，它从原料仓（或存储罐）中取出材料送至称重设备。根据不同的材料特性，选择不同的匹配监管给料设备，例如电振动给料机，螺旋给料机，简单的（双）速度电磁阀等。

2）称量部分

称重部分由传感器，标准连接件，接线盒，称重料斗以及称重过程中用到的称重仪器和错误检测装置等组成。

3）放料设备

我们可以通过称重设备递减法或排水设备增量方法（零位法）来出料。出料装置通常是由大气释放阀，电振动给料机、螺旋给料机、电磁阀组成。所有设备应当根据工艺条件和材料的性质进行设计和选择。

4）控制系统

配料系统由称重仪表，可编程控制器，主机显示器机和其他控制装置组成。

5）杆秤检查系统

为了确保配料的精度，配料系统的传感器需要定期校正，检查。

3.硬件系统设计

A.称重法

自动配料系统中，一般有两种称重方式：输入式称重和卸荷式称重。通常输入式称重相比卸式称重具有更高的精度，所以我们使用前者。输入型称重有两种实现方法，我们称种为零位法。当称重开始，我们通过加料设备把材料放到秤斗直到称重值达到设定值，然后打开闸门，倾倒材料，最后重新从零定位称量下一种材料；第二种被称为增量方法，与种方式不同的是我们不在称重工作刚完成时就立即倾倒材料，而是首先清除电子秤的计数值，然后再以同样的方法对另一种材料进行操作。显然，零位法相比增量法具有较高的精度，所以零位法是方法。

B.称重结构

在被送入混合箱前，物料成分有两种称重结构，

（1）固定式单组料斗秤结构 ：每个物料仓对应一个料斗秤，每一组材料称重完成后即进行后续处理。

（2）固定式多组料斗秤结构：多个物料仓分享一个料斗秤，每一组材料在总的称重完成之后进行后续处理 。对于这两种产品称重方式，固定式单组料斗秤结构拥有的传感精度，然而每一种材料都需要一个称重仪表和传感器，所以它的成本。

4.配料系统设计

自动配料系统的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计的关键在于选择不同类型传感器、工用仪器、可编程控制器以及工业控制计算机主机。软件设计主要包括对可编程控制器的编程和对工业控制计算机主机监控软件的设计。这篇文章主要探讨相关部件的选择和基于PLC的人机界面（HMI)的设计。

A 可编程控制器的设计

自动配料系统要求有数字量和模拟量输入/输出，以及性价比考虑，本文选择SIMATIC S7—300系列cpu313c为CPU模块，它集成了二十四点数字输入，对应于字节地址IB124 ~ IB126。对应十六个字节的数字输出地址是QB124和QB125，此外，这里有五个集成的模拟量输入点和两个集成的模拟量输出点。表1描述了PLC里I/O的地址分配，表2描述了PLC里有关触摸屏的地址分配。

B　选择HMI设备与组态设计

工业配料属于中型或小型系统，它们显示不了太多的信息。但要求它们有报警、配方、趋势图和打印功能。所以我们选择5.7寸TP177B颜色PN/ DP。一般对于图像的设计规划如下：

（1）当启动的时候显示原始图像

（2）用于综合显示每个主要变量的值（实时变化）的设备状况图像

（3）手动图像

（4）包括用户登陆，注销，用户管理等的用户管理图像设计

（5）配方监控图像。它是用来寻找有关配方的日期记录的，用户可以修改配方项目，增加或减少配方数据日期记录以及打印配方。

（6）报警图像。设计用来查看报警记录及显示报警原由。

（7）趋势图图像。显示打浆机中电动机转速的趋势图，限于文章的长度，在这里我们只介绍原始图像和手动图像。简要地说，我们以原始图像为中心，选择星单线模式切换。当启动时原始图像被显示，我们设置旋转按钮以便切换到其他图像，自然地，其他的图片模式也可以智能地返回到原始图像。

对于手动操作的图像设计，，按下“输入1材料”按钮，然后电磁阀打开，材料开始被传送到容量直到容器达到设定值。然后重复同样的工作，直到完成对第四种材料的操作。第二，“按排放按钮“轮流将材料排放到杆秤桶下面的混合箱内。第三，启动搅拌器，搅拌混合箱里面的混合材料。最后，当搅拌工作完成后，卸货完成加工的混合产品。靠近每个按钮的指示灯是用来显示输出的PLC信号的操作情况。左边的输出场地是反馈进料量的现值和每个阶段的运行实况。操作者利用对这些输出值的估计来停止当前操作。如果产生混沌信号，应立即停止系统运行。手动操作的图像如图3所示。

5．在线仿真调试

在仿真调试的过程中，一些TP功能可以得以被展示，条件是连接到PLC内部的用户程序中。如果我们没有PLC硬件，西门子PLC仿真软件的仿真软件的集成STEP7将是一个不错的选择。我们可以用它来模拟S7—300PLC功能和使用WCC flexible 的操作系统来模拟TP功能。在STEP7 SIMATIC Manager中打开该项目，然后打开S7 PLCSIM窗口，CPU视图对象出现。之后，在PLCSIM工具栏中点击输入、输出和一些记忆按钮，设计在仿真过程中所需的可视对象，然后设置视图对象的地址和日期格式。在在线仿真调试之前，控制程序应被写好并下载到仿真PLC，然后让CPU进入运行模式。最后点击系统WinCC-flexible的工具栏操作按钮，在线仿真调试开始，每个图像可清晰地被调试。

６.总结

将WinCC－flexible组态软件应用到工业配料系统，设计的TP图像对象根据实际要求和显示每个动态变量的值取决于操作图像和设备状态图像。所设计的自动配料系统具有操作简单的优点，非常好的可靠性，清晰的操作过程以及对于不同操作模式的准确性，同时，它具有实时报警、配方修改或打印和显示趋势图功能。这些功能使得操作系统的监控能力大大提高。工业配料系统是一个复杂的控制系统，如果我们想要一个高精度，低成本的系统，材料的性能和工艺要求应该在实践中根据企业和个人的情况综合考虑。