在橡膠工業(yè)生產(chǎn)中，按設定的配方準確配料是保證產(chǎn)品質量的關鍵工序之一。在產(chǎn)品生產(chǎn)的配料過程中除主料外，往往還有各種化學藥品做浦料(俗稱小料)。這些小料的配比精度常常以克(g)為單位進行調配，其準確性對產(chǎn)品的特性影響很大。
    在實瞼室中可由人工稱量精確配料，但在工業(yè)化批量生產(chǎn)過程中，由于種種人為因素的影響，人工配料無法保證各批次產(chǎn)品的均一性。因此現(xiàn)代生產(chǎn)技術均采用自動配料稱量系統(tǒng)，這樣就可以保證產(chǎn)品質量的均一性、穩(wěn)定性。同時還可消除人為因素的影響，減少環(huán)境污染，提高勞動效率和減輕勞動強度。自動配料稱量系統(tǒng)便是基于此而產(chǎn)生的，它把PLC控制技術
和先進的控制算法相結合，保證了設備運行的可靠性和穩(wěn)定性，滿足了工廠生產(chǎn)的實際要求。
1  AB Controllogix系統(tǒng)簡介
    Controllogix系統(tǒng)作為Allen-Bradley下一代的控制系統(tǒng)，將順序控制、過程控制、傳動控制、運動控制以及通訊功能融合在一起?？刂破骺梢钥刂票镜豂/O，也可以通過EtUernet/IP,ControlNet,  DeviceNet及通用I/O網(wǎng)絡來控制遠程I/Oa  Controllogix系統(tǒng)提供了各種各樣的輸人輸出模板，以適應從高速離散控制到過程控制的多種應用場合。
    同時Controllogix系統(tǒng)的多任務操作系統(tǒng)支持32個可組態(tài)的連續(xù)性或周期性任務，這些任務根據(jù)具體應用程序將按照優(yōu)先級來執(zhí)行程序代碼。用戶可以為每一個任務分配最多32個程序，每個程序都可以有自己的本地數(shù)據(jù)或梯形圖邏輯，而且在同一處理器內還允許虛擬獨立運行。這種強大的多任務處理能力對自動配料系統(tǒng)這種適時性要求特別高的系統(tǒng)非常有用。
2自動配料工藝
    自動配料系統(tǒng)如圖1所示，它主要由除塵、解包、順料筒、儲料倉、給料裝置、稱量裝置、集料斗輸送線等組成，采用多工位、多秤同時工作方式。
配料過程主要由稱量裝置完成，控制系統(tǒng)
 

                                            圖1自動配料系統(tǒng)流程圖
    根據(jù)配方控制其準確稱量，在每一稱量裝置的下方均有一個集料斗，各集料斗圍成一個環(huán)形互相用拉桿連接固定在集料斗輸送線的軌道上，每一次稱量后，將稱量完的物量印到集料斗中，然后輸送線氣缸動作一次，推動集料斗組成的環(huán)在軌道上滑行，前進一個料位后即停止運行，進行下一次稱量。集料斗內襯塑料袋，集料斗繞環(huán)渭行一周后，塑料袋內收集到各種配方所需重量的小料。
    同時在操作者位置處有一個總檢量秤，集料斗運行時，它與集料斗底面間有間隙。集料斗停止運行時，下面的氣缸把總檢量秤升起，托起裝有完整配方小料的集料斗，進行總重量的檢量，待總檢量秤下降復位后，就完成一袋此配方物料的稱量，操作者更換集料斗內襯塑料袋，為新周期作好準備。
3控制系統(tǒng)概述
    因采用多工位、多秤同時工作方式，對控制系統(tǒng)的實時性要求很高，故需要控制系統(tǒng)有較強的運算和控制能力。為此，我們采用以PLc為主進行控制的兩級控制方案，即系統(tǒng)控制級和管理級。
    系統(tǒng)控制級王要完成物料配料的全部動作。每個工位配備一臺稱重儀表，主要完成重量數(shù)據(jù)的采集及顯示工作，此儀表支持ControlNet通訊，通過此通訊口可迅速將重量數(shù)據(jù)傳遞到PLC中，協(xié)助PLC完成稱量過程的控制。PLC作為控制的核心，主要完成配方分析、自動稱量控制、輸送及其他輔助動作。由于Controllogix的強大運算能力和響應速度，在實際使用上相當于可同時控制各稱量裝置工作，這大大增強了配料過程控制的實時性。稱量過程中PLC按配方設定，自動控制稱量速度，采用無級調速、反饋控制的方法，使本稱量系統(tǒng)具有稱量精度高，配料速度快等特點。
Controllogix的使用，提高了本套控制系統(tǒng)的可靠性和控制效果。
 管理級用個人計算機與系統(tǒng)控制級通過現(xiàn)場總線構成計算機管理和控制網(wǎng)，主要完成配方管理、配方運行、生產(chǎn)計劃、數(shù)據(jù)報表，同時還完成系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集等功能。
4控制系統(tǒng)總體結構配置
    控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如圖2
所示，在此系統(tǒng)中應用了Ethernet,  ControlNet,  DeviceNet三種網(wǎng)絡形式。
          
                                     圖2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖
    在硬件配置上，CPU選用了Controllogix控制器1756一L55M14o通過熱備模板1757一SRM構成CPU的冗余系統(tǒng)，控制器內存為3.5   M字節(jié)，還選用了Ethernet網(wǎng)絡模塊1756-ENBT,ControlNet網(wǎng)絡模塊1756-CNB、DeviceNet網(wǎng)絡模塊1756一DNB等。
    本系統(tǒng)以ControlNet網(wǎng)絡結構為基本骨架措建而成。ControlNet網(wǎng)是一個開放的高速確定性網(wǎng)絡，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息通訊，速率可達5  Mbps，提供實時的控制和對等的通訊服務。ControlNet融合了現(xiàn)有的遠程I/O和DH十網(wǎng)的性能，對于離散和連續(xù)過程控制均具有確定性和可重復性功能，用戶可自行設定網(wǎng)絡交換時間達毫秒級，從而極大改善了網(wǎng)絡控制的實時性和快速性。采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡針對不同站點需多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點共享，減少了網(wǎng)絡發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡實時高效。而且ControlNet建立在開放性網(wǎng)絡技術的革新方案—Producer!Consumer方式上，該方式允許網(wǎng)上所有節(jié)點同時讀取一個數(shù)據(jù)源同樣的數(shù)據(jù)，因而具有較高的吞吐量，而多點傳送通訊能力使許多控制器可以分享輸入數(shù)據(jù)和對傳互鎖數(shù)據(jù)，以達到更好的性能并減少編程的需求。通過它將本系統(tǒng)最關鍵的重量數(shù)據(jù)實時、可靠地傳送給PLC，在硬件上保證了PLC系統(tǒng)控制的準確性和可靠性。
    從圖2可以看出信息層采用現(xiàn)在最流行的以太網(wǎng)，它將控制系統(tǒng)與監(jiān)視和信息管理系統(tǒng)集成起來。通過以太網(wǎng)，用于監(jiān)控可編程控制器、工業(yè)計算機工作站以及高級商用計算機系統(tǒng)，可以存取設備層和控制層的生產(chǎn)現(xiàn)場信息，這樣的信息可用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、計劃管理、統(tǒng)計質量控制、遠程設備維護、生產(chǎn)流程以及物料跟蹤等。
    從圖2還可以看出，為了保證ControlNet網(wǎng)絡重量數(shù)據(jù)的高速傳輸，在設備層也同時采用了DeviceNet總線來處理一些輔助部分的數(shù)據(jù)通訊。DeviceNet是田美國Rockwell公司在CAN基礎上推出的一種網(wǎng)絡系統(tǒng)。它使用CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，11位標識符，加上DeviceNet的應用層，形成可靠、靈活的通信規(guī)約。在這里通過這種總線來控制稱量電機的變頻器，使得控制方式更加靈活，做到了對稱量電機的連續(xù)調節(jié)，為實現(xiàn)后續(xù)的準確控制奠定了硬件基礎。同時它的數(shù)據(jù)傳輸能力也比較強，傳輸速率大約為125-500 kb/s，完全可以滿足監(jiān)控觸摸屏的通訊數(shù)據(jù)要求。
控制過程
    如圖3所示，在以前的集中配料控制系統(tǒng)一般采用雙速給料，即快速和慢速2種給稱量精度靠預關門值來保證。通過對稱量
 
                             圖3
    物料的了解和實驗，影響稱量的因素主要有以下幾種:①物料的茹度:在相同的環(huán)境中和同一給料裝置的情況下，不同物料的給料速度不同，因而造成調試困難，稱量精度難以控制;②物料的比重:因物料的比重不同，采用同一裝置給料速度也不同;③環(huán)境的影響:環(huán)境的溫度、濕度變化將導致物料鉆度、比重等物理特性的變化，主要是物料的站度隨溫度的增加而增加，導致物料易起拱、結塊，對稱量不利;④由于控制給料裝置和控制裝置的非線性，即使在相同的控制方法和控制量下，各給料裝置的振動力和給料速度均是不同的。
    由于以上因素的影響，在以往的雙速給料中，每種物料均要調整到相應的狀態(tài)，才能達到預期的稱量精度。然而，隨著環(huán)境溫度的變化或物料批號的不同，原來狀態(tài)下的給料狀態(tài)，往往保證不了稱量的精度，需重新調整，從而降低了生產(chǎn)效率。由此可見，保證稱量的準確、快速是很復雜的?；谝陨戏治鎏岢隽诵碌慕o料速度控制方案(見圖4)，這種控制方法采用閉環(huán)控制，以下料速度為控制參數(shù)，克服了以上各因素對稱量精度和生產(chǎn)效率的影響。以上各因素的變化均以改變振動力加以克服，這種控制方法，雖然克服了以上因素對稱量速度和精度的影響，但同時控制算法和控制手段也變得更復雜了。
     從圖4可以看出，配料速度控制器控制給料裝置，對物料以給定速度，sET進行給料，控制系統(tǒng)不斷對物料重量進行采樣計算得到下料速度，并將此速度V與給定速度，SET進行比較。如V偏離vSFT，則控制系統(tǒng)根據(jù)所偏離的幅度進行運算，根據(jù)運算結果調整配料速度控制器的輸出值，通過對輸出值的調節(jié)進而影響給料裝置的下料速度，使給料速度始終控制在所允許的范圍之內，通過這樣不斷的采樣調節(jié)，使得整
 
                圖4給料速度控制方法主框圖
個稱量過程始終保持以給定的速度進行下料，保證了最終稱量的準確和可靠。
    可以看出本系統(tǒng)對給定速度的連續(xù)調節(jié)是整個系統(tǒng)的關鍵，如要想實現(xiàn)對，S。L的準確調控，控制系統(tǒng)就必須要對給料速度v有很快的采樣頻率，同時又要有很高的運算能力，保證能根據(jù)復雜的控制算法及時完成對、s:，的調節(jié)控制。以前的PLC控制系統(tǒng)通訊速率比較慢、運算能力差，編程萬式也不適合復雜程序的編寫，因此想實現(xiàn)對給料的速度控制幾乎是不可能的。但網(wǎng)絡PLC-Controllogix系統(tǒng)的采用很好地解決了這方面的問題。ControlNet網(wǎng)絡的高通訊速率可以保證對給料速度V的高速采樣，Controllogix強大的運算能力保證了各類復雜控制算法的及時完成。同時復雜的程序編寫，也因為Controllogix提供的實時多任務編程環(huán)境而變得十分方便。
    本系統(tǒng)最終實現(xiàn)的連續(xù)調節(jié)下料過程如圖5所示，可以很明顯的看出與雙速給料控制的下料過程(圖6)的區(qū)別。雙速給料過程中給定
 
            圖5連續(xù)調節(jié)下料控制曲線
 
            圖6雙速下料控制曲線
2段速度，但對這2段速度是開環(huán)控制的，即系統(tǒng)無法確切保證物料會以這2段給定的速度下料，整個過程都是不可控的。而且在雙速給料過程中，高速給料時，效率高，但精度難以控制;低速給料時，精度可以控制，但稱量時間長，效率低。因此，這種方式無法解決精度與效率的矛盾。而連續(xù)調節(jié)通過對稱量速度不斷給定，并在下料過程中通過反饋連續(xù)進行調節(jié)，使整個下料過程的速度始終保持在給定范圍之內，直至最終結束。具體的過程是這樣，在稱量初期穩(wěn)定在速度，。，系統(tǒng)是一個定值調芍系統(tǒng)。當稱量值接近設定值時，速度的設定值減小，從而該系統(tǒng)又變?yōu)橐粋€隨動調節(jié)系統(tǒng)。將以往的分段控制改為連續(xù)控制，越接近目標值速度越慢，最后階段可以將下料速度控制在很小的范圍之內，因為稱量過程速度的可控，保證了稱量的精度，同時也保證了稱量的速度。
6總結
    本系統(tǒng)在設計過程中主要考慮控制方法的先進性和自適應性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟適用性及可擴展性。該系統(tǒng)使用后，控制效果良好，在長期的使用過程中，無需用戶對設備進行調節(jié)，設備會根據(jù)物料自動進行速度控制，解決了雙速控制系統(tǒng)的很多缺點，物料配料速度加快，準確度提高，保證了所配物料的產(chǎn)品質量，滿足了客戶的要求。