作者：張思祥;楊建武;陳衛福

1 前言

自動定量包裝機廣泛應用于化肥、飼料和輕工等行業。稱量包裝技術的發展大約經歷了手工稱量、繼電器控制和硬PLC控制等幾個階段。眾所周知，硬 PLC具有可靠性高、使用方便和耐惡劣環境能力強等特點。但是，隨著計算機技術的發展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈來愈明顯。而計算機的標準化的通信協議和成熟的局域網技術使得組網十分簡便，還可以通過Internet與外界相連。一個具有開放性的系統可以和任何遵守相同標準的其它設備或系統相連。那么能不能將PC開放性和PLC的可靠性等優點結合在一起呢？IEC（國際電工委員會）于1993年發布了IEC1131-3有關可編程序控制器編程的標準。根據該標準，充分利用工業控制計算機（IPC）或嵌入式計算機（EPC）的硬件和軟件資源，全部用軟件來實現硬PLC的功能。這就是國際上出現的高新技術——軟PLC（SoftPLC）技術。

目前，自動定量包裝機的控制系統大都采用硬PLC，當企業的生產規模擴大后，需提高包裝能力時，只能采用更大容量的硬PLC控制系統，這樣原有的硬PLC相應報廢，勢必造成浪費。本文所介紹的控制系統只需修改CoDeSys的控制程序即可提高包裝能力，具有較高的推廣價值。

2自動定量包裝機的組成部分和工作原理

2.1 組成部分

自動定量包裝機主要由控制顯示部分、傳感器系統、加料系統、放料系統、夾帶系統、秤斗、氣動系統以及框架結構部分等組成。

2.2 工作原理

尿素、糧食等顆粒物料通過傳送帶、加料系統進入秤斗，在重力作用下，秤斗將重力傳遞到傳感器，使稱重傳感器彈性體產生形變，貼附于彈性應變梁上的應變計橋路失去平衡，輸出與重量數值成比例的電壓信號，經線性放大器將信號放大，通過A/D轉換器轉換為數字信號，由單片機處理后顯示當前的物料重量、各種設置參數和工作過程狀態，并且發出粗加料、細加料、稱料完成以及上下限報警等信號。這些信號通過CAN總線與工控機進行通訊，工控機中的軟 PLC（CoDeSys）按照程序輸出開關信號。此開關信號經過I/O接口控制電器執行部件，再轉變為機械動作，從而實現從進料到縫口的一系列過程控制，如清零、粗加料、細加料、夾袋、放料等。

3 控制部分

該方案的控制部分主要由工控機、智能稱量顯示部分、I/O接口等部分組成。如圖1所示，下面重點介紹工控機和智能稱量顯示部分。

圖1 系統硬件框圖

3.1 工控機

本系統采用北京工業大學自主開發的工控機作為上位機，可使用windows或Linux操作系統，采用觸摸屏技術。

目前，市場上出現的軟PLC產品主要有3S公司的CoDeSys、SIEMENS公司的SIMATIC WinAC、SOFTPLC公司的 SoftPLC以及CJ Intemationl公司的ISaGRAF等。其中3S公司的CoDeSys以其功能強大、可靠性高、二次開發方便、集成可視化等優點而逐漸被國內外用戶所認可。CoDeSys由控制器應用代碼開發編輯器、生成控制器應用代碼的集成編譯器以及數字診斷和試運行功能三部分組成。 CoDeSys編輯器完全符合IEC1131-3標準，它支持該標準的5種編程語言，即順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、指令表（IL）及結構文本（ST）。另外，它還提供了被稱作連續功能圖的第六種編輯器語言，該語言是由功能塊圖變化而來。用戶進行編程時，可以使用其中一種語言或者使用幾種語言進行混合編程，這樣可大大提高編程開發效率。CoDeSys提供大量重要特性表幫助開發者快速有效的調試和測試應用程序。在程序代碼中可以直接顯示每一個變量的當前值。這些值可以隨時寫入和進行類型的強制轉換。通過設置斷點然后單步運行代碼可以很容易地發現錯誤。2004年6月該公司在北京工業大學設立了CoDeSys產品推廣和培訓中心，能夠提供強大的技術支持。因此，該系統控制軟件采用3S公司的CoDeSys軟件，它支持 SERCOS總線和CAN總線。

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網，主要用于各種設備監測及控制的一種現場總線。它具有結構簡單、通信方式靈活、通信距離長、采用非破壞性總線仲裁技術等特點。CAN總線為工業控制系統中高可靠性的數據傳送提供了一種新的解決方案，它在國外工業測控領域已經有了廣泛的應用，因此本方案采用CAN總線接口，選用凌華公司研制的雙口隔離非智能型CAN適配卡PCI-7841，該卡支持 CANopen， DeviceNet等CAN總線應用層協議；并提供VB，VC下的編程函數。通過人機界面，把操作人員的控制指令傳給智能稱量顯示控制部分，同時，接受智能稱量顯示控制部分的信號和數據，加以分析和處理并顯示。

工控機的顯示界面如圖2所示。

圖2 工控機的顯示界面

3.2 智能稱量顯示控制部分

目前，市場上沒有具有CAN通訊接口的包裝機專用控制儀，因此智能稱量顯示控制部分需要自主開發。為了縮短開發周期，通過對現有的控制儀進行技術改進，增加CAN通訊部分。該部分以Intel公司的微處理器89C51為核心，通過傳感器、A/D轉換采集稱重信號，經過處理后，根據需要將這些信息經由SJA1000和CAN接口電路（主要由PCA82C250組成）發送到CAN總線上，與上位工控機進行通訊。SJA1000是PHILIP公司生產的獨立CAN控制器，它符合CAN2.0B協議，具有完成高性能通訊協議所要求的全部必要性能，可以完成CAN總線協議的物理層和數據鏈路層的所有功能。 PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，可以提高對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力，并能提高總線的抗干擾能力。該部分功能圖如圖3所示。

圖3智能稱量顯示控制部分功能框圖

4 結束語

本控制系統采用CoDeSys和CAN總線技術，簡化了硬件結構，完全符合開放式體系結構的要求，可以滿足工業自動化領域對控制系統開放性和柔性的要求，為將來工業自動化向更高層次的集成提供了可靠的技術保障。經過模擬試驗，本控制方案達到了預期的效果，具有十分廣闊的應用前景，并可產生良好的社會和經濟效益。

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