1.1配料系統組成
配料系統采用研華工業PC機作為上位機,西門子S7-300 PLC作下位機,上位機采用 WinCC6.0 SP3編寫界面，操作系統為WindowsXP SP2；下位機采用STEP7 5.3 SP3編程。上位機是一 個人機界面（HMI）,下位機是配料系統的執行部分。整個配料系統電氣設備的控制都由這套PLC 系統集中控制，各種現場模擬和數字信號通過PLC 集中處理。PLC通過與上位機的通信，將這些數據采集送入計算機，通過HMI顯示出來。操作人員也可以通過上位機發出指令，PLC接收指令后通過一系列編程工作，對信號進行處理后去控制各種操作。PLC采用本地主站連接現場電子秤稱重儀表。主站和現場電子秤稱重儀表通信采用Profibus-DP現場總線。主站為S7-300 PLC,由電源、CPU、以太網通信模塊組成，其CPU模塊采用CPU315-2DP,內置支持多點通信的MPI通信。整個配料系統布線簡單，結構更合理。上位機與PLC通過以太網接口通信，易于拓展。
12控制軟件組成
配料系統SIMATIC WinCC是基于 Windows 32位操作系統開發的人機界面軟件系統，稱重配料系統是SIEMENS公司在過程自動化領域中的技術和Windows強大功能相結合的產物。配料系統可以滿足對監視和控制生產過程以及對生產數據進行歸檔處理的諸多要求。用WinCC繪制的用戶界面，操作簡單人機界面良好，可動態顯示現場各種設備的運行狀態和配料系統運行的各種參數。操作人員還可以根據需要，靈活地控制現場設備啟停和更改配料的運行參數。為WinCC編寫的洗潔精配置主控流程。根據（A）（B）套洗潔精配制所要監測和控制的點數統計，配料系統共計使用：DI通道數130個；DO 通道數101個；AI通道數96個。故為配料系統選擇了 S7-300 PLC。S7-300 PLC屬于西門子系列中檔可編程序控制器，具有較強的控制功能和較強的運算能力。稱重配料系統不僅能完成一般的邏輯運算，也能完成比較復雜的三角函數、指數和PID運算。工作速度比較快，能擴展的AI、AO、DI、DO模塊的數量也比較多。STEP 7通過MPI（多點接口）可以很容易的實現和WinCC的通信連接。
1.3控制原理
1.3.1 PLC程序設計原理
設計中由于輸入輸出點數多，程序復 雜，故PLC程序的編寫采用結構化編程方法。將整個應用程序劃分成若干個FC功能塊，通過一個主程序OB1來對這些功能塊進行組織和調用。這種方法可以有效地利用一個函數實現一組相同或相近的控制任務，可大大節省程序的開發工作。 所編制的程序具有程序結構層次清晰、部分程序 通用化、標準化、易于程序的修改和調試等優點。 其中：OB1為主程序塊;Fl ~ F8為模數轉換、變量采集、配方設定、溫度控制比較、閥門連鎖、報警程序、溫度PID控制等控制模塊。DB10-DB15為模擬量、參數設定、報警、PID等數據塊。程序采用梯形圖方式編寫PLC程序。
1.3.2稱重精度控制
基于Profibus現場總線的使用，由于實現了數字信號的直接傳輸,改變了原先將電子秤4-20 mA 信號輸入PLC的方式，省去了PLC對模擬量信號的A/D轉化過程,并且各電子秤之間可就近與一根屏蔽的雙絞線總線連接，不僅降低了布線的成本，而且克服了A/D轉換精度低的缺陷，有效提高了稱重系統的精度和抗干擾能力與可靠性。
1.3.3溫度控制原理
洗潔精配料是一個復雜的過程，溫度、色澤、黏 度、pH值等參數的控制直接影響產品的最終質量。因此各參數都要嚴格控制在工藝要求的范圍內。新產品配方中加入的消毒除菌原料對溫度及其敏感，在高于40%：的環境下,該原料除菌殺菌作用將逐步喪失。因此生產過程中對洗潔精溫度的控制就成為極為重要的環節。原有系統對洗潔精溫度的控制 實際上是采用人工干預的方法,在配料過程中，操作人員如果發現配料儲罐顯示溫度高于或低于設定溫度,則手動啟動相應的冷卻和加熱裝置,直到實際溫度達到設定溫度為止。這種方式控制溫度調節精度不高,不僅會有明顯的滯后，占用較長的配料時間，而且不能滿足工藝上對溫度控制的要求，影響產品的最終質量。然而，配料過程中存在的許多不確定 因素又使得配制儲罐在部分原料加入之后罐體內溫度存在不確定性,這就使得洗潔精配置過程中的溫度成為一個復雜的被控對象。
該自動化配料系統通過PID算法來實現對洗潔精溫度的控制。在模擬控制系統中，控制器的控制規律是PID控制，其控制原理簡單，易于實現，在工業過程中廣泛應用。常規模擬PID控制系統由模擬PID 控制器和被控對象組成
PID控制器是一種線性控制器,它根據給定值 與實際輸出c(t)構成偏差信號：
e(t) = r(«) -c(f) o
將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線 性組合構成控制量,對被控對象進行控制，故稱PID 控制器。
傳遞函數的形式為：
D(S)=^^=KP+K,+~+KDS
式中:心 為比例增益系數，寫為積分時間常數，命為微分時間常數。
在計算機控制系統中，使用的是數字PID控制器，數字PID控制算法通常分為位置式PID控制算 法和增量式PID控制算法。位置式PID的標準數字 控制算法為：
8u(k) = KPe(p) + K] Y e(£)+ K^e^k) ~ e(k -1) ]
式中止為采樣序號』= 0,l ,2,…；u(k)為第k次釆 樣時刻的輸岀值;e以)為第k次采樣時刻的偏差值; 碼為積分系數;月為微分系數。
對式(3)兩邊同時取一階后向差分，可得理想 數字PID調節器輸出增量：
= Kp屁(k) +K;e( k) +KD [ Ae(A：) -Ae( k- l)]=Ae(/c) +Be(k—1) +Ce(k-2) 其中:A 二 Kp(l 繹十牛)= 乏衆)=
由此可得到理想數字PID調節器的位置式遞推 算法：
u(k)= u(k-l) +/u(k) (4)
增量式算法由于計算機輸出的是增量,機器誤 動作對配料系統造成的影響小。增量輸出只與現時及前2次采樣值有關，無需累加運算，不但節省內存和計 算時間，容易獲得較好的控制效果，同時還可避免飽 和現象發生。此外機器在進行手動-自動切換時式中:X為數字量對應的模擬量；
Ar為A/D轉換的參考電壓；
3FFH為AVR單片機ATmegal6具有10位的 ADC,故對應的數字量為3FFH。
便可得到需要釆集的數據，最終會存放在數組 中，以便后面的處理和顯示。
3結論
通過實驗表明:用AVR USB技術制成的采集卡能夠很好地與Lab VIEW相結合，實現數據的采集， 大大降低了開發成本，并且性能比較穩定。此外，將采集卡描述成HID類這樣可以不用另外再編寫PC機上的驅動程序，而直接可以被 Lab VIEW所控制，大大減少了上位機編程的難度。 造成的沖擊小，因此在過程控制中得到了廣泛的應用。該配料系統采用的是增量式PID控制算法,很好地 實現了對洗潔精溫度的控制。
14系統其他主要功能
1)可以根據生產需要選擇不同的原料，改變或 設定各種原料的化學成分和配比，通過自動配料系統實現所選原料按配比下料。
2) 具有歷史數據、曲線的査詢、打印、統計、速 查功能。
3)報警功能。
2結束語
自動配料系統的正常運行是洗潔精成品質量穩定的前提條件。該系統投運以來成功完成每年約10萬噸洗潔精的生產提高了配料的精確度。該系統運行可靠性能穩定保證了洗潔精質量的穩步提高。
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