基于PLC和组态软件的静态分批称重系统的研究与开发

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在食品工业向自动化、低人力发展的大背景下，作为以设备研制开发为主营的企业必须要将工作重作者简介：魏中青金 萌时邹维 东孔祥伟李 柯点定位在高集成度的自动化系统研发上。目前，国外的禽类屠宰行业已经广泛采用 PLC和组态软件来实现设备的自动化操作。根据禽类屠宰生产工艺的1982年生，博士，工程师。主要从事机电设备的研究与开发。

1981年生，硕士，工程师。主要从事机电设备研究与开发。

1978年生，硕士，高级工程师。主要从事机电设备研究与开发。

1986年生，硕士，工程师。主要从事工业自动化控制产品研究与开茇。

1984年生，硕士，工程师。主要从事机电设备研究与开发。

2013.6 l机电-体化 25基于 PLC和组态软件的静态分批称重系统的研究与开发要求，在禽体进入预冷槽之前，加工厂要称量已被净膛但还未浸水的禽体净重以便与养殖户进行核算。

由于加工厂每小时屠宰数量近万只以上，称重计算非常繁琐，人力劳作强度很大，因此，根据禽体大型生产线产量等要求研制开发了静态分批称重系统。以PLC的逻辑梯形图和控制电路为基础，以组态软件编辑的操作系统为人机互动界面，实现了对禽体的运入 、称重和运 出的-系列 自动分批称重功能 。目前，该系统已应用于国内禽类屠宰生产线上预冷前的静态称重机中，整套设备在速度、效率和操作上展现出了良好 的使 用 效果 ，提 高 了加 工 过程 的 自动 化程度。

1 静态分批称重系统的工作原理及功能静态分批称重系统主要应用于家禽屠宰加工生产线上的预冷单元之前的静态称重机中。设备外观如图 1所示 。

图 1 静 态 称 重 机 外 观 图系统主要实现的功能是：在禽体进入预冷槽以前，自动将已净膛但未浸水的禽体分批次记录质量，并最终累加出总质量，以方便养殖户与加工厂核算禽体净重。具体工作原理为：在电机拖动下，储藏盘中间的拨片匀速旋转，将禽体从储藏盘推至称重桶内，通过桶内的电子秤对禽体进行称重；电子秤将质量模拟信号转换为数字信号后，传送至工控机组态控制系统中，系统分析这批质量是否大于预设质量，如果大于预设质量，系统将这批禽体的质量记录，然后打开称重桶盖板，让这-批禽体滑入螺旋预冷中，系统会对每批有效质量进行记录并累加；操作界面实现了禽体单批质量和总质量的显示，并实现历史数据的保存、查讯、打油备份的数据库功能。

26 机电-体化 I 2Ol3.6根据静态分批称重系统的工作原理，本文归纳了整个系统的主要设计理念：以 PLC控制为核心，对模拟量和数字量数据进行采集，再由组态软件对数据进行分析，得出结果后下达命令，通过 PLC输出数字量脉冲信号控制继电器，让电磁阀带动汽缸打开或关闭称重桶盖板，从而实现对禽体分批称重的要求。系统整体概貌如图2所示。

开关脉冲信号图 2 静 态分批称 重系统概 貌图2 控制系统 电路及 PLC程序设计按照静态分批称重系统的工作流程，控制系统主要完成逻辑 周期控制和信号输入输出功能。系统的功能结构如图 3所示。

： l动作脉冲 ! I J r H7h 1 0 L- --- 。 - 。。 - l. . . . - . . . - - - - - - - - - - - - - . . . - . - . 图 3 静态分批称重系统功能结构图2.1 控 制 系统 电路 设计1)开盖动作数字脉冲信号输出 电子秤将禽体的质量值传输给工控机中的组态控制系统，系统记录后通过通信协议向 PLC发指令，从 PLC的数字量输出端输出脉冲信号到继电器，控制气路电磁阀产生开盖和关盖动作，完成将被测量禽体放 出称重桶 的功能。

2)周期触发信号读取 储藏盘中间的拨片旋转1周为整个系统程序的 1个逻辑周期，当拨片旋转至漏料洞之前 1～2s时，拨片触发储藏盘上的接近开关，接近开关发出 1个脉冲信号到 PLC上，程序中的逻辑周期被激活。

为满足现场的数据交换，系统操作软件平台选择研华610H系列工控机作为终端，其良好的扩展性完全满足禽体静态分批称重系统的要求。在禽体称重环节，采用梅特勒 ·托利多品牌的电子秤与工控机中的组态软件通信来完成数据交换。在控制称重桶盖板开关这-环节上，选择西门子 s7-200系列 PLC来完成由工控机组态控制系统发出的动作指令。拨片触发信号由SICK系列接近开关完成发送。静态分批称重系统电气图如图4所示。

图 4 静态分批称 重系统电气图2.2 PLC逻辑程序设计1)逻辑周期启动 因为根据工艺需要，拨片在储藏盘内旋转 1周需要 12s左右的时间，其中要进行质量值读娶分析和记录，还有开关盖的机械动作，这些逻辑动作都要由 PLC完成。首先规定在特定时间段 PLC要完成特定功能，第-步要启动整个周期，或者说在特定条件下逻辑周期被有效激活。具体操作为：调用 PLC中的 1个内部继电器 M1.2来触发这个周期上第-个重要动作时段的时间继电器，之后每-个动作时段都由 1个时间继电器限定，且由上组动作的时间继电器顺序触发，从而按动作顺序完成整个周Research.Development l期。由于内部继电器 M1.2的触发信号来源于储藏盘上的接近开关触发 IO.1的数字信号，但接近开关本身特性导致其在触发临界位置中可能产生不稳定脉冲，因此，在 PLC程序中限定其在下降沿触发才有效 (如图5所示)。

图 5 周期启动逻辑图2)循环周期中对各步骤的时间限定 在整个周期中，系统要完成以下具体步骤的时间预留：第-步先留出将禽体从储存盘推至称重桶内的时间。根据滑落长度制订本环节滑落时间为 0.5s，如图5所示，通过时间继电器 T37设定胴体稳定落入秤台的时间为0.5s。第二步留出将质量数据预先放置在组态质量中转寄存器当中的时间。因为质量值有波动，如果在分析阶段直接读取 1个波动值则可能影响处理速度，因此，在禽体稳定落入称重桶后用约 1 s的时间读取 1个有效质量值并存储于组态质量中转寄存器当中，作为-个稳 定值以供后续阶段处理。如 图 6所示。

第三步留出比较和判断将暂存于组态质量中转寄存器当中的质量值放至组态质量寄存器当中的时间。如图6所示，当内部继电器 M0.3触发时，组态控制系统开始采集电子秤的数据放到组态中转寄存器中，并通过时间继电器 T38设定采集质量时间为 1 s；当内部继电器 M0.7触发时，如果组态中转寄存器值大于基准值，则组态质量寄存器读取组态中转寄存器值，否则，组态质量寄存器的值清 0。由于 PLC在此阶段要与组态软件交换数据，因此要留出约 1.5s的2013.6 l机电-体化 27 在80-lOOs内，线路存在较大的上坡坡道，而列车速度基本不变，所以这-段时间内，列车又消耗了较多的电能。

从图3中可以看出，影响特定的某列车运行能耗的两个最主要因素是列车速度、上坡高度。

4 上海地铁 1l号线各 区间列车能耗为掌握上海地铁 11号线列车能耗情况，进行了相关测试。从江苏路站到嘉定北站的 l5个运营区间内的测试结果如图4所示。其中，曲线 1给出了各区间内的单列车吸收的总能耗(单位 kW ·h)；曲线2给出了列车的反馈总能耗(单位kW ·h)；曲线3给出了区间内运行时制动电阻消耗的电能(单位 kW ·h)；图 4 地铁 l1号线 实测 能耗数据Research·Development i曲线 4给出的是列车行驶的能耗指标[单位 kW ·h/(车 ·km)，图中放大 10倍以便于显示]。根据实测数据，上海地铁 11号线列车总体再生制动能量系数为41%，列车行驶的牵 引能耗约为 1kW ·h/(车 ·km)。总体上来说，列车的能耗较低，并且列车的制动能量回收较高。

5 结束语本文在介绍上海地铁 11号线列车牵引电气系统结构的基础上，着重分析了列车的牵引能耗相关因素，并结合某-运行区间深入分析了影响列车能耗的主要因素，分析结果可以为地铁列车能耗的估算提供参考。

针对 11号线各区间内列车的能耗情况，得出该线路列车的能耗较低，并且列车的制动能量利用较高。