電子秤計(jì)量是目前無菌灌裝摘機(jī)普遍采用的計(jì)量方式，如何將要  灌裝量準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地讀入 PLC 可以采用多種方法。本文采用稱重模塊 SIWAREX  WP231 替代傳統(tǒng)稱重儀表的方式，利用 PLC 內(nèi)部總線替代模擬量信號(hào)傳輸方式。本文分析了傳統(tǒng)灌裝機(jī)灌裝重量的采集方式，介紹了 SIWAREX  WP231的硬件搭接方法，PLC 程序設(shè)計(jì)，稱重模塊的參數(shù)修改，電子秤的標(biāo)定方法，以實(shí)例實(shí)現(xiàn)了基于SIWAREX WP231 的稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 .前言

在果蔬汁飲料無菌灌裝行業(yè)，隨著灌裝產(chǎn)品的多樣化，灌裝量精確化要求，電子秤稱重計(jì)量越來越成為無菌定量灌裝的主要方法。灌裝產(chǎn)品如果含有顆粒物或存在電導(dǎo)率不均勻，流量不穩(wěn)等因素會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)計(jì)量誤差較大。利用電子稱計(jì)量可以有效的避免以上缺點(diǎn)，可滿足多品種產(chǎn)品的無菌定量灌裝，大大提高了灌裝精度。

如圖 1，無菌灌裝中，通常采用的電子秤計(jì)量原理。灌裝容器承壓在動(dòng)工作臺(tái)上，動(dòng)工作臺(tái)通過稱重傳感器連接至靜工作臺(tái)。灌裝量的增大使稱重傳感器發(fā)生形變，并變換為電阻信號(hào)的輸出。檢測(cè)電阻信號(hào)，將其變換為重量物理值。

2.無菌灌裝重量常用采集方式

無菌灌裝稱重計(jì)量多用電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，常用硬件搭接結(jié)構(gòu)為傳感器電阻信號(hào)經(jīng)分配器匹配求和后輸出給稱重儀表，稱重儀表將電阻信號(hào)變換為重量值。同時(shí)，稱重儀表將重量值通過 4-20mA 電流信號(hào)輸出給 PLC 的模擬量輸入模塊，PLC 利用采集的重量值進(jìn)行設(shè)備整體的邏輯控制。稱重儀表帶有 I/O 控制端口，可進(jìn)行清零、去皮等操作。

此傳統(tǒng)模式有如下缺點(diǎn)：（1）電氣系統(tǒng)連接點(diǎn)較多；

（2）PLC 采集的模擬量信號(hào)即使受到微弱干擾，也會(huì)對(duì)精確灌裝造成影響；

（3）如設(shè)備中集成了觸摸屏，一般很難將觸摸屏顯示的重量值與稱重儀表顯示的重量值一致；

（4）重量的標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置需在儀表中進(jìn)行，集成化程度低。

基于以上傳統(tǒng)模式的不足，如采用西門子的稱重模塊 WP231 可取得更理想的效果。

3.西門子稱重模塊WP231的應(yīng)用

3.1 稱重模塊SIWAREX WP231簡(jiǎn)介

SIWAREX WP231 是一款通用型稱重模塊，適用于大多數(shù)稱重計(jì)量和測(cè)力應(yīng)用。緊湊型模塊設(shè)計(jì)，易于安裝在 S7-1200 PLC 系統(tǒng)中，同時(shí)也可脫離 CPU 獨(dú)立運(yùn)行。該模塊可以連接四線制和六線制稱重傳感器，測(cè)量精度為0.05%，檢定分度為 3000，分辨率為 1 百萬，采樣周期為 10ms。帶有四路數(shù)字量輸入和四路數(shù)字量輸出，一路模擬量輸出，具有以太網(wǎng)接口和 RS485 通信接口，可以非常方便的與觸摸屏、SIWATOOL V7 軟件及第三方設(shè)備進(jìn)行 MODBUS TCP/IP 和 MODBUS RTU 通信。

3.2  SIWAREX  WP231在灌裝稱重系統(tǒng)的硬件搭

如圖 2 所示，信號(hào)分配器輸出的電阻信號(hào)直接連接至稱重模塊，稱重模塊 WP231 與 PLC CPU 之間通過內(nèi)部總線連接，避免模擬量信號(hào)傳輸過程中的干擾影響。WP231 可無縫集成于 PLC、觸摸屏的電氣系統(tǒng)中，可通過在觸摸屏中的組態(tài)對(duì)稱重系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置等操作。

3.3SIWAREX WP231在博途軟件中的組態(tài)

1200 系 列 PLC 為 例 說 明。

WP231 通過內(nèi)部總線與 CPU1214C 連接，CPU 通過 profinet 協(xié)議與觸摸屏連接。

3.4SIWAREX  WP231在博途中軟件中的程序設(shè)計(jì)

打開編程軟件，調(diào)用 FB231 功能塊，如圖 3 所示。它是稱重模塊與 S7-1200 之間的通信接口。管腳 ADDR: 設(shè)定輸入地址的起始地址 68。稱重模塊 WP231 當(dāng)前的重量、模塊狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)字量輸入輸出及模擬量輸出的狀態(tài)都存儲(chǔ)在 背景數(shù)據(jù)塊 DB6 中。

3.5SIWAREX WP231參數(shù)設(shè)置與標(biāo)定

稱重模塊 WP231 的過程值、狀態(tài)、參數(shù)存儲(chǔ)于調(diào)用 FB231 時(shí)相對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊 DB6 中。其中在無菌灌裝稱重中主要應(yīng)用的 參數(shù)如下：

PROCESS_VAL_1:當(dāng)前毛重（去皮后為凈重；i_CMD_CODE：命令代碼；bo_CMD_TRIGGER：命令觸發(fā)位；DR3：標(biāo)定有關(guān)的參數(shù)；DR10：稱重傳感器特征值。

無菌灌裝稱重計(jì)量的重量值存儲(chǔ)在PROCESS_VAL_1，CPU 只需尋址 " 左大袋稱重 ".s_IO_DATA.PROCESS_VAL_1，可讀取該重量值用于灌裝機(jī)設(shè)備的計(jì)量控制。

對(duì)地址左大袋稱重 _s_CMD1_i_CMD_CODE 寫入命令代碼，同時(shí)觸發(fā)命令執(zhí)行位bo_CMD_TRIGGER，可執(zhí)行標(biāo)定、清零、去皮等稱重功能，所需命令代碼如表 1 所示。

通過觸摸屏中組態(tài)標(biāo)定界面來標(biāo)定電子秤，如圖 4 所示。標(biāo)定界面中的按鈕、I/O 域與參數(shù)、命令代碼相對(duì)應(yīng)。首先寫入必要參數(shù) DR3 和 DR10。輸入電子秤參數(shù)后，點(diǎn)擊開始標(biāo)定，啟動(dòng) WP231 的服務(wù)模式。在空秤情況下，點(diǎn)擊零點(diǎn)標(biāo)定，放置標(biāo)定砝碼（或其他已知重量物體），點(diǎn)擊砝碼標(biāo)定。點(diǎn)擊標(biāo)定結(jié)束，關(guān)閉 WP231 的服務(wù)模式，電子秤輕松完成標(biāo)定。

在灌裝機(jī)工作過程中，可在觸摸屏中設(shè)定所需灌裝量。灌裝量到達(dá)設(shè)定值后，PLC 進(jìn)行停止灌裝的控制

4.結(jié)語

電子秤計(jì)量精度高，灌裝量誤差不依賴溫度、流量、產(chǎn)品等其他工藝參數(shù)，是目前灌裝機(jī)主要采用的計(jì)量方式。采用西門子稱重模塊SIWAREX WP231 替代傳統(tǒng)稱重儀表的方式，降低模擬量信號(hào)的易受干擾因素，將稱重傳感器信號(hào)更可靠的采集到 PLC 控制器中。同時(shí)，PLC、稱重單元、觸摸屏無縫結(jié)合，大大提高了灌裝機(jī)電氣系統(tǒng)的集成度，簡(jiǎn)化電氣系統(tǒng)，減少故障點(diǎn)。稱重單元的參數(shù)修改，標(biāo)定等操作集成于觸摸屏中，方便操作。稱重模塊的故障信息可方便的讀取到控制系統(tǒng)中，為稱重系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷創(chuàng)造了硬件基礎(chǔ)。具有強(qiáng)大功能的稱重模塊，使用范圍廣，利于灌裝機(jī)產(chǎn)品的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化。稱重模塊的成本與市場(chǎng)中主流稱重儀表的成本相當(dāng)，不會(huì)增加稱重系統(tǒng)的總體成本。