摘 要：本文著重介紹可編程稱重控制器（PWC）的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用以及主要特點 關(guān)鍵詞：可編程稱重控制器、多秤系統(tǒng)、CAN總線、工業(yè)嵌入式系統(tǒng)、配料控制、雙機(jī)雙控 一、PWC可編程稱重控制器簡介 PWC全稱programmable weighing controller.中文全名：可編程稱重控制器，是長陸公司自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品。 為滿足對于多秤系統(tǒng)同時運行并各自有不同的執(zhí)行周期，開放的通訊能力以及網(wǎng)絡(luò)接口等復(fù)雜控制的需求，同時基于嵌入式技術(shù)的發(fā)展以及軟邏輯控制在工業(yè)控制領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，于是就產(chǎn)生了PWC。 PWC結(jié)合了PC的處理器，RAM和軟件的優(yōu)勢，以及PLC固有的可靠性、堅固性、分布特性、緊湊的安裝形式，可滿足單一平臺多功能的需求。PWC由于邏輯內(nèi)核運行于后臺，可以和其它的應(yīng)用程序，如HMI軟件、配料控制、邏輯控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等同時在PWC系統(tǒng)中并存，實現(xiàn)實時控制、HMI組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫等功能同時運行于一臺控制器之中，在系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性、低成本等多方面為現(xiàn)有的采用PC+PLC+儀表的客戶提供了一個全新的系統(tǒng)方案。 二、PWC系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，在使用過程中，用戶可根據(jù)現(xiàn)場的需要，選用合適的模塊類型，組成實用、性能安全可靠的系統(tǒng)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下所示： 構(gòu)成部分介紹: 2.1工業(yè)計算機(jī)/觸摸屏或大屏幕 主要用于數(shù)值的顯示，用戶參數(shù)的配置，配方的生產(chǎn)和修改，數(shù)據(jù)報表等，起到人機(jī)界面的作用。 2.2 PWC各種模塊 PWC模塊是系統(tǒng)的主要組成部分，目前提供8種不同功能類型的模塊，主要有： 1）主控模塊：整合多規(guī)格的軟件功能如HMI、軟邏輯、單一的數(shù)據(jù)庫、配料算法軟件。同時負(fù)責(zé)各種子模塊的協(xié)調(diào)管理，把各種子模塊的不同類型數(shù)據(jù)，和用戶設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)各個開關(guān)量的輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，把動作要求經(jīng)過下面的子模塊如模擬量輸出模塊、開關(guān)量輸出模塊輸出到控制設(shè)備，相當(dāng)于PLC的CPU功能； 2）稱重模塊：主要用于對重量的測量，也包含4路的開關(guān)量輸入和4路開關(guān)量輸出； 3）AIO模塊：該模塊具有4～20mA的模擬量輸入和模擬量輸出各兩個通道，采集通道可以對具有4～20mA輸出的傳感器、設(shè)備等進(jìn)行采集；輸出通道可以用于驅(qū)動控制設(shè)備，如變頻調(diào)速等。 4）DIO模塊：包含8路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出，主要用于現(xiàn)場開關(guān)量的輸入和輸出，輸入節(jié)點連接設(shè)備的無源接點（干接點），如按鈕輸入、行程開關(guān)、接近開關(guān)等，輸出節(jié)點是繼電器輸出，接點容量為AC250V5A，DC30V5A，可以驅(qū)動交流接觸器，電磁閥等； 5）AI模塊：具有4路4～20mA的模擬量輸入通道，其作用和AIO模塊的輸入部分相同； 6）DI模塊：提供24路開關(guān)量輸入，接點類型和DIO模塊的輸入接點類型相同； 7）AO模塊：具有4路4～20mA模擬量輸出； 8）DO模塊：具有24路開關(guān)量輸出，接點容量為AC250V5A，DC30V5A的開關(guān)量輸出。 2.3總線介質(zhì) PWC總線的通信介質(zhì)可選擇雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。在一般應(yīng)用中，為了廉價而實用可靠，我們建議使用1.0mm²屏蔽雙絞線； 2.4其他設(shè)備 其它在線測試儀器的數(shù)字信號輸入、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號或其它PWC系統(tǒng)。 三、系統(tǒng)特點 3.1塊化設(shè)計 PWC采用模塊化設(shè)計，搭配靈活，既可完成小系統(tǒng)，也可以完成大系統(tǒng)，象搭積木一樣。用戶可以用根據(jù)系統(tǒng)要求的高低，靈活搭配，方便找出系統(tǒng)性能和成本結(jié)合的最佳點。 3.2分布式結(jié)構(gòu) PWC各功能模塊間采用CAN總線式連接，模塊可以靠近設(shè)備安裝，減少現(xiàn)場布線，降低使用成本和維護(hù)成本，提高系統(tǒng)可靠性能。 CAN（controller Area Network ）總線是當(dāng)今主流五大總線之一。它采用了ISO/OSI模型的物理層數(shù)、據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，CAN通信協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編碼。 CAN總線面向數(shù)據(jù)而不是面向節(jié)點，其優(yōu)點是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，加入和減少設(shè)備不影響系統(tǒng)的工作。 CAN總線通信最高速率可達(dá)到1Mbps；傳輸速率為5kbps時，采用雙絞線，傳輸距離可達(dá)10km左右，并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN網(wǎng)絡(luò)屬于總線式通信網(wǎng)絡(luò)，它與一般的網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于： 1） 不同于以太網(wǎng)等管理及信息處理用網(wǎng)絡(luò)，它是一種專門用于自動化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)； 2） 其物理特性及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特性更強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動化底層檢測和控制； 3） 它采用了最新技術(shù)和獨特的設(shè)計，可靠性和性能遠(yuǎn)高于已經(jīng)陳舊的現(xiàn)場通信技術(shù)。 當(dāng)采用分布式控制時，各模塊及控制電氣元件可直接位于各配料單元，因此可降低大量布線工作，減小線纜用料，對于大型砼站及移動組合式砼站這一點顯得格外有意義。 3.3安裝方便 PWC各功能模塊統(tǒng)一使用DIN35導(dǎo)軌安裝，器件采用SMT生產(chǎn)工藝，體積小而輕巧，其專門為復(fù)雜的過程稱重系統(tǒng)而設(shè)計，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，接線變得更為簡單。 3.4適用環(huán)境惡劣 PWC以低功耗的工業(yè)級嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，發(fā)熱量少，無須風(fēng)扇散熱，不怕粉塵；定位于工業(yè)稱重控制，充分考慮了戶外稱重控制的工況，可滿足多地域以及寬溫度范圍的應(yīng)用。 3.5 實時性強(qiáng) PWC是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集和控制實時性強(qiáng)，響應(yīng)速度快，不怕病毒感染等優(yōu)點。 3.6 自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式實時數(shù)據(jù)庫 PWC在高速嵌入式系統(tǒng)上實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式實時數(shù)據(jù)庫。這使得PWC擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和分析能力，為實現(xiàn)復(fù)雜稱重控制算法提供支撐平臺。 3.7先進(jìn)的控制算法 PWC采用自適應(yīng)模型預(yù)測控制算法等，具有控制模型自學(xué)習(xí)、控制參數(shù)自整定功能。該算法通過在稱重系統(tǒng)的標(biāo)定階段，讓控制器自學(xué)習(xí)稱重系統(tǒng)的特性，建立了反映控制系統(tǒng)特性的精確模型，因此可以在配料控制中能預(yù)測不久以后的控制效果而提前實施控制，從而能做到： 1）控制準(zhǔn)確，響應(yīng)快，過沖量小； 2）控制穩(wěn)定，調(diào)節(jié)負(fù)荷小，節(jié)省能源，延長設(shè)備使用壽命。 3.8開放性 PWC具有開放性，支持用戶進(jìn)行二次開發(fā)，編程語言使用當(dāng)前流行的邏輯控制語言，如梯形圖、指令表和文本語言等；象在PLC或PC機(jī)上一樣，在PWC上根據(jù)需要進(jìn)行編程，使PWC能夠滿足各種不同的工藝要求，更加人性化。 四、技術(shù)規(guī)格（系統(tǒng)接口容量） 系統(tǒng)現(xiàn)在可以接7種子模塊，每種子模塊最多可以接16個，詳細(xì)介紹如下表： 五、PWC系統(tǒng)在砼站配料上的應(yīng)用 由于混凝土生產(chǎn)的特殊性，往往使得設(shè)備廠售后服務(wù)量大，無形中增加了成本，降低了利潤，因此大家對控制系統(tǒng)的可靠性、易操作性、易維護(hù)性有較高要求；器件成本當(dāng)然也希望能降低，而PWC能很好的滿足這些要求。PWC靈活性與其優(yōu)異的可靠性使其在砼站配料控制上有著其它模式無法超越的優(yōu)勢。 5.1 傳統(tǒng)的攪拌站配料控制系統(tǒng)的常見模式 模式之一存在缺點在于PC機(jī)不能完全跟蹤各工作點運行狀態(tài)；之二則可以。之一、之二中系統(tǒng)一般采用配料控制器（儀表）或PLC實現(xiàn)配料控制功能，可靠性較高；但是由于儀表或PLC不可能像PC機(jī)那樣完成大量數(shù)據(jù)運算、存儲管理，所以實時數(shù)據(jù)管理功能較弱。 這一模式以PC機(jī)實現(xiàn)配料控制，優(yōu)點是運算能力強(qiáng)、實時性好（多秤時實時性尤為重要）、可以在線修正配方，使用PLC僅起到邏輯控制功能，可將動作狀態(tài)上傳至PC機(jī)。缺點是對PC依賴，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。有的廠家將稱重顯示變送器集成為多路信號調(diào)理盒，不帶顯示。這時采用有認(rèn)證的稱重顯示變送器顯得十分必要。 模式之四將配料控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)管理分開，其中配料控制由配料控制器完成，因此系統(tǒng)精度、速度有賴配料控制器操作平臺的支持，同時依賴PC完成數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)維護(hù)量加大。 5.2使用 PWC的系統(tǒng) 5.2.1 由于PWC的主控模塊本身就是高速嵌入式微機(jī)，在與PC組成如下系統(tǒng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)主模塊是與上位PC機(jī)是互為在線熱備的，這一系統(tǒng)也就是真正意義上的雙機(jī)雙控。 脫離上位PC機(jī)時由于主控模塊可直接驅(qū)動VGA（顯示器），打印機(jī)甚至鍵盤，因此形成了獨立工作的微機(jī)系統(tǒng)。由其執(zhí)行各種配料、邏輯控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、傳輸、管理。 聯(lián)機(jī)時，上位PC可以完成配料、邏輯控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理，PWC主控模塊只進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)監(jiān)控；也可以由PC機(jī)承擔(dān)管理工作，而邏輯與配料控制工作由PWC完成。 5.2.2 與傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)相比，采用PWC可以使用自有稱重模塊，可以完成邏輯控制而取代PLC，基于嵌入式實時操作系統(tǒng)也可以降低對PC機(jī)的依賴，內(nèi)部高速總線通訊而不需多串口卡或A/D轉(zhuǎn)換，有效降低成本，減小維護(hù)點而靈活性更高。 總 結(jié) 由于PWC作為一個創(chuàng)新產(chǎn)品，立足于中國市場，采用多項先進(jìn)技術(shù)，提供同一平臺可以滿足用戶多層次的需求，因此它的推出將使我國砼機(jī)械的大腦——配料控制系統(tǒng)技術(shù)達(dá)到一個新的高度。