毕业设计（论文）-基于PLC的动态电子轨道衡设计.docx

北华大学毕业设计（论文）摘要当今社会，随着生产、贸易、科技的快速发展，衡器技术由简单的计重向信息化、一体化发展。然而，衡器技术在向这个趋势发展的时候，计量的准确化、快速化的矛盾一直是困扰衡器技术发展的瓶颈。直到上世纪70年代，技术上逐步成熟的动态电子衡器的发展，它有效的解决了快速性、准确性一衡器技术的两个最重要的性能指标难以统一的问题。这对于解决工程中称重系统的实时称重.问题尤为重要。动态电子轨道衡是动态称重技术中最常见的一种，本文介绍了动态称重的特色:动态电子轨道衡系统采用了WINDOWS操作系统作为平台，其强大的软件功能是有效的解决快速性和准确性统一问题的基础;用软件方法判别火车车型克服了硬件判别法故障率高的弱点。采用自动车号识别(AEI)技术，有效地解决了计量过程中人工抄号的弊端，杜绝了人工篡改计量数据的机会。提高了计量数据的真实有效性。动态轨道衡称重系统做到了数据自动上传、统计报表、存储、打印。本设计分别阐述了计量器具的发展，称重传感器的原理，动态电子衡器的设计原理与构成部分，PLC与组态王Wincc的通信，信号处理的方法，车型判别逻辑控制系统，自动车号识别系统的设计。关键词:传感器;动态电子轨道衡;PLC;WinccAbstractIn todays society, with production, trade, and the rapid development of technology, weighing apparatus technology by simple account heavy information, to integration development. However, weighing apparatus in to the development trend of technology, the accurate measurement of the contradiction of the fund, has been a major instruments of the development of the technology bottleneck. Until the 1970 s, the technology is gradually mature dynamic electron weighing apparatus of development, it is effective to solve the faster and more accurate a weighing apparatus technology two of the most important performance to the problem of unity. This to engineering of the weighing system real time weighing. The problem is especially important. Dynamic electronic GuiDaoHeng dynamic weighing technology is the most common kind, this paper introduces the characteristics of dynamic weighting: dynamic electronic GuiDaoHeng system USES the WINDOWS operating system as a platform, its powerful software function is to effectively solve the problem of efficiency and accuracy unity based; With the software method judging the train car overcome the hardware discriminant method of high failure weakness. Adopt the automatic car number identification (AEI) technology, which can effectively solve the measurement process, artificial copy the disadvantages, and put an end to the measurement data of the artificial tamper with the opportunity. Improve the measurement data of the real effectiveness. Dynamic GuiDaoHeng weighing system do data to upload, statistics, storage and print. This design respectively expounds the development of measuring instruments, weighing transducer, the theory of dynamic electron weighing apparatus design principle and structure parts, PLC and configuration king Wincc communications . signal processing methods, models discriminant logic control system, automatic car number recognition system design. Keywords: sensors,Dynamic electronic Guidaoheng, PLC, Wincc目录摘要1Abstract2引言51 绪论61.1 衡器的发展史61.2衡器的分类61.2.1静态型61.2.2动态型61.2课题的国内外现状61.2.1 课题的国内现状61.2.2课题的国外现状71.3课题的研究目的和意义71.3.1 课题的研究目的71.3.2 课题的意义71.4本章小结82 系统工作原理和系统方案92.1系统工作原理介绍92.1.1 动态轨道衡组成及称重原理92.2称重台面的尺寸设计112.3课题采用的技术方案122.3.1 动态轨道衡系统的结构122.3.2称重通道的设计132.3.3滤波电路132.4本章小结143 称重系统的硬件设计153.1 硬件系统的组成153.1.1 关于PLC的综述153.1.2 PLC的特点153.1.3 PLC的工作原理163.1.4 PLC的主要功能和应用173.1.5 PLC的选型及其模块配置173.1.6 PLC SM331内部选型表如图3.1183.1.7 PLC的I/O接线图183.1.8 S7-300编程简介193.2上位机硬件配置选择203.3称重传感器203.3.1 称重传感器的选用203.3.2 传感器精度的选择203.3.3 传感器量程的选择203.3.4本设计所选用的传感器型号213.3.5传感器具体参数214称重系统的软件设计思想224.1本系统的软件选择224.1.1组态软件Wincc在系统中的具体应用224.1.2 Wincc与PLC建立通信224.1.3 MPI的概述234.3实时称重界面的设计234.3.1主页说明234.3.2 动态称重254.4统计报表274.5本章小结275车号识别系统的应用285.1系统的构成285.1.1系统特点285.1.2系统构成285.2车号识别系统的功能应用295.3车辆判别方法305.3.1波形判别法305.3.2 动态轨道衡的车型判别355.3.3开关判别法355.4本章小结36结论37参考文献38附录A 轨道衡电器安装示意图：40致谢41引言在称重领域，动态轨道衡得到了广泛的应用,主要应用于称量液态罐车和较贵重的固态物料。随着世界科学水平的不断发展，衡器也随之发展着，电子衡器现已成为主流产品，但电子衡器的快速性和准确性是两个难以兼顾的技术指标。因此，全动态电子轨道衡和生产就成为时代的需求。现在我国各部门正在使用的陆地交通称重系统大部分还是老式的机械衡器，只有少部分使用了静态电子衡器。它们虽然能做到测量的准确性但是快速性是无法做到的，这样严重影响了生产效率，而且衡器的操纵者的劳动强度很高容易出错。为了实现全动态电子轨道衡计量系统与技术化水平台的完美结合形成无人值守的计量站。动态轨道衡系统的设计能够提高测量的准确性、快速性以及应用企业信息化平台实现无人值守动态轨道衡。本设计系统采用了可靠性高、灵活性好、安装简单易于维护的可编程逻辑控制器（PLC）作为下位机，下位机实现传感器数据采集和车辆判别信号的功能以及实现了报表、打印。下位机通过串口与上位机进行数据通信。上位机采用组态软件Wincc，实现了Wincc与PLC的通讯。该系统在设计过程中充分采用了硬件和软件方面的抗干扰措施，保证了系统的稳定运行。意见与反馈 参加有道翻译用户满意度调查！ 1 绪论1.1 衡器的发展史称量铁路货车载重的衡器。分静态轨道衡、动态轨道衡和轻型轨道衡3种。广泛用于工厂、矿山、冶金、外贸和铁路部门对货车散装货物的称量。苏州仪表元件厂最早研发制造，当年高速通道硬件和控制软件处于国内领先水平，新世纪多名机械设计人员经过多年改进，机械秤体技术也处于领先水平，精度高、稳定性能好、免维护周期长等优点。1.2衡器的分类1.2.1静态型 电子衡器的最初结构设想是因为传感器的出现而产生的。最早的电子衡器就是静态型，这种电子衡器也是现在使用范围最广泛的类型。静态电子衡器是被称重物体稳定的放置于电子衡器上进行测量的。因为被测量物体处于稳定状态，所以传感器的输出值为真值。因此静态电子衡器的数学运算模型为代数方程。1.2.2动态型动态电子衡器是在静态电子衡器的基础上发展起来的一种新型电子衡器。它可以直接测量运动物体的质量。动态电子衡器所利用的基本原理是动态测试技术。动态测试技术是一门新兴的边缘性前沿科学。它与许多学科如测试技术、误差理论、概率统计、随机过程理论、信号处理、时间序列分析、系统辨识等，相互联系相互渗透。动态电子衡器所测量的量是随机时间变化的变量。因此它的数学运算模型为微分方程和差分方程。1.2课题的国内外现状1.2.1 课题的国内现状 对于动态电子衡器的研究，近几年国内也有一定的发展。比较具有代表性的产品是由北京铁道学院研制成功的用于铁路系统的动态电子衡。但是，用于动态称重的动态电子轨道衡无人值守计量站还处于初级阶段。目前国内生产动态电子衡的主要厂家有：北京YAMATO公司；广东顺德华普电子衡器有限公司；河北唐山汇中威顿仪表有限公司；湖南湘潭五菱电子衡器公司；浙江杭州东方电子衡器有限公司等。这些企业通过与国外公司合作，生产主要用于工业生产的各种动态电子衡。本课题来源于大型钢铁企业物资计量和贸易结算工作的实际需要。首钢集团总公司现有产品品种200余个，成品规格3800项。首钢坚持以质量求生存，求发展，依靠技术进步，加强基础管理，不断完善计量管理和计量技术，强化量传余溯源体系的控制，确保测量设备准确可靠，充分发挥了测量设备在企业中的作用。随着首钢生产能力的不断提升，利用轨道衡进行钢铁冶炼的原燃料、出厂物资计量呈大幅度增长趋势。在市场经济条件下，首钢与供应商及内外部顾客依靠轨道衡进行贸易结算，而贸易结算是轨道衡技术不断发展的主要推动力。1.2.2课题的国外现状 动态电子衡器是八十年代中期德国西门子公司首先提出并开始研究和开发。经过十几年的发展，现在已经有很多公司有能力生产动态电子衡，产品种类繁多，涉及各行各业的称重问题。动态电子衡器系统的硬件核心部分是称重传感器和数据采集模版。现今世界上已有许多公司能够生产，如美国QUTECH公司、美国HP公司、美国UEI公司、美国DATAQ公司、美国PCB公司、日本HMB公司、瑞典ABB公司、德国西门子公司、德国PHILIPS公司、加拿大GAGE公司等等。这些公司不仅生产称重传感器和数据采集模版，而且有些公司还在开发成套电子衡器系统。它们所开发的电子衡器系统涉及到整个工程领域的各个角落，并且，在精度以及其他参数方面都非常高。 对于应用动态轨道称重系统来说，从综合指数考虑，瑞典ABB公司处于世界领先地位。ABB公司的力测量产品及系统能进行精确可靠的测量与控制，从钢铁制造到纸张加工，应用范围十分广泛。由于动态电子轨道衡采用的是PLC控制，无法处理较为复杂的数学模型。因此当他们用于列车称重系统时，对工作环境的要求很高，有很多限制，而且输出稳定性极差。1.3课题的研究目的和意义1.3.1 课题的研究目的 衡器作为称重物体的重要工具已经存在几千年了，随着世界科学水平的不断发展，衡器也随之发展着。发展到现在电子衡器已经为主流产品，变成工业生产和民用生活中不可缺少的产品。而即使是电子衡器，快速性和准确性也是两个难以统一兼顾的相互矛盾的技术指标。因此，全动态电子衡器的开发和生产就成为时代的需求。这就是本课题研究的目的。全动态电子轨道衡计量系统与技术化平台的完美结合形成无人值守的计量站，成为目前国内这一领域的领跑者。1.3.2 课题的意义 (1) 动态电子衡器是当今衡器发展的前沿产品，它能有效的解决快速性和准确性衡器的两个重要的性能指标难以统一的问题，这对于解决工程中称重系统的实时称重问题显得尤为重要，特别是用于陆地交通称重系统中。(2) 现在我国各部门正在使用的陆地交通称重系统大部分还是老式机械衡器，只有少部分是八十年代末和九十年代初安装的静态电子衡器。它们虽然在一定程度上可保证称量精度，但快速性是绝对无法做到的。这对于在矿山和大型货场等需要大量交通运输的地方，将严重影响生产效率，而且衡器操纵者的劳动强度很高，容易产生差错。(3) 如果能把这些衡器换为动态电子衡器并结合企业的信息化平台改造成无人值守计量站，将能很大程度地提高生产效率，对经济的发展起到推进作用。1.4本章小结本章通过对国内外有关资料的整理和分析，介绍动态称重技术的历史起源、发展趋势、衡器的分类以及对本课题进行深入研究的意义。最后明确本课题所要完成的主要研究任务。2 系统工作原理和系统方案2.1系统工作原理介绍2.1.1 动态轨道衡组成及称重原理 动态轨道衡是称重运动中铁路货车重量的一种轨道衡，也叫做自动轨道衡。这种轨道衡的称重台面有足够的工作长度，以保证列车经过时有足够的时间进行有效的采样，在称重台面上，设置的不影响称量准确度的水平约束限位器在台面与引轨衔接处还装有过滤器，以使列车能平稳的进入和退出台面。这种轨道衡按其称量方式可分为轴称量轨道衡、转向架称量轨道衡以及整车称量轨道衡三种，图2.1所示一节4轴货车，它在轴称量中称4次，在转向架称量中称2次，然后自动相加、指示或打印出整节货车的重量；而在整车计量中只称一次，相比之下其准确度最高，常用于称量液态罐车和较贵重的固态物料。动态轨道衡称量方式如图2.1所示：图2.1 动态轨道衡称量方式动态电子轨道衡是由称重台面、称重传感器、称重通道、计算机及接口以及软件等部分组成，其中称重台面称重传感器、称重通道、计算机及接口是轨道衡的硬件组成部分。动态轨道衡硬件组成如图2.2所示：图2.2 动态轨道衡的硬件构成示意图轨道衡的称重台面上铺有铁路钢轨（即称量轨）与铁路线相通，包括称重梁、称重杠杆及若干横梁，称重杠杆以及若干衡量，其作用是用来承受被称量车辆及所承载货物的重量；体面还装有横向限位系统、纵向限位系统、锁定和调整构建、抗扭装置和引线轨、计量轨、锚固花梁等附件系统，这些附件起到固定秤体，减少火车震动撞击对称量的影响，同时将承受到重力均衡的传递到各个传感器上的作用。在理想状态下传感器的输出信号只是由重力作用产生的，那么在没有车辆通过称重台面时，称重台面输出的重力值应该是称重台面自身的重量，称重台面的输出值对时间函数应该是一个恒定的值。当车轮压上称重台面的一刹那，称重台面的输出值会出现一个跳跃。跳跃的输出表示车厢的第一根轴重，随着时间的推移，车厢的第二根轴也移至称重台面上称重，称重台面的输出值会产生另一个跳跃，这个跳跃和第一个跳跃的幅值之和代表了这个转向架的重量，在第一根轴走下称重台面之前，称重台面输出应保持不变，随着两根轴相继离开称重台面称重，称重台面的输出会出现两次方向相反地跳跃，见图2.3中波形所示：输出幅度最大的部分（即为转向架的两根轴都在称重台面上时的输出）代表了整个转向架的重量。两个转向架分别计算重量，然后相加，就可以得到整车的重量（W总）为： W总=W前+W后 （2.1）在计算车厢过衡速度时，动态电子轨道衡的称重台面长度是一个已知确定的量，根据系统的采样频率和整节车厢通过称重台面时的采样总数可以计算出该节车厢通过动态电子轨道衡时所用的时间，由此就可以计算出每节车厢的过衡速： 图2.3称重原理示意图动态电子轨道衡称重的主要技术指标是称重精度和称重时允许列车通过的速度，这主要取决于过度轨和秤台的水平度、传感器的灵敏度、供桥电源的稳定度、模拟变送器、速度和动态称重算法的优劣势等。为了保证动态电子轨道衡对测量速度和精度的要求，必须从硬件和软件两个房间着手解决问题，消除误差干扰，准确无误的计算出重量和速度。2.2称重台面的尺寸设计轨道衡称重台面设计主要研究台面尺寸的确定工作，轨道衡的台面设计取决于轨道衡的称量方式和被称量的货车车型。如前所述，轨道衡根据不同的分类方法而具有较多种类型，但总体来说可分为静态轨道衡和动态轨道衡。静态轨道衡计量精度高，全部采用整车计量方式，称重台面设计较为简单，而动态轨道衡根据秤台的结构可分为单台面、双台面轨道衡，单台面的动态轨道衡用于轴计量和转向架计量，而双台面的动态轨道衡可以实现整车计量，可根据计量物资的状态和贵重程度进行动静态称重选择，目前，铁路上的货车车型基本分为敞车(C)和平车(N)，使用的车型型号为c50、c62、C65、N16、N60等车型，这几种车型都是采用自动车钩的四轴车，车轴允许载荷为20.5t。货车的基本尺寸如图2.4所示:图2.4 货车的基本尺寸常用铁路车辆的轴间距离见表2.1表2.1常见铁路车辆轴间距离：车型固定轴距LD心盘踞LC全轴距LB钩舌距LA2LSLA+2LSC50172099001162014024240416428C55172098001152014008248816496C62175087001045013442299216434C65175092001095013942299216943N16175093001105013942289216834N60175093001105013908285816766转向架计量秤台长度应满足: (2.2)为了得到尽可能长的动态称重时间，可以依照下式来选定秤台长度: (2.3)我国转向架计量通常选秤台为3.6米。2.3课题采用的技术方案2.3.1 动态轨道衡系统的结构系统控制与操作单元由PLC系统完成，各称重传感器输出信号作为独立信号直接送入信号采集单元接线盒。在接线盒内合并为一路模拟信号进入A/D转换单元。该单元将这路模拟信号上传入PLC系统处理，PLC一方面实时采集称重传感器和车辆的判别信号，配合工业控制计算机（IPC）进行监视和控制,PLC为此系统硬件的核心，信号的处理和基本操作上由它完成。车号识别单元将收集到的信息通过接口传给PLC。PLC通过总线将信息上传工控机，IPC将所有信号处理后通过CRT显示，并自动打印该列车的重量、牵引方式、列车节数、总重量等信息。打印节、结束后自动将文件上传上位机。由plc将数据远传给ERP系统，形成报表。如图2.5系统硬件结构示意图：图2.5系统硬件结构示意图一套动态电子衡器系统包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括：1）压力电信号转换单元2）模拟量变送单元3）plc与操作单元4）车号识别单元5）系统监控单元信息显示6）打印与上传单元2.3.2称重通道的设计轨道衡称重系统一般没有专门化的专用仪表，通常采用称重通道或模数转换的专用插板来完成放大、模数转换、提供供桥电源等功能，再通过接口电路由计算机进行数据处理。称重通道的采样速度快慢、模拟量转换精度高低、供桥电源稳定性、抗干扰性能的好坏，都影响动态轨道衡的计量性能、计量速度等。本系统采用北京YAMATO公司生产的HDC-100型称重通道。该通道是集信号放大，滤波，模拟量转换和数字采集为一体的称重通道。2.3.3滤波电路动态电子轨道衡的应用环境一般比较恶劣，存在多种干扰源，因此必须进行信号滤波，为提高抗干扰性，削弱现场高次谐波或高频干扰和噪声，在硬件方面我们选用二阶有源低通滤波器使二级放大兼有放大和对20Hz以上干扰信号的滤波作用。此滤波电路由集成运放和RC网络组成，其优点是输入阻抗高、输出阻抗低，输入与输出间有很好的隔离。滤波电路组成如图2.6所示:图2.6滤波电路构成示意图2.4本章小结本章着重介绍了系统的工作原理，系统硬件部分总体结构，动态轨道衡称重系统称重台面尺寸的设计，滤波的应用，最终实现货车重量的基本算法。3 称重系统的硬件设计3.1 硬件系统的组成动态轨道衡称重系统硬件主要由PLC系统、工控机、称重传感器及低压电器。下面将对每部分加以详细的说明。3.1.1 关于PLC的综述可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按照易于与控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。总之，可编程控制器也是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了模拟量和PID调节等功能模块，形成了数值运算、闭环调节。尤其是PLC把专用的数据高速公路(HIGHWAY)改成通用的网络，并逐步将PLC之间的通信规约靠拢，使得PLC有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统，这使得PLC系统具备了DCS的形态，使得PLC的应用拓展到连续过程控制领域，基于PLC的DCS系统目前在国内外都得到了广泛的应用。3.1.2 PLC的特点.高可靠性 (1)所有的I/0接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 (2)各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms. (3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 (4)采用性能优良的开关电源。 (5)对采用的器件进行严格的筛选。 (6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。 (7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。 .丰富的1/0接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如:交流或直流:开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的1/0模块与工业现场的器件或设备，如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈:控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等。.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，1/0等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。.编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。.安装简单，维修方便 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/0端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。3.1.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段: 1.输入采样。即检查各输入的开关状态，将这些状态数据存储起来为下一阶段使用。 2.执行程序。然后PLC按用户程序中的指令逐条执行，但是把执行结果暂时存储起来。3.刷新输出。按第1阶段的输入状态在第2阶段执行程序中确定的结果，在本阶段中对输出予以刷新。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出分别在一个扫描周期的不同时间进行的方式有助于排除系统中受到的干扰。3.1.4 PLC的主要功能和应用可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，PLC与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口(即1/0点)外，其它的逻辑功能均在其内部实现。这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。 PLC的功能可分类如下:逻辑控制定时控制计数控制步进(顺序)控制 PID控制数据控制:PLC具有数据处理能力。通信和联网其它:PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如:定位控制模块，CRT模块。3.1.5 PLC的选型及其模块配置在进行这项工作之前，需要对控制对象和控制任务进行统计和分析。本系统需要配置如下的不同性质的I/0点: 一15个模拟量输入; 一145个开关量输入; 一103个开关量的输出。根据对上述控制任务的分析，本系统选择了西门子的模块化中小型PLC系统S7-300，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构、和易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-300系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/0扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。Siemens S7-300所具备的高电磁兼容性和强抗振动，抗冲击性，更使其具有最高的工业环境适应性。3.1.6 PLC SM331内部选型表如图3.1表3.1 PLC内部选型表3.1.7 PLC的I/O接线图FC105接线图图3.1FC105接线图FC106接线图图3.2FC106接线图3.1.8 S7-300编程简介S7-300系列系列PLC的编程语言是的编程语言是STEP-7。用文件块的形式管理系列的编程语言是。用户编写的程序及程序运行所需的数据，组成结构化的用户程序。用户编写的程序及程序运行所需的数据，组成结构化的用户程序。这样的程序组织明确，这样PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。程序组织明确结构清晰，易于修改。为支持结构化程序设计，用户程序通常由组织块(OB)、为支持结构化程序设计，STEP-7用户程序通常由组织块用户程序通常由组织块、功能块(FB)或功能块或功能块(FC)等三种类型的逻辑块和数据块等三种类型的逻辑块和数据块(DB)组成。S7-300模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求，各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务，简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活，方便用户和简易的无风扇设计，当控制任务增加时，可自由扩展，大量的集成功能使它功能非常强劲，SIPLUSS7-300用于恶劣环境条件下的PLC扩展温度范围从-25C到+70C适用于特殊的环境允许短时冷凝以及短时机械负载的增加。S7-300采用经过认证的PLC技术，易于操作、编程、维护和服务，特别适用于汽车工业、环境技术、采矿、化工厂、生产技术以及食品加工等领域，低成本的解决方案。3.2上位机硬件配置选择本系统上位机选用西门子工控机427C，它是一款功能强大的,无风扇嵌入式工业PC，可进行导轨安装、墙面安装或立式安装。当环境温度低于 55 C 时，它可以 24 小时连续运行，无需维护且具有高性能，其配备了： Intel 处理器，最高为Core2 Duo DDR3内存，最大为4 GB 集成Intel GMAX4500 图形介质加速器 高性能串行ATA 固态驱动 SSD “最大32 GB” 并且CF 比硬盘更加可靠，耐用，采用了三个 PCI-104 扩展槽和众多接口，因此小型箱式IPC427C 通用型很强，两个千兆以太网接口可用于与控制级和现场级进行灵活通讯。四个USB 2.0 接口和一个 PROFIBUS 连接（可选）或者一个带3 端口的PROFINET 接口具有很强的适应性和灵活性，可用于完成测量及开环和闭环控制任务。3.3称重传感器被测负荷作用在弹性体上，使弹性体产生相应的弹性变形；通过粘贴在弹性体上的电阻应变计，被弹性体的弹性变形转换为电阻应变计电阻的变化（电阻增大或减少），再通过测量电路将电阻应变计电阻的变化，转换为电信号（电压或电流）输出。3.3.1 称重传感器的选用称重传感器的选用首光要考虑使用场合的实际需要，在测力精度和主要技术性能方面也必须满足实际需要。称重传感器由于它的不同弹性体结构和采用的应变计性能不同，而在测量精度和其他性能方面会有所不同。所以，要综合考虑应用的实际需要来选用合适的传感器。3.3.2 传感器精度的选择传感器的精度包括额定载荷、灵敏度、非线性、重复性、滞后性等主要技术参数。目前，称重传感器的普通级精为千分之五，中级精度为千分之二至万分之五，高精度为万分之三至万分之一。由于本系统为用于列车称重的动态电子系统，不需要太高的精度，因此，选择普通级精度的称重传感器即可满足需要。选择普通级精度的称重传感器即可满足需求。3.3.3 传感器量程的选择 动态电子称重传感器的实际应用场合往往是多个传感器联合使用，因此传感器选择必须要考虑一下因素：被称量物体的最大重量、秤台装置的自重、传感器设置数量、正常操作下可能产生的最大偏载、称重状态下的冲击负荷、其他附近干扰力。考虑以上因素，用于动态称重系统时，一般设计选用传感器工作在额定负荷55%-60%左右，这样即留有保险余量，又确保其使用精度。3.3.4本设计所选用的传感器型号在具体的传感器的选择上，为保证传感器具有高可靠性、综合精度高、线性好、蠕变小、稳定性好等特点，系统采用四只TEDEA公司的电阻应变式传感器TEDEA-30t，该传感器的测量方式为柱式应变式称重传感器，其性能特点是高过载、灵敏度高，线性好，安装方便、输入阻抗、输出阻抗一致性好，以保证良好的互换性。有较宽的温度工作范围，尤其非常适合动态电子轨道衡的应用，称重传感器的连接方式如图3.1所示：图3.1称重传感器的并联连接方式3.3.5传感器具体参数名称：电阻应变式传感器量程： 5-150 Ton结构：不锈钢结构OIML R60 和NTEP认证IP68防护等级应用：动态轨道衡，油箱及筒仓称重。 4称重系统的软件设计思想4.1本系统的软件选择4.1.1组态软件Wincc在系统中的具体应用动态轨道衡称重系统是一个需要实施上位机监控的系统。在上位机上运行的监控软件需要针对具体的对象设计和编程。目前工业监控软件的设计已进入采用图形组态软件进行开发的阶段。本系统监控软件采用了Wincc，其原因之一是因为WINCC是目前所有组态软件中功能比较强大的一种，二是考虑到下位机选用的是S7-300 PLC及其编程工具STEP7，与Wincc同为德国SIEMENS公司的产品，Wincc本身提供S7-300 PLC的驱动软件，因此使PLC与上位计算机的联接可以变得非常容易。工控组态软件是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术支撑系统，它提供了适用于工业控制的多种功能模板。Wincc提供的开放界面用于用户解决方案，人而使得将WINCC集成入复杂广泛的自动控制解决方案成为可能。可以集成通过UI)BC和SQL方式的归档数据访问，以及通过OLE2. 0和ActiveX控件的对.象和文档的链接。在该项目中，才良据现场情况和实际需要设计了以下几个界面:实时称重界面，实况模拟界面，记录查询界面，报警记录界面，网络组态界面。注意在用图形编辑器设计各界面之前，先要在控制中心的“变量管理”中定义所需变量的名称和数据类型。4.1.2 Wincc与PLC建立通信Wincc支持多种硬件设备，包括可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表和变频器等。对于不同的硬件设施，工程人员只需为Wincc配置相应的通信驱动程序即可。这种方式即保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。Wincc支持五种通讯方式：串口通讯、数据采集板、DDE通讯、人机界面卡、网络模块。本系统采用串口通讯的方式与西门子PLC建立联系。首先在上位机中安装西门子PLC的通讯协议，在工程浏览器中选择串口COMl，并进行有关参数的设置，如地址、波特率、奇偶检验、数据位、停止位设定等，注意此设定值必需与PLC内部设定值一致，否则通讯将不会成功。然后在组态王的设备库中选择西门子的PLC设备，并为该设备命名一个逻辑地址“Simens PLC”，然后按照“设备配置向导”的提示一步步完成安装，这样即可在上位机和PLC之间建立了通讯，由此可见WINCC与硬件设备建立通讯联系十分方便。西门子公司S7-300CN系列PLC内部集成的PPI接口为PLC提供了强大的通讯功能。PPI的物理特性为RS485，可以在PPI、MPI和自由通讯接口三种方式下工作。根据封闭式验粮系统的工艺要求，结合以上三种通讯方式的特点，最终选择了MPI通讯方式。MPI通讯方式的特点如下：MPI 通讯协议是西门子专为S7-300 CN 系列PLC开发的通讯协议。可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为9.6kbit/s、19.2kbit/s和187.5kbit/s。S7-300 CN 系列CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。利用PPI通讯协议进行通讯非常简单方便，只用NETR和NETW两条语句即可进行数号的传递，不需额外再配置模块或软件。MPI通讯网络是一个令牌传递网，在不加中继器的情况下，最多可以由31个S7-300 CN 系列PLC，TD200，OP/TP面板或上位机（插MPI卡）为站点，构成MPI网。MPI通讯方式如图4.1所示：图4.1 MPI通讯方式4.1.3 MPI的概述MPI(Multi Point Interface)是多点接口的简称，是当通信速率要求不高，通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过它可组成小型PLC通讯网络，实现PLC之间的少量数据交换，它不需要额外的硬件和软件就可网络化。S7-200CPU224xp和226CPU、每个S7-300/400 CPU都集成了MPI通信协议,MPI的物理层是RS-485。通过MPI，PLC可以同时与多个设备建立通信连接，这些设备包括编程器PG或运行STEP7的计算机PC、人机界面（HMI）及其它SIMATIC S7，M7和C7。同时连接的通信对象的个数与CPU的型号有关。4.3实时称重界面的设计4.3.1主页说明 动态轨道衡主页如图4.2所示： 1)凡是能出现手形的鼠标均可点击，若享有该权限则可执行相应的功能; 2)左下角的“锁”用于修改权限和结算月; 3)动态称重:是通常的系统运行方式，除非在确认无列车称f的情况下，可以进行其它的工作如输入参数等; 4)静态称重:允许系统逐转向架进行称重，但一般用于检定或调试时使用; 5)波形分析:分析称重过程，以便查找可能的漏车等错误的原因和了解台面的状态; 6)恢复动态数据:恢复再现动态的称重过程和结果; 7)恢复静态数据:恢复再现静态的称重过程和结果; 8)输入参数:输入品名、收发单位等计量参数; 9)数据查询:分类查询己输入参数的v录;10)分类统计:按品名、收发单位分类统计;11)发送数据:按照定义的网络路径发送数据;12)用户程序:调用用户的管理应用程序;13)品名查询:仅能查询品名而不能编辑(编辑在应用组态中);14单位查询:仅能查询单位名称而不能编辑；15)统计报表:形成各种统计报表及计量凭证和原始记录的打印;图4.2动态轨道衡主页4.3.2 动态称重在主页上点击“动态称重”按钮后进入动态称重方式如图4.3所示:图4.3动态称重界面1控制按钮1)零点Z置秤台零点，应该在空秤时使用。若零点码值超出设定的范围，则提示“零点故障”。2)强制结束T在称重未结束时，可以通过这个按钮强制结束称重过程，只有在列车通过后但未判到结束标志，或设定的预称车节已称完，不需要继续称重的情况下使用。在“单车溜放”(翻车机)的称重方式时，列车全部称重完，须点击此按钮结束。 3)打印当未设置自动打印时，称重结束后，可通过这个按钮手动打印记录区中的称重记录 4)清屏C 称重结束后，可手动清除记录区中的称重记录，若未清除，在下次称重前由系统自动清除。 5)暂停 仅用于“单车溜放”(翻车机)的称重方式，这时系统不处理任何秤台上的信号。比如车没溜过去又退回来的情况。 6)射频控制 用于给车号识别系统发送开始识别信号。 7)重发数据 将当前过磅的数据重新发送到数据服务器中。 8)选择发送 将历史过衡数据选择发送的数据服务器中。 10)退出AIT+X 退出动态称重方式回到主页。如果预称车数有效，则可在右上显示框的的右侧有一个窗口可以输入预称车数，这个车数仅能使用一次。2显示记录区 显示称重记录的重量、速度及可能的超速标记、状态标记。 1)显示区: 显示瞬时重量、零点、原码、日期、时间、车节总数、车节总重、牵引方式、文件号、数据指针(读取的A/D码值在存储区的位置)等 2)红绿灯 红灯:零点不正常、正在称重或虽已空秤但称重过程并未结束 绿灯:准备称重 3)状态 显示AID通道可能出现的故障，如零点超常、断线、尖峰、停采、纹波过大等。 4)车次表(右下方):当日称重车次的列表，含日期、时间车数。4.4统计报表图4.4为统计报表主界面：图4.4统计报表主界面1)通用报表统计含进厂、出厂、厂内物资统计报表。在统计报表之前，其统计的时间周期内必须保证每天都经过当日数据结算。 4.5本章小结本章主要介绍了系统的软件方面内容，组态王WINCC在系统中的应用与PLC的通信以及动态轨道衡称重界面设计，对S7-300编程软件STEP 7-V5.4编程作了简单介绍。5车号识别系统的应用5.1系统的构成5.1.1系统特点车号自动识别系统是自动识别设备（AEI）在铁路方面的具体应用。XC型自动设备识别系统采用了微波反射技术及计算机技术，克服了采用摄像、声表面波、条形码等技术抗干扰能力差、识别精度低、环境适应能力差等缺点，代替人工抄写车号实现了设备身份编码的自动、准确识别，为铁路运输货车跟踪系统提供准确的车次、车号等实时基础信息。5.1.2系统构成XC-2A型铁路车号自动识别系统由电子标签、地面读出装置、电子标签编程器、车站控制与车号处理系统、运输部调度中心(车号查询中心)5部分组成，如图5.1所示:图5.1铁路车号自动识别系统框图1)电子标签现在已作为铁路车辆的主要配件，内部存有车号及车辆的技术参数信息。标签安装在被识别车辆的底部中梁上，每辆车安装1个。 2)地面读出装置(读/