摘   要：本文著(zhù)重介紹可編程稱(chēng)重控制器（PWC）的原理、結構、應用以及主要特點(diǎn)

　　關(guān)鍵詞：可編程稱(chēng)重控制器、多秤系統、CAN總線(xiàn)、工業(yè)嵌入式系統、配料控制、雙機雙控

　　一、PWC可編程稱(chēng)重控制器簡(jiǎn)介

　　PWC全稱(chēng)programmable  weighing  controller.中文全名：可編程稱(chēng)重控制器，是長(cháng)陸公司自主知識產(chǎn)權的創(chuàng )新產(chǎn)品。

　　為滿(mǎn)足對于多秤系統同時(shí)運行并各自有不同的執行周期，開(kāi)放的通訊能力以及網(wǎng)絡(luò )接口等復雜控制的需求，同時(shí)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)域的成熟應用，于是就產(chǎn)生了PWC。 

　　PWC結合了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(mǎn)足單一平臺多功能的需求。PWC由于邏輯內核運行于后臺，可以和其它的應用程序，如HMI軟件、配料控制、邏輯控制軟件、數據庫軟件等同時(shí)在PWC系統中并存，實(shí)現實(shí)時(shí)控制、HMI組態(tài)軟件、數據庫等功能同時(shí)運行于一臺控制器之中，在系統靈活性、穩定性、低成本等多方面為現有的采用PC+PLC+儀表的客戶(hù)提供了一個(gè)全新的系統方案。

　　二、PWC系統構成

　　系統采用分布式結構，在使用過(guò)程中，用戶(hù)可根據現場(chǎng)的需要，選用合適的模塊類(lèi)型，組成實(shí)用、性能安全可靠的系統。系統拓撲圖如下所示：

　　構成部分介紹:

　　2.1工業(yè)計算機/觸摸屏或大屏幕

　　主要用于數值的顯示，用戶(hù)參數的配置，配方的生產(chǎn)和修改，數據報表等，起到人機界面的作用。

　　2.2 PWC各種模塊

　　PWC模塊是系統的主要組成部分，目前提供8種不同功能類(lèi)型的模塊，主要有：

　　1）主控模塊：整合多規格的軟件功能如HMI、軟邏輯、單一的數據庫、配料算法軟件。同時(shí)負責各種子模塊的協(xié)調管理，把各種子模塊的不同類(lèi)型數據，和用戶(hù)設定的數值進(jìn)行比較，根據各個(gè)開(kāi)關(guān)量的輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，把動(dòng)作要求經(jīng)過(guò)下面的子模塊如模擬量輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊輸出到控制設備，相當于PLC的CPU功能；

　　2）稱(chēng)重模塊：主要用于對重量的測量，也包含4路的開(kāi)關(guān)量輸入和4路開(kāi)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(gè)通道，采集通道可以對具有4～20mA輸出的傳感器、設備等進(jìn)行采集；輸出通道可以用于驅動(dòng)控制設備，如變頻調速等。

　　4）DIO模塊：包含8路數字量輸入和8路數字量輸出，主要用于現場(chǎng)開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出，輸入節點(diǎn)連接設備的無(wú)源接點(diǎn)（干接點(diǎn)），如按鈕輸入、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等，輸出節點(diǎn)是繼電器輸出，接點(diǎn)容量為AC250V5A，DC30V5A，可以驅動(dòng)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(kāi)關(guān)量輸入，接點(diǎn)類(lèi)型和DIO模塊的輸入接點(diǎn)類(lèi)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(kāi)關(guān)量輸出，接點(diǎn)容量為AC250V5A，DC30V5A的開(kāi)關(guān)量輸出。

　　2.3總線(xiàn)介質(zhì)

　　PWC總線(xiàn)的通信介質(zhì)可選擇雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。在一般應用中，為了廉價(jià)而實(shí)用可靠，我們建議使用1.0mm?屏蔽雙絞線(xiàn)；

　　2.4其他設備

　　其它在線(xiàn)測試儀器的數字信號輸入、執行機構的反饋信號或其它PWC系統。

　　三、系統特點(diǎn)

　　3.1塊化設計

　　PWC采用模塊化設計，搭配靈活，既可完成小系統，也可以完成大系統，象搭積木一樣。用戶(hù)可以用根據系統要求的高低，靈活搭配，方便找出系統性能和成本結合的最佳點(diǎn)。

　　3.2分布式結構

　　PWC各功能模塊間采用CAN總線(xiàn)式連接，模塊可以靠近設備安裝，減少現場(chǎng)布線(xiàn)，降低使用成本和維護成本，提高系統可靠性能。

　　CAN（controller Area Network ）總線(xiàn)是當今主流五大總線(xiàn)之一。它采用了ISO/OSI模型的物理層數、據鏈路層和應用層，CAN通信協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的地址編碼，代之以對通信數據庫進(jìn)行編碼。

　　CAN總線(xiàn)面向數據而不是面向節點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制，加入和減少設備不影響系統的工作。

　　CAN總線(xiàn)通信最高速率可達到1Mbps；傳輸速率為5kbps時(shí)，采用雙絞線(xiàn)，傳輸距離可達10km左右，并且數據傳輸可靠性高。從物理結構上看，CAN網(wǎng)絡(luò )屬于總線(xiàn)式通信網(wǎng)絡(luò )，它與一般的網(wǎng)絡(luò )區別在于：

　　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(zhuān)門(mén)用于自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )；

　　2） 其物理特性及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議特性更強調工業(yè)自動(dòng)化底層檢測和控制；

　　3） 它采用了最新技術(shù)和獨特的設計，可靠性和性能遠高于已經(jīng)陳舊的現場(chǎng)通信技術(shù)。

　　當采用分布式控制時(shí)，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(xiàn)工作，減小線(xiàn)纜用料，對于大型砼站及移動(dòng)組合式砼站這一點(diǎn)顯得格外有意義。

　　3.3安裝方便

　　PWC各功能模塊統一使用DIN35導軌安裝，器件采用SMT生產(chǎn)工藝，體積小而輕巧，其專(zhuān)門(mén)為復雜的過(guò)程稱(chēng)重系統而設計，符合行業(yè)標準，接線(xiàn)變得更為簡(jiǎn)單。

　　3.4適用環(huán)境惡劣

　　PWC以低功耗的工業(yè)級嵌入式系統為基礎，發(fā)熱量少，無(wú)須風(fēng)扇散熱，不怕粉塵；定位于工業(yè)稱(chēng)重控制，充分考慮了戶(hù)外稱(chēng)重控制的工況，可滿(mǎn)足多地域以及寬溫度范圍的應用。

　　3.5 實(shí)時(shí)性強

　　PWC是基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，具有數據采集和控制實(shí)時(shí)性強，響應速度快，不怕病毒感染等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.6 自主知識產(chǎn)權的嵌入式實(shí)時(shí)數據庫

　　PWC在高速嵌入式系統上實(shí)現自主知識產(chǎn)權的嵌入式實(shí)時(shí)數據庫。這使得PWC擁有強大的數據管理和分析能力，為實(shí)現復雜稱(chēng)重控制算法提供支撐平臺。

　　3.7先進(jìn)的控制算法

　　PWC采用自適應模型預測控制算法等，具有控制模型自學(xué)習、控制參數自整定功能。該算法通過(guò)在稱(chēng)重系統的標定階段，讓控制器自學(xué)習稱(chēng)重系統的特性，建立了反映控制系統特性的精確模型，因此可以在配料控制中能預測不久以后的控制效果而提前實(shí)施控制，從而能做到：

　　1）控制準確，響應快，過(guò)沖量??；

　　2）控制穩定，調節負荷小，節省能源，延長(cháng)設備使用壽命。

　　3.8開(kāi)放性

　　PWC具有開(kāi)放性，支持用戶(hù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編程語(yǔ)言使用當前流行的邏輯控制語(yǔ)言，如梯形圖、指令表和文本語(yǔ)言等；象在PLC或PC機上一樣，在PWC上根據需要進(jìn)行編程，使PWC能夠滿(mǎn)足各種不同的工藝要求，更加人性化。

　　四、技術(shù)規格（系統接口容量）

　　系統現在可以接7種子模塊，每種子模塊最多可以接16個(gè)，詳細介紹如下表：

　　五、PWC系統在砼站配料上的應用

　　由于混凝土生產(chǎn)的特殊性，往往使得設備廠(chǎng)售后服務(wù)量大，無(wú)形中增加了成本，降低了利潤，因此大家對控制系統的可靠性、易操作性、易維護性有較高要求；器件成本當然也希望能降低，而PWC能很好的滿(mǎn)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(zhù)其它模式無(wú)法超越的優(yōu)勢。

　　5.1 傳統的攪拌站配料控制系統的常見(jiàn)模式

　　模式之一存在缺點(diǎn)在于PC機不能完全跟蹤各工作點(diǎn)運行狀態(tài)；之二則可以。之一、之二中系統一般采用配料控制器（儀表）或PLC實(shí)現配料控制功能，可靠性較高；但是由于儀表或PLC不可能像PC機那樣完成大量數據運算、存儲管理，所以實(shí)時(shí)數據管理功能較弱。

　　這一模式以PC機實(shí)現配料控制，優(yōu)點(diǎn)是運算能力強、實(shí)時(shí)性好（多秤時(shí)實(shí)時(shí)性尤為重要）、可以在線(xiàn)修正配方，使用PLC僅起到邏輯控制功能，可將動(dòng)作狀態(tài)上傳至PC機。缺點(diǎn)是對PC依賴(lài)，降低系統穩定性。有的廠(chǎng)家將稱(chēng)重顯示變送器集成為多路信號調理盒，不帶顯示。這時(shí)采用有認證的稱(chēng)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、數據管理分開(kāi)，其中配料控制由配料控制器完成，因此系統精度、速度有賴(lài)配料控制器操作平臺的支持，同時(shí)依賴(lài)PC完成數據管理，系統維護量加大。

　　5.2使用 PWC的系統

　　5.2.1 由于PWC的主控模塊本身就是高速嵌入式微機，在與PC組成如下系統中，我們可以發(fā)現主模塊是與上位PC機是互為在線(xiàn)熱備的，這一系統也就是真正意義上的雙機雙控。

　　脫離上位PC機時(shí)由于主控模塊可直接驅動(dòng)VGA（顯示器），打印機甚至鍵盤(pán)，因此形成了獨立工作的微機系統。由其執行各種配料、邏輯控制，進(jìn)行數據存儲、傳輸、管理。

　　聯(lián)機時(shí)，上位PC可以完成配料、邏輯控制、生產(chǎn)數據管理，PWC主控模塊只進(jìn)行數據傳輸、狀態(tài)監控；也可以由PC機承擔管理工作，而邏輯與配料控制工作由PWC完成。 

　　5.2.2 與傳統的配料系統相比，采用PWC可以使用自有稱(chēng)重模塊，可以完成邏輯控制而取代PLC，基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統也可以降低對PC機的依賴(lài)，內部高速總線(xiàn)通訊而不需多串口卡或A/D轉換，有效降低成本，減小維護點(diǎn)而靈活性更高。

　　總 結

　　由于PWC作為一個(gè)創(chuàng )新產(chǎn)品，立足于中國市場(chǎng)，采用多項先進(jìn)技術(shù)，提供同一平臺可以滿(mǎn)足用戶(hù)多層次的需求，因此它的推出將使我國砼機械的大腦——配料控制系統技術(shù)達到一個(gè)新的高度。