過程稱重行業革命性的產品—— 可編程稱重控制器（PWC）在混凝土配料中的應用

摘   要：本文著重介紹可編程稱重控制器（PWC）的原理、結構、應用以及主要特點
關鍵詞：可編程稱重控制器、多秤系統、CAN總線、工業嵌入式系統、配料控制、雙機雙控

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權的創新產品。

為滿足對于多秤系統同時運行并各自有不同的執行周期，開放的通訊能力以及網絡接口等復雜控制的需求，同時基于嵌入式技術的發展以及軟邏輯控制在工業控制領域的成熟應用，于是就產生了PWC。 

PWC結合了PC的處理器，RAM和軟件的優勢，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、數據庫軟件等同時在PWC系統中并存，實現實時控制、HMI組態軟件、數據庫等功能同時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+儀表的客戶提供了一個全新的系統方案。

二、PWC系統構成
系統采用分布式結構，在使用過程中，用戶可根據現場的需要，選用合適的模塊類型，組成實用、性能安全可靠的系統。系統拓撲圖如下所示：
 

構成部分介紹:
2.1工業計算機/觸摸屏或大屏幕
主要用于數值的顯示，用戶參數的配置，配方的生產和修改，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。同時負責各種子模塊的協調管理，把各種子模塊的不同類型數據，和用戶設定的數值進行比較，根據各個開關量的輸入輸出狀態進行邏輯判斷，把動作要求經過下面的子模塊如模擬量輸出模塊、開關量輸出模塊輸出到控制設備，相當于PLC的CPU功能；

2）稱重模塊：主要用于對重量的測量，也包含4路的開關量輸入和4路開關量輸出；

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、設備等進行采集；輸出通道可以用于驅動控制設備，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，主要用于現場開關量的輸入和輸出，輸入節點連接設備的無源接點（干接點），如按鈕輸入、行程開關、接近開關等，輸出節點是繼電器輸出，接點容量為AC250V，DC30V，可以驅動交流接觸器，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路開關量輸出，接點容量為AC250V，DC30V的開關量輸出。

2.3總線介質
PWC總線的通信介質可選擇雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。在一般應用中，為了廉價而實用可靠，我們建議使用1.0mm²屏蔽雙絞線；

2.4其他設備
其它在線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

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*點。

3.2分布式結構
PWC各功能模塊間采用CAN總線式連接，模塊可以靠近設備安裝，減少現場布線，降低使用成本和維護成本，提高系統可靠性能。

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

CAN總線面向數據而不是面向節點，其優點是可使網絡內的節點個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總線通信zui高速率可達到1Mbps；傳輸速率為5kbps時，采用雙絞線，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網絡屬于總線式通信網絡，它與一般的網絡區別在于：

1） 不同于以太網等管理及信息處理用網絡，它是一種專門用于自動化領域的網絡；

2） 其物理特性及網絡協議特性更強調工業自動化底層檢測和控制；

3） 它采用了技術和*的設計，可靠性和性能遠高于已經陳舊的現場通信技術。

當采用分布式控制時，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各功能模塊統一使用DIN35導軌安裝，器件采用SMT生產工藝，體積小而輕巧，其專門為復雜的過程稱重系統而設計，符合行業標準，接線變得更為簡單。

3.4適用環境惡劣
PWC以低功耗的工業級嵌入式系統為基礎，發熱量少，無須風扇散熱，不怕粉塵；定位于工業稱重控制，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用。

3.5 實時性強
PWC是基于嵌入式實時操作系統，具有數據采集和控制實時性強，響應速度快，不怕病毒感染等優點。

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

3.7*的控制算法
PWC采用自適應模型預測控制算法等，具有控制模型自學習、控制參數自整定功能。該算法通過在稱重系統的標定階段，讓控制器自學習稱重系統的特性，建立了反映控制系統特性的模型，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施控制，從而能做到：
1）控制準確，響應快，過沖量小；
2）控制穩定，調節負荷小，節省能源，延長設備使用壽命。

3.8開放性
PWC具有開放性，支持用戶進行二次開發，編程語言使用當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機上一樣，在PWC上根據需要進行編程，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zui多可以接16個，詳細介紹如下表：

五、PWC系統在砼站配料上的應用

由于混凝土生產的特殊性，往往使得設備廠售后服務量大，無形中增加了成本，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能很好的滿足這些要求。PWC靈活性與其優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勢。

5.1 傳統的攪拌站配料控制系統的常見模式

模式之一存在缺點在于PC機不能*跟蹤各工作點運行狀態；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，所以實時數據管理功能較弱。 

這一模式以PC機實現配料控制，優點是運算能力強、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，可將動作狀態上傳至PC機。缺點是對PC依賴，降低系統穩定性。有的廠家將稱重顯示變送器集成為多路信號調理盒，不帶顯示。這時采用有認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、數據管理分開，其中配料控制由配料控制器完成，因此系統精度、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，我們可以發現主模塊是與上位PC機是互為在線熱備的，這一系統也就是真正意義上的雙機雙控。

脫離上位PC機時由于主控模塊可直接驅動VGA（顯示器），打印機甚至鍵盤，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，進行數據存儲、傳輸、管理。 

聯機時，上位PC可以完成配料、邏輯控制、生產數據管理，PWC主控模塊只進行數據傳輸、狀態監控；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也可以降低對PC機的依賴，內部高速總線通訊而不需多串口卡或A/D轉換，有效降低成本，減小維護點而靈活性更高。

總 結
由于PWC作為一個創新產品，立足于中國市場，采用多項*技術，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械的大腦——配料控制系統技術達到一個新的高度。