摘 要 ：混凝土攪拌站控制系統是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、攪拌，自動(dòng)生產(chǎn)出混凝土的控制系統?；炷辽a(chǎn)的關(guān)鍵步驟就是按照一定比例混合生產(chǎn)原料，投料精度對于生產(chǎn)出的混凝土質(zhì)量有著(zhù)重要影響。目前搭建混凝土攪拌站控制系統主要有兩種方式，一種是采用工控機搭配數據采集、控制等板卡作為系統硬件，用C++等編程軟件制作上位機操作界面。還有一種就是采用PLC作為系統控制器，用組態(tài)軟件編寫(xiě)上位機操作系統。PLC以其靈活、可靠等特點(diǎn)越來(lái)越多的應用在混凝土攪拌站系統中，和利時(shí)公司的LK系列PLC也以其強大的數據采集以及處理能力，在混凝土攪拌行業(yè)中有著(zhù)很好的應用。

   關(guān)鍵詞： LK PLC；混凝土攪拌系統

  1 引言 

　早期的混凝土主要由建筑工地自行生產(chǎn)，此種生產(chǎn)方式效率低、勞動(dòng)強度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣，生產(chǎn)出的混凝土質(zhì)量不容易控制，對生產(chǎn)工人的身體也有較大的危害。隨著(zhù)我國對混凝土的需求量越來(lái)越大，對其質(zhì)量要求也越來(lái)越高，傳統生產(chǎn)方式已經(jīng)滿(mǎn)足不了需求。對此在90年代后我國的混凝土攪拌站技術(shù)有了快速的發(fā)展，目前搭建混凝土攪拌站控制系統主要有兩種方式，一種是采用工控機搭配數據采集、控制等板卡作為系統硬件，用C++等編程軟件制作上位機操作界面。采用這種方式在初期投入成本上有一些優(yōu)勢，但是工控機以及采集卡在惡劣環(huán)境下長(cháng)時(shí)間工作的可靠性較差，后期維護成本較高，C++編程、修改也比較復雜，系統的可擴展性與開(kāi)放性也有很大的局限性。還有一種就是采用PLC作為系統控制器，用組態(tài)軟件編寫(xiě)上位機操作系統。PLC以其靈活性、可靠性聞名，編程易于學(xué)習跟掌握，組態(tài)軟件使用簡(jiǎn)單并有豐富的圖庫，可以方便的編制出功能強大的上位機操作系統。為了保證混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量，需要控制器有強大的模擬量處理能力以及快速的模擬量采集能力，和利時(shí)公司的LK PLC繼承了和利時(shí)DCS模擬量處理能力強的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有全通道（6通道）采樣周期小于50ms的模擬量采集模塊，這些為生產(chǎn)出高質(zhì)量的混凝土提供了保障。下面就詳細介紹一下采用和利時(shí)公司的LK系列PLC搭建的混凝土攪拌站控制系統。

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    2 混凝土攪拌站工藝

    混凝土的原料一般包括砂石、水泥、礦粉、粉煤灰、膨脹劑、水、外加劑等。在攪拌站控制系統中各原料按照給定的配比進(jìn)行稱(chēng)重配料，然后卸料至攪拌機進(jìn)行混合攪拌，攪拌設定時(shí)間后出砼，最后由運輸車(chē)運走。其生產(chǎn)工藝如圖2-1所示： 
    
          
                                   圖 2-1 混凝土攪拌站工藝流程
  
    砂石等骨料的配料稱(chēng)重裝置由給料閥門(mén)與計量斗組成，按照給定的配料比例，系統先將骨料投入到計量斗中，然后再將骨料卸放到傳輸皮帶上，提升料斗將傳輸皮帶上的骨料提升至骨料倉中等待卸料，卸料條件滿(mǎn)足后將骨料倉中的骨料卸放到攪拌主機中。

    水泥、礦粉、粉煤灰以及膨脹劑等粉料，按給定配比通過(guò)螺旋輸送機加入到計量斗中，再通過(guò)計量斗把粉料卸放到攪拌機中。

    外加劑與水都是通過(guò)水計量斗輸送到攪拌主機中的，首先按設定比例配好水跟外加劑，然后通過(guò)外加劑計量斗把外加劑輸送到水計量斗中，最后外加劑與水一起加入到攪拌主機中。攪拌站工藝示意圖如圖2-2所示。
 
           
                                     圖 2-2 攪拌站工藝示意圖

    為保證配料精度，系統會(huì )根據原料投入計量斗中的量去執行補料或扣料功能。當原料投入量在配料落差范圍內，并且配料誤差大于配料誤差允許值時(shí)，系統會(huì )執行補料功能，補料功能是以點(diǎn)動(dòng)的方式開(kāi)啟投料裝置，緩慢加入原料使其投入量滿(mǎn)足配料精度要求；當原料投入計量斗中的投入量大于配料設定值時(shí)，系統會(huì )在卸料的過(guò)程中執行扣料功能，扣料功能是以點(diǎn)動(dòng)的方式開(kāi)啟卸料閥門(mén)，扣除多余原料供下一批次生產(chǎn)使用。

    3 混凝土攪拌站控制系統設計

? 系統結構

    此系統采用和利時(shí)公司的LK系列PLC作為控制器?？刂葡到y結構如圖3-1所示，在控制層配置一個(gè)控制站，負責與現場(chǎng)的I/O信號進(jìn)行通訊，同時(shí)負責整個(gè)批次處理過(guò)程的控制；在操作層采用了1個(gè)操作員站（兼工程師站），用于操作攪拌站控制系統，同時(shí)又采用了一個(gè)15寸觸摸屏作為系統備份，當操作員站出現故障時(shí)，可以使用觸摸屏對系統進(jìn)行操作，從而不會(huì )影響正常生產(chǎn)。操作員站、觸摸屏與現場(chǎng)控制站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機進(jìn)行數據交換，打印機負責打印日常報表。


                     　　　  圖 3-1 攪拌站控制系統結構圖
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    PLC硬件配置

    為提高系統的可靠性，本系統采用支持冗余的CPU LK210組成冗余控制系統，以及高速模擬量采集模塊LK412，其全通道（6通道）采樣周期小于50ms，并且通道之間是隔離的。高速模擬量采集對于提高攪拌站控制系統的投料精度至關(guān)重要，也是提高混凝土質(zhì)量的保障。PLC控制系統硬件清單如下：表 3-1 PLC控制系統硬件清單

                  
                  

    上位機操作系統

    上位機操作系統采用和利時(shí)公司的FacView進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現對PLC控制站的監視與控制。通過(guò)連接SQL2000數據庫進(jìn)行配方數據設置、讀??；生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)數據記錄等工作。整個(gè)混凝土的生產(chǎn)流程如圖3-2所示，從圖中可以看出從下生產(chǎn)訂單到混凝土生產(chǎn)，直至最后的生成生產(chǎn)報表都可以自動(dòng)完成，系統的自動(dòng)化程度非常高，操作很方便。
  
                
                                            圖 3-2 混凝土生產(chǎn)流程圖

    系統的監控畫(huà)面如圖3-3所示，在這里可以對整個(gè)系統進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制并監視系統的運行狀態(tài)，在畫(huà)面的左下角可以進(jìn)行生產(chǎn)訂單下載、配方選擇等操作，右邊可以對系統誤差值以及時(shí)間等參數進(jìn)行設置。本系統還具有任務(wù)管理、配方管理、生產(chǎn)數據瀏覽和生產(chǎn)數據報表打印等功能。

                
                                               圖 3-3 上位機監控畫(huà)面?

    觸摸屏操作系統

    觸摸屏也可以完成對系統的監視與控制，并擁有配方管理、生產(chǎn)數據記錄功能等，觸摸屏操作界面如圖3-4所示： 

                
                                           圖 3-4 觸摸屏監控畫(huà)面　　

　4 應用特點(diǎn)

 　基于LK PLC的混凝土攪拌站系統具有如下特點(diǎn)：

?可靠性

 　可靠性是攪拌站系統的關(guān)鍵，本系統采用LK冗余控制系統進(jìn)一步保證了系統的可靠性，當主CPU出現故障時(shí)，從CPU會(huì )在一個(gè)掃描周期（50ms）之內完成切換，從而保證系統不間斷運行。不僅如此系統還支持以太網(wǎng)冗余，DP總線(xiàn)冗余，以太網(wǎng)冗余保證了LK與上位機通訊的可靠性，DP總線(xiàn)冗余保證了本地背板與擴展背板通訊的可靠性。上位機系統采用PC與觸摸屏互備，觸摸屏作為PC機的備用，當PC機出現問(wèn)題的時(shí)候可以使用觸摸屏控制攪拌站系統，從而不會(huì )耽誤生產(chǎn)，可以看出本系統在控制層與管理層都有相當高的可靠性。
 
? 系統功能強

 　LK系列PLC可靠性高，運算速度快，邏輯控制容量大，還可進(jìn)行在線(xiàn)調試、支持增量下載，支持多種語(yǔ)言混合編程，特別適合混凝土攪拌站這樣邏輯比較復雜，要求數據運算速度快的系統。增量下載功能能夠在完成程序的修改同時(shí)不會(huì )影響系統的現有狀態(tài)，為系統調試帶來(lái)很大方便?；炷翑嚢枵鞠到y屬于比較典型的順序控制系統，并且邏輯比較復雜，本系統采用順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）以及結構化文本語(yǔ)言（ST）混合編程的方式實(shí)現了系統邏輯，骨料、粉料以及液體料劑投料的過(guò)程采用SFC編程實(shí)現，手動(dòng)控制等邏輯采用LD實(shí)現，一些比較復雜的控制算法采用ST實(shí)現，整個(gè)程序可讀性強易于修改。

? 投料精度高

 　系統模擬量采集速度對于混凝土攪拌站控制系統的投料精度以及產(chǎn)出的混凝土品質(zhì)有著(zhù)至關(guān)重要的影響，本系統采用高速模擬量采集模塊（6通道采樣周期小于50ms），為保證系統的投料精度以及混凝土品質(zhì)提供了保障。

? 數據庫記錄完善

 　上位機操作系統采用Facview組態(tài)軟件以及SQL2000數據庫搭建，可以實(shí)現系統監控以及生產(chǎn)數據記錄等功能，觸摸屏作為上位機的備用同樣有系統監控以及數據記錄等功能，在上位機出現故障的時(shí)候可以單獨使用進(jìn)行生產(chǎn)。

 　參考文獻

 　王曉初，基于PLC的混凝土攪拌站控制系統設計[J]，廣東工業(yè)大學(xué).

 　艾小松，混凝土攪拌站智能控制系統[J]，中南大學(xué).

 　田奇，《混凝土攪拌樓及瀝青混凝土攪拌站》，中國建材工業(yè)出版社.

 　顧戰松，《可編程控制器原理與應用》，國防工業(yè)出版社.

 　和利時(shí)公司，LK大型可編程控制器硬件手冊，2008.

　作者簡(jiǎn)介

 　劉雍，東北大學(xué)碩士研究生，研究方向自動(dòng)控制，現任北京和利時(shí)自動(dòng)化驅動(dòng)技術(shù)有限公司行業(yè)技術(shù)支持