摘 要：本文介紹一種全新的以組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的混凝土攪拌站自動(dòng)化控制系統，此系統以工控機為上位機，PLC為下位機，基于Windows98/NT操作平臺，提供一種實(shí)用的混凝土攪拌站自動(dòng)化控制系統方案。

    關(guān)鍵詞：攪拌站 組態(tài)軟件 PLC 數據采集與統計

    1．引言

    隨著(zhù)現代化城市建設的不斷發(fā)展，基礎建設，房地產(chǎn)業(yè)日益紅火，對建設項目的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，而高質(zhì)量的建材則是整個(gè)工程高質(zhì)量的保障。那種傳統的以工地自行生產(chǎn)混凝土的方式由于其質(zhì)量難以保證，噪聲及粉塵污染大。因而必將被自動(dòng)控制的混凝土攪拌站取代。自動(dòng)控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)良、生產(chǎn)效率高、環(huán)保性能好等特點(diǎn)，正在成為混凝土生產(chǎn)的主流。

    本控制系統穩定、可靠。它可以按照設定的配方，自動(dòng)、連續的控制各部分物料的計量、投料、攪拌和出料。同時(shí)本系統還有對數據進(jìn)行瀏覽、查詢(xún)、統計、打印等一系列管理功能。另外，通過(guò)除n取余震蕩曲線(xiàn)法對落差進(jìn)行自動(dòng)修正，準確的控制了精度問(wèn)題。

    2.系統結構

    2.1 硬件結構

　　控制系統采用上位機和下位機組成，系統硬件結構如圖a所示。

           

    由于系統對運行速度、靈敏度、穩定性及防塵抗震抗噪音等方面的要求，上位機選用研祥IPC-810P/FSC-1621VD工控機作為上位機，它具有比普通PC機更強的I/O擴展功能，內置8MB獨立顯存支持3D圖形加速，這樣能直觀(guān)的監控現場(chǎng)，板上帶有ISA總線(xiàn)高驅動(dòng)，最大驅動(dòng)能力高達64mA,具有串口15000V靜電保護功能。在此工控機上可完成組態(tài)軟件的設計和開(kāi)發(fā)、PLC程序的開(kāi)發(fā)以及將軟件通過(guò)串口傳送至PLC的CPU單元。

    下位機采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器OMRON CQM1HPLC實(shí)現攪拌站參數的采集和控制。OMRON PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器.由于機械控制不斷需要更先進(jìn)的的功能和處理速度，本系統采用CQM1H就是這樣一種功能完善的緊湊型PLC，它提供附加值機器控制，具有通過(guò)各種高級內裝板進(jìn)行升級能力。大程序容量和存儲單位。另CPU單元帶RS-232C接口，可實(shí)現適時(shí)數據采集，數據再通過(guò)上位機程序處理。

                                    

    由于系統在滿(mǎn)足全自動(dòng)生產(chǎn)的同時(shí)，還必須有手動(dòng)操作功能，所以應該配置重量?jì)x表和動(dòng)力柜。重量?jì)x表采用天衡富中的WC——-2000C重量顯示器，是由單片微機控制，集稱(chēng)重、定值、控制于一體的智能化儀表。由于采用了高集成度集成電路，使電路更為簡(jiǎn)潔，可靠性更高。并在線(xiàn)路中加進(jìn)了獨特的抗干擾措施。使儀器能在惡劣的現場(chǎng)環(huán)境中穩定、可靠地使用。其儀表操作簡(jiǎn)單、計量準確。除添加劑精確到0.01kg外，其它儀表精度是1kg。

    動(dòng)力控制部分通常由斷路器（空氣開(kāi)關(guān)）、交流接觸器、控制變壓器、中間繼電器等組成。斷路器與交流接觸器構成的主回路如圖b所示。斷路器具有短路和過(guò)載保護功能，接觸器只是大功率的開(kāi)關(guān)，可直接驅動(dòng)電機和其他電器?？刂谱儔浩魈峁┒位芈罚刂苹芈罚┧璧母鞣N隔離電源,例如：220V、24V等。中間繼電器是弱電系統（計算機系統）或主令電器的控制對象，其作用既起到弱電與強電之間的電氣隔離作用，又擴大了控制功率和控制信號。示意圖：


            
    2.2 軟件結構

    工業(yè)控制組態(tài)軟件是可以從可編程控制器、各種數據采集卡等設備中實(shí)時(shí)采集數據，發(fā)出控制命令并監控系統運行是否正常的一種軟件包，組態(tài)軟件能充分利用Windows強大的圖形編輯功能，以動(dòng)畫(huà)方式顯示監控設備的運行狀態(tài)，方便地構成監控畫(huà)面和實(shí)現控制功能，并可以生成報表、歷史數據庫等，為工業(yè)監控軟件開(kāi)發(fā)提供了便利的軟件開(kāi)發(fā)平臺，從整體上提高了工控軟件的質(zhì)量。北京世紀長(cháng)秋科技有限公司開(kāi)發(fā)的CenturyStar5.0是運行在Window98/NT上的一種組態(tài)軟件，由工程瀏覽器CSMaker和畫(huà)面運行系統CSViewer兩部分組成。CSMaker是世紀星軟件的核心部分和管理開(kāi)發(fā)系統,它的功能是建立動(dòng)畫(huà)顯示窗口。

    通過(guò)它提供的工具箱可方便建立實(shí)時(shí)曲線(xiàn)圖、歷史趨勢圖和報警記錄顯示。CSViewer是顯示CSMaker中建立的圖形窗口的運行環(huán)境。在攪拌站控制系統中，控制軟件的結構如圖c,上位機采用Omronhj.dll驅動(dòng)程序與PLC進(jìn)行通信，通過(guò)串口訪(fǎng)問(wèn)相應的寄存器，以獲取攪拌站現場(chǎng)各設備參數的實(shí)際值或對現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量和模擬量如各控制閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制。本系統中將PLC的DM0～DM100設置為可讀寫(xiě)區，即上位機可對下位機該區域進(jìn)行讀寫(xiě)操作；將DM101～DM399設置為只讀區，即上位機只能讀出下位機該區域的值而不能改變

             

    攪拌站控制系統上位機的組態(tài)軟件基本實(shí)現了攪拌站測控的要求。簡(jiǎn)潔且形象的模擬了攪拌站的現場(chǎng)工藝流程，操作人員能在控制室的計算機屏幕上了解攪拌站的全部運行狀況，包括各種報警。取得權限的操作人員能在控制室實(shí)現對配方參數和含水率的修改，所有的自動(dòng)與半自動(dòng)之間的切換都是無(wú)擾切換。每個(gè)控制按鈕和每個(gè)自動(dòng)與半自動(dòng)切換按鈕都有進(jìn)一步的確認或取消，防止誤操作。

    攪拌站控制系統下位機是PLC控制器，系統采用模塊化設計，由A/D數據處理、控制參數處理、輸入輸出控制配料過(guò)程控制、投料過(guò)程控制、攪拌運行控制、上位機點(diǎn)動(dòng)控制等程序模塊組成，程序是用梯形圖直接編寫(xiě)。在程序框架允許的范圍內，可以任意增加配料品種或設置投料順序。比如：骨料先投到中間斗后，再與粉料、水先后順序投到攪拌機內開(kāi)始攪拌。本系統同時(shí)把投料時(shí)序做成窗口，讓用戶(hù)可以適時(shí)修改。

         

    3. 數據庫結構

    由于上位機軟件基于Windows98/NT平臺,全中文瀏覽界面，采用事件驅動(dòng)技術(shù).所以數據庫程序設計可利用組態(tài)開(kāi)放的程序接口，通過(guò)API（動(dòng)態(tài)連接庫）記錄數據，也可存放到Acess中,記錄有客戶(hù)信息、工程名稱(chēng)、合同編號等，備瀏覽查詢(xún)用，利用VB編一訪(fǎng)問(wèn)程序來(lái)對及時(shí)記錄的數據進(jìn)行處理，這樣可實(shí)現數據的統計管理。具體功能如下：

    配方管理:可設定和管理多達一千種以上個(gè)配方,并設密碼防止誤修改和刪除.

    工程管理:可按配比編號、合同編號、工程名稱(chēng)、施工單位分別管理,亦可按車(chē)號、工號進(jìn)行統計.

    打印報表:打印報表根據實(shí)際需要可隨意選擇打印、不打印，也可選擇何種打印方法。

    4.控制系統實(shí)現的主要功能

    1）顯示功能：工藝流程、測量值、設備運行狀態(tài)、操作模式、報警等顯示、畫(huà)面調用等功能；

    2）報警處理和報表生成功能：故障發(fā)生時(shí)有適時(shí)報警功能，系統輸出的報表可按時(shí)間、配比號、工程名稱(chēng)、施工單位等可選擇的輸出報表。

    3）數據庫存儲與訪(fǎng)問(wèn)：實(shí)現Access歷史數據庫在每次系統運行時(shí)的自動(dòng)創(chuàng )建并按秒級記錄，現場(chǎng)數據的存儲，；

    4）畫(huà)面系統對控制參數、系統標定進(jìn)行修改與儲存，能實(shí)現監控系統自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)操作模式間的無(wú)擾切換；

    5）管理權限：實(shí)現不同級別的系統管理權限，系統操作員可以對配方進(jìn)行輸入和修改，具有權限的工程師可以根據實(shí)際情況對控制軟件和下位機軟件進(jìn)行修改。

    5.其它技術(shù)措施

    5.1 增強可靠性的措施

    為了提高系統的可靠性,在設計中采取了如下措施:

    PLC采用單獨供電且接地線(xiàn)單獨接地.

    工控機和弱電部分供電通過(guò)在線(xiàn)式500W UPS,既凈化了弱電供電電源,又可保證工控機不會(huì )因為突然掉電而丟失數據.

    要求整個(gè)系統接地電阻小于1Ω.

    工控機和重量?jì)x表中控制輸出及報警輸入全部采用光電隔離技術(shù),有效防止外部干擾信號進(jìn)入.

    交流接觸器全部安裝阻容吸收.

    中間繼電器線(xiàn)包全部安裝二極管吸收回路.

    各種弱電傳輸電纜全部采用屏蔽線(xiàn),并且屏蔽層單端接地.

    5.2提高精度與生產(chǎn)效率的措施

    采用除n取余震蕩曲線(xiàn)法對落差跟蹤式調整,在生產(chǎn)過(guò)程中可以自動(dòng)修正,亦可設固定落差.這樣能保證骨料誤差在±2%以?xún)?而其它粉料在±1%內.通過(guò)對數據的預先處理,在連續生產(chǎn)中可提前稱(chēng)料來(lái)提高效率.
另采取一些其它的方法:

    對水泥、粉煤灰采用變速給料來(lái)減少沖量影響.稱(chēng)量時(shí),先高速給料,達到設定值的90%左右后自動(dòng)變?yōu)榈退倥淞?實(shí)現精稱(chēng).

    對骨料（石、砂）采用雙料倉和逐次逼近的精稱(chēng)方法.粗稱(chēng)時(shí)兩倉全開(kāi),快速達到關(guān)門(mén)值（配方值-落差）后關(guān)閉出料門(mén),穩定后根據與配方值的差距量自動(dòng)計算出脈沖補料時(shí) 間,然后僅開(kāi)精出料門(mén),一般經(jīng)過(guò)1-2次補料就能完成精稱(chēng)配料.

    對水采用粗、細管加水方案,實(shí)現流量精稱(chēng).

    通過(guò)以上技術(shù)措施,不但提高了稱(chēng)量精度,而且保證了生產(chǎn)效率.

    6.結束語(yǔ)

    本文研究的基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統利用了PLC抗干擾能力強，適用于工業(yè)現場(chǎng)的特點(diǎn),又利用了組態(tài)軟件強大數據處理和圖形表現的能力，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護容易等特點(diǎn)。目前該系統已經(jīng)成功的在已裝機30多套，在北京、上海、杭州、重慶、海南三亞、新疆哈密等各大城市攪拌站使用，到目前已累計生產(chǎn)200多萬(wàn)立方商品混凝土，效果良好，對攪拌站的運行效率乃至整個(gè)建筑行業(yè)混凝土開(kāi)展具有重要意義，同時(shí)極大得提高了自動(dòng)化水平，降低了工人的勞動(dòng)強度。