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

    關(guān)鍵詞：攪拌站 組態(tài)軟件 PLC 數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)

    1．引言

    隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)，房地產(chǎn)業(yè)日益紅火，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量要求也越來越高，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(tǒng)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)量優(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(tǒng)穩(wěn)定、可靠。它可以按照設(shè)定的配方，自動(dòng)、連續(xù)的控制各部分物料的計(jì)量、投料、攪拌和出料。同時(shí)本系統(tǒng)還有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印等一系列管理功能。另外，通過除n取余震蕩曲線法對(duì)落差進(jìn)行自動(dòng)修正，準(zhǔn)確的控制了精度問題。

    2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    2.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖a所示。

           

    由于系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行速度、靈敏度、穩(wěn)定性及防塵抗震抗噪音等方面的要求，上位機(jī)選用研祥IPC-810P/FSC-1621VD工控機(jī)作為上位機(jī)，它具有比普通PC機(jī)更強(qiáng)的I/O擴(kuò)展功能，內(nèi)置8MB獨(dú)立顯存支持3D圖形加速，這樣能直觀的監(jiān)控現(xiàn)場，板上帶有ISA總線高驅(qū)動(dòng)，最大驅(qū)動(dòng)能力高達(dá)64mA,具有串口15000V靜電保護(hù)功能。在此工控機(jī)上可完成組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)、PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過串口傳送至PLC的CPU單元。

    下位機(jī)采用功能強(qiáng)大、可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的可編程控制器OMRON CQM1HPLC實(shí)現(xiàn)攪拌站參數(shù)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(yán)密高速的程序控制器.由于機(jī)械控制不斷需要更先進(jìn)的的功能和處理速度，本系統(tǒng)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(jī)器控制，具有通過各種高級(jí)內(nèi)裝板進(jìn)行升級(jí)能力。大程序容量和存儲(chǔ)單位。另CPU單元帶RS-232C接口，可實(shí)現(xiàn)適時(shí)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)再通過上位機(jī)程序處理。

                                    

    由于系統(tǒng)在滿足全自動(dòng)生產(chǎn)的同時(shí)，還必須有手動(dòng)操作功能，所以應(yīng)該配置重量儀表和動(dòng)力柜。重量儀表采用天衡富中的WC——-2000C重量顯示器，是由單片微機(jī)控制，集稱重、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，使電路更為簡潔，可靠性更高。并在線路中加進(jìn)了獨(dú)特的抗干擾措施。使儀器能在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中穩(wěn)定、可靠地使用。其儀表操作簡單、計(jì)量準(zhǔn)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(gòu)成的主回路如圖b所示。斷路器具有短路和過載保護(hù)功能，接觸器只是大功率的開關(guān)，可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(tǒng)（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）或主令電器的控制對(duì)象，其作用既起到弱電與強(qiáng)電之間的電氣隔離作用，又?jǐn)U大了控制功率和控制信號(hào)。示意圖：


            
    2.2 軟件結(jié)構(gòu)

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

    通過它提供的工具箱可方便建立實(shí)時(shí)曲線圖、歷史趨勢圖和報(bào)警記錄顯示。CSViewer是顯示CSMaker中建立的圖形窗口的運(yùn)行環(huán)境。在攪拌站控制系統(tǒng)中，控制軟件的結(jié)構(gòu)如圖c,上位機(jī)采用Omronhj.dll驅(qū)動(dòng)程序與PLC進(jìn)行通信，通過串口訪問相應(yīng)的寄存器，以獲取攪拌站現(xiàn)場各設(shè)備參數(shù)的實(shí)際值或?qū)ΜF(xiàn)場的開關(guān)量和模擬量如各控制閥門的開度進(jìn)行控制。本系統(tǒng)中將PLC的DM0～DM100設(shè)置為可讀寫區(qū)，即上位機(jī)可對(duì)下位機(jī)該區(qū)域進(jìn)行讀寫操作；將DM101～DM399設(shè)置為只讀區(qū)，即上位機(jī)只能讀出下位機(jī)該區(qū)域的值而不能改變

             

    攪拌站控制系統(tǒng)上位機(jī)的組態(tài)軟件基本實(shí)現(xiàn)了攪拌站測控的要求。簡潔且形象的模擬了攪拌站的現(xiàn)場工藝流程，操作人員能在控制室的計(jì)算機(jī)屏幕上了解攪拌站的全部運(yùn)行狀況，包括各種報(bào)警。取得權(quán)限的操作人員能在控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)配方參數(shù)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(rèn)或取消，防止誤操作。

    攪拌站控制系統(tǒng)下位機(jī)是PLC控制器，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由A/D數(shù)據(jù)處理、控制參數(shù)處理、輸入輸出控制配料過程控制、投料過程控制、攪拌運(yùn)行控制、上位機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制等程序模塊組成，程序是用梯形圖直接編寫。在程序框架允許的范圍內(nèi)，可以任意增加配料品種或設(shè)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(jī)內(nèi)開始攪拌。本系統(tǒng)同時(shí)把投料時(shí)序做成窗口，讓用戶可以適時(shí)修改。

         

    3. 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

    由于上位機(jī)軟件基于Windows98/NT平臺(tái),全中文瀏覽界面，采用事件驅(qū)動(dòng)技術(shù).所以數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)可利用組態(tài)開放的程序接口，通過API（動(dòng)態(tài)連接庫）記錄數(shù)據(jù)，也可存放到Acess中,記錄有客戶信息、工程名稱、合同編號(hào)等，備瀏覽查詢用，利用VB編一訪問程序來對(duì)及時(shí)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)管理。具體功能如下：

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

    工程管理:可按配比編號(hào)、合同編號(hào)、工程名稱、施工單位分別管理,亦可按車號(hào)、工號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

    打印報(bào)表:打印報(bào)表根據(jù)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

    1）顯示功能：工藝流程、測量值、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作模式、報(bào)警等顯示、畫面調(diào)用等功能；

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

    3）數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與訪問：實(shí)現(xiàn)Access歷史數(shù)據(jù)庫在每次系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)創(chuàng)建并按秒級(jí)記錄，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，；

    4）畫面系統(tǒng)對(duì)控制參數(shù)、系統(tǒng)標(biāo)定進(jìn)行修改與儲(chǔ)存，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)操作模式間的無擾切換；

    5）管理權(quán)限：實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的系統(tǒng)管理權(quán)限，系統(tǒng)操作員可以對(duì)配方進(jìn)行輸入和修改，具有權(quán)限的工程師可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)控制軟件和下位機(jī)軟件進(jìn)行修改。

    5.其它技術(shù)措施

    5.1 增強(qiáng)可靠性的措施

    為了提高系統(tǒng)的可靠性,在設(shè)計(jì)中采取了如下措施:

    PLC采用單獨(dú)供電且接地線單獨(dú)接地.

    工控機(jī)和弱電部分供電通過在線式500W UPS,既凈化了弱電供電電源,又可保證工控機(jī)不會(huì)因?yàn)橥蝗坏綦姸鴣G失數(shù)據(jù).

    要求整個(gè)系統(tǒng)接地電阻小于1Ω.

    工控機(jī)和重量儀表中控制輸出及報(bào)警輸入全部采用光電隔離技術(shù),有效防止外部干擾信號(hào)進(jìn)入.

    交流接觸器全部安裝阻容吸收.

    中間繼電器線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,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取余震蕩曲線法對(duì)落差跟蹤式調(diào)整,在生產(chǎn)過程中可以自動(dòng)修正,亦可設(shè)固定落差.這樣能保證骨料誤差在±2%以內(nèi),而其它粉料在±1%內(nèi).通過對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)先處理,在連續(xù)生產(chǎn)中可提前稱料來提高效率.
另采取一些其它的方法:

    對(duì)水泥、粉煤灰采用變速給料來減少?zèng)_量影響.稱量時(shí),先高速給料,達(dá)到設(shè)定值的90%左右后自動(dòng)變?yōu)榈退倥淞?實(shí)現(xiàn)精稱.

    對(duì)骨料（石、砂）采用雙料倉和逐次逼近的精稱方法.粗稱時(shí)兩倉全開,快速達(dá)到關(guān)門值（配方值-落差）后關(guān)閉出料門,穩(wěn)定后根據(jù)與配方值的差距量自動(dòng)計(jì)算出脈沖補(bǔ)料時(shí) 間,然后僅開精出料門,一般經(jīng)過1-2次補(bǔ)料就能完成精稱配料.

    對(duì)水采用粗、細(xì)管加水方案,實(shí)現(xiàn)流量精稱.

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

    6.結(jié)束語

    本文研究的基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場的特點(diǎn),又利用了組態(tài)軟件強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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、操作簡單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的在已裝機(jī)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(jì)生產(chǎn)200多萬立方商品混凝土，效果良好，對(duì)攪拌站的運(yùn)行效率乃至整個(gè)建筑行業(yè)混凝土開展具有重要意義，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(qiáng)度。