摘 要 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、攪拌，自動生產(chǎn)出混凝土的控制系統(tǒng)。混凝土生產(chǎn)的關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)量有著重要影響。目前搭建混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要有兩種方式，一種是采用工控機搭配數(shù)據(jù)采集、控制等板卡作為系統(tǒng)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(tǒng)控制器，用組態(tài)軟件編寫上位機操作系統(tǒng)。PLC以其靈活、可靠等特點越來越多的應用在混凝土攪拌站系統(tǒng)中，和利時公司的LK系列PLC也以其強大的數(shù)據(jù)采集以及處理能力，在混凝土攪拌行業(yè)中有著很好的應用。
關鍵詞 LK PLC；混凝土攪拌系統(tǒng)
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。隨著我國對混凝土的需求量越來越大，對其質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已經(jīng)滿足不了需求。對此在90年代后我國的混凝土攪拌站技術有了快速的發(fā)展，目前搭建混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要有兩種方式，一種是采用工控機搭配數(shù)據(jù)采集、控制等板卡作為系統(tǒng)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)境下長時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(tǒng)的可擴展性與開放性也有很大的局限性。還有一種就是采用PLC作為系統(tǒng)控制器，用組態(tài)軟件編寫上位機操作系統(tǒng)。PLC以其靈活性、可靠性聞名，編程易于學習跟掌握，組態(tài)軟件使用簡單并有豐富的圖庫，可以方便的編制出功能強大的上位機操作系統(tǒng)。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，和利時公司的LK PLC繼承了和利時DCS模擬量處理能力強的優(yōu)點，同時還有全通道（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公司的LK系列PLC搭建的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)。
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(tǒng)中各原料按照給定的配比進行稱重配料，然后卸料至攪拌機進行混合攪拌，攪拌設定時間后出砼，最后由運輸車運走。其生產(chǎn)工藝如圖2-1所示：
砂石等骨料的配料稱重裝置由給料閥門與計量斗組成，按照給定的配料比例，系統(tǒng)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，按給定配比通過螺旋輸送機加入到計量斗中，再通過計量斗把粉料卸放到攪拌機中。
外加劑與水都是通過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。
為保證配料精度，系統(tǒng)會根據(jù)原料投入計量斗中的量去執(zhí)行補料或扣料功能。當原料投入量在配料落差范圍內(nèi)，并且配料誤差大于配料誤差允許值時，系統(tǒng)會執(zhí)行補料功能，補料功能是以點動的方式開啟投料裝置，緩慢加入原料使其投入量滿足配料精度要求；當原料投入計量斗中的投入量大于配料設定值時，系統(tǒng)會在卸料的過程中執(zhí)行扣料功能，扣料功能是以點動的方式開啟卸料閥門，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(tǒng)設計
? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
此系統(tǒng)采用和利時公司的LK系列PLC作為控制器。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，在控制層配置一個控制站，負責與現(xiàn)場的I/O信號進行通訊，同時負責整個批次處理過程的控制；在操作層采用了1個操作員站（兼工程師站），用于操作攪拌站控制系統(tǒng)，同時又采用了一個15寸觸摸屏作為系統(tǒng)備份，當操作員站出現(xiàn)故障時，可以使用觸摸屏對系統(tǒng)進行操作，從而不會影響正常生產(chǎn)。操作員站、觸摸屏與現(xiàn)場控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機進行數(shù)據(jù)交換，打印機負責打印日常報表。
? PLC硬件配置
為提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)采用支持冗余的CPU LK210組成冗余控制系統(tǒng)，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(tǒng)的投料精度至關重要，也是提高混凝土質(zhì)量的保障。PLC控制系統(tǒng)硬件清單如下：
表 3-1 PLC控制系統(tǒng)硬件清單
? 上位機操作系統(tǒng)
上位機操作系統(tǒng)采用和利時公司的FacView進行開發(fā)，實現(xiàn)對PLC控制站的監(jiān)視與控制。通過連接SQL2000數(shù)據(jù)庫進行配方數(shù)據(jù)設置、讀取；生產(chǎn)任務、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄等工作。整個混凝土的生產(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)報表都可以自動完成，系統(tǒng)的自動化程度非常高，操作很方便。
系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖3-3所示，在這里可以對整個系統(tǒng)進行手動或自動控制并監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在畫面的左下角可以進行生產(chǎn)訂單下載、配方選擇等操作，右邊可以對系統(tǒng)誤差值以及時間等參數(shù)進行設置。本系統(tǒng)還具有任務管理、配方管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)瀏覽和生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表打印等功能。
? 觸摸屏操作系統(tǒng)
觸摸屏也可以完成對系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，并擁有配方管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄功能等，觸摸屏操作界面如圖3-4所示：
4 應用特點
基于LK PLC的混凝土攪拌站系統(tǒng)具有如下特點：
? 可靠性
可靠性是攪拌站系統(tǒng)的關鍵，本系統(tǒng)采用LK冗余控制系統(tǒng)進一步保證了系統(tǒng)的可靠性，當主CPU出現(xiàn)故障時，從CPU會在一個掃描周期（50ms）之內(nèi)完成切換，從而保證系統(tǒng)不間斷運行。不僅如此系統(tǒng)還支持以太網(wǎng)冗余，DP總線冗余，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(tǒng)采用PC與觸摸屏互備，觸摸屏作為PC機的備用，當PC機出現(xiàn)問題的時候可以使用觸摸屏控制攪拌站系統(tǒng)，從而不會耽誤生產(chǎn)，可以看出本系統(tǒng)在控制層與管理層都有相當高的可靠性。
? 系統(tǒng)功能強
LK系列PLC可靠性高，運算速度快，邏輯控制容量大，還可進行在線調(diào)試、支持增量下載，支持多種語言混合編程，特別適合混凝土攪拌站這樣邏輯比較復雜，要求數(shù)據(jù)運算速度快的系統(tǒng)。增量下載功能能夠在完成程序的修改同時不會影響系統(tǒng)的現(xiàn)有狀態(tài)，為系統(tǒng)調(diào)試帶來很大方便。混凝土攪拌站系統(tǒng)屬于比較典型的順序控制系統(tǒng)，并且邏輯比較復雜，本系統(tǒng)采用順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）以及結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）混合編程的方式實現(xiàn)了系統(tǒng)邏輯，骨料、粉料以及液體料劑投料的過程采用SFC編程實現(xiàn)，手動控制等邏輯采用LD實現(xiàn)，一些比較復雜的控制算法采用ST實現(xiàn)，整個程序可讀性強易于修改。
? 投料精度高
系統(tǒng)模擬量采集速度對于混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的投料精度以及產(chǎn)出的混凝土品質(zhì)有著至關重要的影響，本系統(tǒng)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(tǒng)的投料精度以及混凝土品質(zhì)提供了保障。
? 數(shù)據(jù)庫記錄完善
上位機操作系統(tǒng)采用Facview組態(tài)軟件以及SQL2000數(shù)據(jù)庫搭建，可以實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄等功能，觸摸屏作為上位機的備用同樣有系統(tǒng)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)記錄等功能，在上位機出現(xiàn)故障的時候可以單獨使用進行生產(chǎn)。
參考文獻
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