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(dòng)生產(chǎn)出混凝土的控制系統(tǒng)。混凝土生產(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(duì)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(jī)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(jī)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(jī)操作系統(tǒng)。PLC以其靈活、可靠等特點(diǎn)越來越多的應(yīng)用在混凝土攪拌站系統(tǒng)中，和利時(shí)公司的LK系列PLC也以其強(qiáng)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(yīng)用。
關(guān)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(dòng)強(qiáng)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(duì)生產(chǎn)工人的身體也有較大的危害。隨著我國(guó)對(duì)混凝土的需求量越來越大，對(duì)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(duì)此在90年代后我國(guó)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(tǒng)主要有兩種方式，一種是采用工控機(jī)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(jī)操作界面。采用這種方式在初期投入成本上有一些優(yōu)勢(shì)，但是工控機(jī)以及采集卡在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性較差，后期維護(hù)成本較高，C++編程、修改也比較復(fù)雜，系統(tǒng)的可擴(kuò)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(jī)操作系統(tǒng)。PLC以其靈活性、可靠性聞名，編程易于學(xué)習(xí)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(qiáng)大的上位機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(xì)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(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(jìn)行稱重配料，然后卸料至攪拌機(jī)進(jìn)行混合攪拌，攪拌設(shè)定時(shí)間后出砼，最后由運(yùn)輸車運(yùn)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(jì)量斗組成，按照給定的配料比例，系統(tǒng)先將骨料投入到計(jì)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(jī)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(jī)加入到計(jì)量斗中，再通過計(jì)量斗把粉料卸放到攪拌機(jī)中。
外加劑與水都是通過水計(jì)量斗輸送到攪拌主機(jī)中的，首先按設(shè)定比例配好水跟外加劑，然后通過外加劑計(jì)量斗把外加劑輸送到水計(jì)量斗中，最后外加劑與水一起加入到攪拌主機(jī)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(huì)根據(jù)原料投入計(jì)量斗中的量去執(zhí)行補(bǔ)料或扣料功能。當(dāng)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行補(bǔ)料功能，補(bǔ)料功能是以點(diǎn)動(dòng)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(dāng)原料投入計(jì)量斗中的投入量大于配料設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在卸料的過程中執(zhí)行扣料功能，扣料功能是以點(diǎn)動(dòng)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(shè)計(jì)
? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
此系統(tǒng)采用和利時(shí)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(gè)控制站，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)的I/O信號(hào)進(jìn)行通訊，同時(shí)負(fù)責(zé)整個(gè)批次處理過程的控制；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(tǒng)，同時(shí)又采用了一個(gè)15寸觸摸屏作為系統(tǒng)備份，當(dāng)操作員站出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用觸摸屏對(duì)系統(tǒng)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(xiàn)場(chǎng)控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，打印機(jī)負(fù)責(zé)打印日常報(bào)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(duì)于提高攪拌站控制系統(tǒng)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(tǒng)硬件清單如下：
表 3-1 PLC控制系統(tǒng)硬件清單
? 上位機(jī)操作系統(tǒng)
上位機(jī)操作系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的FacView進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC控制站的監(jiān)視與控制。通過連接SQL2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配方數(shù)據(jù)設(shè)置、讀取；生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(bào)表都可以自動(dòng)完成，系統(tǒng)的自動(dòng)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制并監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在畫面的左下角可以進(jìn)行生產(chǎn)訂單下載、配方選擇等操作，右邊可以對(duì)系統(tǒng)誤差值以及時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)還具有任務(wù)管理、配方管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)瀏覽和生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表打印等功能。
? 觸摸屏操作系統(tǒng)
觸摸屏也可以完成對(duì)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(yīng)用特點(diǎn)
基于LK PLC的混凝土攪拌站系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
? 可靠性
可靠性是攪拌站系統(tǒng)的關(guān)鍵，本系統(tǒng)采用LK冗余控制系統(tǒng)進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí)，從CPU會(huì)在一個(gè)掃描周期（50ms）之內(nèi)完成切換，從而保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)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(jī)通訊的可靠性，DP總線冗余保證了本地背板與擴(kuò)展背板通訊的可靠性。上位機(jī)系統(tǒng)采用PC與觸摸屏互備，觸摸屏作為PC機(jī)的備用，當(dāng)PC機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候可以使用觸摸屏控制攪拌站系統(tǒng)，從而不會(huì)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(dāng)高的可靠性。
? 系統(tǒng)功能強(qiáng)
LK系列PLC可靠性高，運(yùn)算速度快，邏輯控制容量大，還可進(jìn)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(fù)雜，要求數(shù)據(jù)運(yùn)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(shí)不會(huì)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(fù)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(shí)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(shí)現(xiàn)，手動(dòng)控制等邏輯采用LD實(shí)現(xiàn)，一些比較復(fù)雜的控制算法采用ST實(shí)現(xiàn)，整個(gè)程序可讀性強(qiáng)易于修改。
? 投料精度高
系統(tǒng)模擬量采集速度對(duì)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(guān)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以單獨(dú)使用進(jìn)行生產(chǎn)。
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