基于DCS的混凝土攪拌站測控系統(tǒng)設(shè)計

康浩萌 唐祥智

（沈陽理工大學(xué)遼寧，沈陽 110159）

基于DCS的混凝土攪拌站測控系統(tǒng)設(shè)計

康浩萌 唐祥智

（沈陽理工大學(xué)遼寧，沈陽 110159）

現(xiàn)代化建設(shè)對混凝土的需要量越來越高，傳統(tǒng)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)自動化水平低，生產(chǎn)效率和質(zhì)量偏低。本文提出一種基于DCS的混凝土攪拌站測控系統(tǒng)，利用DCS系統(tǒng)集散控制，集中管理的特點，可大大提升攪拌站自動化程度，具有操作簡單、效率高、安全可靠等優(yōu)勢

DCS；測控系統(tǒng)；混凝土；攪拌站

1 引言

隨著現(xiàn)代城市化建設(shè)的推進，混凝土是現(xiàn)代化建設(shè)必不可少的材料。傳統(tǒng)混凝土攪拌站控制設(shè)備多為手動電氣控制，需要現(xiàn)場人員進行手動控制混凝土攪拌過程。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的生產(chǎn)效率低，管理操作繁瑣，混凝土質(zhì)量無法精確控制。自動化測控系統(tǒng)可有效改善混凝土攪拌效率，其中分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）可實現(xiàn)自動稱重、投料、攪拌、出料等操作，實現(xiàn)生產(chǎn)和管理相分離，不僅可保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、保證安全生產(chǎn)，而且可將實際生產(chǎn)與生產(chǎn)統(tǒng)計、財務(wù)管理、銷售及原料管理等系統(tǒng)進行融合，統(tǒng)一管理，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和智能化。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）又稱為集散控制系統(tǒng)，其中主要原理是通過現(xiàn)場設(shè)備的分散控制，以分散設(shè)備的故障風(fēng)險，而對于設(shè)備的管理是采用集中管理的方式，這樣一方面分散控制增強了系統(tǒng)可靠性，另一方面集中管理提升了管理效率。

圖1 DCS測控系統(tǒng)原理框圖

集散控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，集散控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)不同，它可包含若干個PLC控制的分布式子系統(tǒng)，各個PLC控制子系統(tǒng)之間互相獨立，互不干擾，各自完成所負責(zé)的任務(wù)，一個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障不會影響其他設(shè)備的正常運行。分散式子系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與操作站實現(xiàn)通信，操作站可對分散式子系統(tǒng)下達指令，同時可獲得分散子系上傳的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集與處理，以達到集中管理的目的。DCS系統(tǒng)從下至上主要包括以下幾個部分：

2.1 現(xiàn)場控制器

現(xiàn)場控制器負責(zé)連接和控制現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行機構(gòu)和傳感器，混凝土攪拌站以PLC作為現(xiàn)場控制器。PLC因其結(jié)構(gòu)靈活緊湊、抗噪防塵、抗干擾能力強，相對與其他處理器在工業(yè)控制領(lǐng)域具有絕對優(yōu)勢。PLC主要需要控制掛載的現(xiàn)場設(shè)備有稱重傳感器、攪拌電機、繼電器等設(shè)備。PLC配備了模擬輸入輸出端口、數(shù)字輸入輸出端口，可實現(xiàn)與各種控制方式的現(xiàn)場設(shè)備的連接控制，內(nèi)部高速的運算處理能力，可完成PID等控制算法的設(shè)計。另外，PLC支持圖形設(shè)計、BASIC和C語言設(shè)計，設(shè)計方式靈活，便于工程技術(shù)人員的程序設(shè)計。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)主要是負責(zé)實現(xiàn)上位的操作臺和下位的PLC控制子系統(tǒng)之間的通信，是現(xiàn)場設(shè)備與控制管理中心之間的通信橋梁，DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)與計算機網(wǎng)絡(luò)不完全相同，主要采用現(xiàn)場總線方式，通信網(wǎng)絡(luò)對通信的實時性和可靠性要求更高，一般需要冗余結(jié)構(gòu)布置。工業(yè)現(xiàn)場總線包括基金會現(xiàn)場總線、CAN、Lonworks、DeviceNet、PROFIBUS等若干種，其中PROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域，該系統(tǒng)選用PROFIBUS總線。

2.3 操作站

操作者通俗上又可稱為上位機，主要由主機、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等設(shè)備組成，主要負責(zé)完成兩方面的工作。一方面是獲取現(xiàn)場PLC系統(tǒng)上傳的工作數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集處理，同時下傳混凝土攪拌配方，下達任務(wù)命令。另一方面需要具備易與操作和觀測的人機界面，以便操作人員進行混凝土配方的配置，生產(chǎn)過程的監(jiān)控，生產(chǎn)運行狀態(tài)的記錄、保存以及打印等操作，以保證混凝土生產(chǎn)的安全、高效、可靠。操作站主機一般選用可靠度較高的工控機，上位機操作軟件可選擇組態(tài)軟件，例如WinCC等，操作站的數(shù)量需根據(jù)管理需要配置，最少需一臺計算機。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括兩個部分：PLC軟件和上位機組態(tài)軟件。PLC作為現(xiàn)場子系統(tǒng)的控制器，需要完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制、監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、故障報警等任務(wù)，主要包括混凝土稱重數(shù)據(jù)采集，混凝土攪拌電機控制，以及加水和卸貨電磁閥等的控制，另外需要連接現(xiàn)場總線，實現(xiàn)與上位機的通信，以實時接收和上傳數(shù)據(jù)。PLC控制部分主程序流程圖如圖2所示。

圖2 PLC控制部分主程序流程圖

上位機（即工控機）的人機界面軟件要求人機交互友好、功能齊全，可利用WinCC組態(tài)軟件進行編制。利用組態(tài)軟件標(biāo)準(zhǔn)控件，可完成數(shù)據(jù)連接與接收，圖形動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)自動存儲，自動報警，故障排查等功能。結(jié)合混凝土具體生產(chǎn)操作流程以及管理要點，合理規(guī)劃軟件界面布局。上位機軟件可采用工作流程式的設(shè)計方法，以圖形的方式形象地描述攪拌站供料和攪拌的過程，通過直觀的圖形結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式，邏輯流程關(guān)系符合一般人為習(xí)慣，可以讓操作人員直觀看清整個生產(chǎn)流程。菜單操作盡量采用鍵盤或鼠標(biāo)快捷方式操作，減少漢字或字母的輸入，以減少錯誤率，提高操作效率。盡量提升系統(tǒng)自動化和智能化程度，減少操作人員的操作工作量和監(jiān)控強度，增強系統(tǒng)可靠安全性。

4 結(jié)論

基于DCS的混凝土攪拌站測控系統(tǒng)充分利用了PLC高可靠性，運算處理能力強，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高便于配套選型，編程形式簡單靈活等優(yōu)點，同時采用可靠性強的工業(yè)型計算機作為操作臺，以現(xiàn)場總線的方式進行聯(lián)網(wǎng)，組建自動化混凝土攪拌測控系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的電氣式控制方式，自動化程度得到大幅度提升，生產(chǎn)效率明顯挺高。同時人性化的操作界面，直觀的圖形動態(tài)展現(xiàn)形式和存儲打印功能，使得系統(tǒng)操作簡單、易于維護管理，有效提高了系統(tǒng)可靠性。

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TU7

B

1007-6344（2016）02-0090-01

康浩萌（1993.11--） 男，山東省濱州市人，大學(xué)本科，沈陽理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)。

唐祥智（1993.9--） 男，四川省廣安市人，大學(xué)本科，沈陽理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)。