基于PLC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

谷成銀

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

攪拌站控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中的作用良好，將上位機(jī)和下位機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用到主流混凝土攪拌站控制系統(tǒng)中。此系統(tǒng)雖然能夠使混凝土攪拌站生產(chǎn)的需求得到滿足，但是還存在部分問(wèn)題，比如，可擴(kuò)展性較差、提高建設(shè)成本、通信能力不穩(wěn)定等。在PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展中，其成本低、高效且靈活的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域。因此，本文就實(shí)現(xiàn)將PLC技術(shù)作為基礎(chǔ)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程

在混凝土攪拌站工作的過(guò)程中，攪拌、配送、輸送為主要的工藝流程，系統(tǒng)通過(guò)砂石骨料能夠以配比要求，使不同規(guī)格的沙子、石粒等放到骨料稱中投放。以設(shè)置的配比要求，使水和外加劑輸送到水箱、外加劑箱中。通過(guò)螺旋機(jī)，水泥能夠以實(shí)際的配比要求輸送到水泥稱重中。砂石骨料稱能夠通過(guò)四只拉力傳感器懸掛皮帶秤實(shí)現(xiàn)稱重，在骨料稱重后，對(duì)骨料車下限位信號(hào)進(jìn)行接收，皮帶在此過(guò)程中運(yùn)轉(zhuǎn)，將砂石骨料投入料車中。骨料車在皮帶秤延時(shí)運(yùn)行三秒后向上運(yùn)行，上位機(jī)撞擊后將料車門打開，在攪拌罐中添加外加劑、水泥、砂石料和水，共同攪拌到要求時(shí)間后，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌。

2 混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的稱重系統(tǒng)通過(guò)電子秤創(chuàng)建，其所提供的模擬量與其他安全監(jiān)測(cè)傳感器提供開關(guān)量，使其成為PLC 精準(zhǔn)控制根據(jù)。模擬輸入量的重量為砂石、水泥、粉煤灰、外加劑等，攪拌機(jī)門開關(guān)為開關(guān)的輸入量。PLC 開關(guān)量的輸出為水稱閥、骨料門給料、螺旋機(jī)開關(guān)等，利用功率放大信號(hào)后，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。本文系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求實(shí)現(xiàn)I/O 點(diǎn)的配置，其中，輸出29 個(gè)開關(guān)量、10 個(gè)模擬量，輸入30 個(gè)開關(guān)量。以上述控制任務(wù)分析，不能用私用中小型PLC 系統(tǒng)S7-200，其能夠滿足中等性能需求應(yīng)用，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。其模塊化、便于用戶掌握，便于實(shí)現(xiàn)分布等優(yōu)勢(shì)，使其成為解決各控制任務(wù)的主要方案。如果存在復(fù)雜的任務(wù)規(guī)模，能夠隨意使用附加模塊擴(kuò)展PLC。另外，存在強(qiáng)抗振動(dòng)、抗沖擊性和高電磁兼容性的特點(diǎn)，使強(qiáng)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性需求得到滿足。

（1）下位機(jī)PLC?；诨炷翑嚢枵镜墓ぷ鬟^(guò)程，其系統(tǒng)中的輸入信號(hào)包括4 個(gè)模擬量、14 個(gè)數(shù)字量，輸出信號(hào)有19 個(gè)數(shù)字量。為了降低成本，實(shí)現(xiàn)合適裕度的設(shè)置，控制器利用EM222 數(shù)字量擴(kuò)展模塊、EM235 模擬量擴(kuò)展模塊、CPU226 主機(jī)模塊。

（2）模擬量EM235 模塊。CPU 只能夠?qū)ΧM(jìn)制信號(hào)進(jìn)行處理，模擬量輸入通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換，使標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)朝著CPU 能夠處理數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。EM235 為常用模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，其具備一路模擬量輸出與四路模擬量輸入。圖1 為模擬量的擴(kuò)展模擬接線。

設(shè)置S7-200 中的單極性、雙極性的模擬量輸入信號(hào)數(shù)值范圍為0 ～32000、-32000 ～32000。使模擬量輸入模塊具備n 個(gè)采樣周期過(guò)程變量PVn 朝著標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)變，標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

圖1 模擬量的擴(kuò)展模擬接線

公式中的Rnorm 指的是標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)值，Offset 指的是偏移量，Rraw 指的是未標(biāo)準(zhǔn)化原值或者實(shí)數(shù)值。Span 指的是值域，也就是最大值減去最小值。

（3）上位機(jī)觸摸屏。在開發(fā)人機(jī)界面中，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的控制過(guò)程，并且對(duì)配方參數(shù)在線的修改，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印、歸檔，方便尋找故障，所以被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代智能控制中。傳統(tǒng)上位機(jī)都是通過(guò)計(jì)算機(jī)使用VC、VB 等高級(jí)語(yǔ)言編寫，并且要求編程人員具備高計(jì)算機(jī)水平，而且開發(fā)時(shí)間高，對(duì)系統(tǒng)可維護(hù)性與開發(fā)效率限制。其次，系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單界面，實(shí)現(xiàn)功能少，無(wú)法使現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求得到滿足。那么，通過(guò)西門子觸摸屏實(shí)現(xiàn)上位機(jī)設(shè)計(jì)，使人機(jī)對(duì)話得到實(shí)現(xiàn)。PLC 系統(tǒng)與觸摸屏能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和交換，將參數(shù)寫入PLC 系統(tǒng)中，而且在觸摸屏中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，設(shè)置配方值，并且實(shí)現(xiàn)用戶管理和報(bào)警記錄等功能。

（4）人機(jī)接口設(shè)計(jì)。通過(guò)指示燈、報(bào)警器、報(bào)警按鈕和開關(guān)創(chuàng)建PLC 小型開關(guān)量的控制，從而使人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)。對(duì)于要求比較高的大中型控制系統(tǒng)，利用日本歐姆龍的繼電器，使用法國(guó)施耐德斷路器、操作按鈕、接觸器。在控制電路回路中，PLC 電源與電柜電源利用二級(jí)隔離變電器進(jìn)行隔離，儀表通過(guò)二級(jí)隔離進(jìn)行供電，并且實(shí)現(xiàn)濾波，電源波動(dòng)高于±10%時(shí)，利用電源穩(wěn)壓器對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)混凝土攪拌站控制的需求確定用戶程序的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)程序流程圖的創(chuàng)建，并且創(chuàng)建開關(guān)量的控制系統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)順序控制的方法。主程序流程詳見圖2，其中包括初始化、模塊檢查與人機(jī)對(duì)話的流程。用戶界面的設(shè)計(jì)為程序設(shè)計(jì)中尤為重要的內(nèi)容，創(chuàng)建用戶界面主要方法就是先創(chuàng)建能夠完成所有必要功能與動(dòng)作原型，也就是原型設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)的配料凈值、稱毛重、配方值展現(xiàn)在屏幕中，并且能夠展現(xiàn)物料的名稱。利用多任務(wù)的控制方法，在配料時(shí)選擇下個(gè)任務(wù)。對(duì)配料中參數(shù)進(jìn)行修改，調(diào)整其中的配方，避免骨料斜皮帶上料，控制攪拌機(jī)的放料門開關(guān)。使系統(tǒng)人機(jī)交互得到實(shí)現(xiàn)，包括參數(shù)設(shè)置、落差設(shè)置、歡迎畫面和配方等畫面的展現(xiàn)。

2.3 PLC 和PC 機(jī)的連接

圖2 主程序流程圖

控制系統(tǒng)中，上位機(jī)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)要和PLC 交換，但是，串行通信接口中的計(jì)算機(jī)與PLC 機(jī)不同。計(jì)算機(jī)利用RS-232 串行通信接口，計(jì)算機(jī)通信過(guò)程中實(shí)現(xiàn)串行接口轉(zhuǎn)換。RS-232 與RS-485 通信接口實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，通過(guò)PC-PPI 編程轉(zhuǎn)變協(xié)議。系統(tǒng)通信為利用VC 中控件MSComm 實(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議的編寫實(shí)現(xiàn)，主要步驟：其一，創(chuàng)建基于對(duì)話框的MFC 應(yīng)用程序；其二，將MSComm 控件融入到項(xiàng)目中；其三，通過(guò)Class Wizard 定義CMSComm 類控制對(duì)象；其四，將控件添加到對(duì)話框中；其五，實(shí)現(xiàn)串口事件消息處理函數(shù)OnComm的添加。具體源程序?yàn)椋?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

將PLC 技術(shù)作為基礎(chǔ)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)具有完善的功能，而且可靠性比較高，編程比較方便簡(jiǎn)單，從而彌補(bǔ)繼電器控制與單片機(jī)控制在可靠性方面問(wèn)題，和PC 機(jī)相互結(jié)合，方便管理與操作?；赑LC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)能夠應(yīng)用到工程中，效果較為良好，工程的實(shí)際效率有所提高。