混凝土攪拌站控制方案的選擇

董中偉，李正偉，程志友，姚青義

（1.洛陽(yáng)佳一機(jī)電設(shè)備有限公司，河南　洛陽(yáng)　471000；2.孟津縣環(huán)境保護(hù)局環(huán)境監(jiān)理所，河南　孟津　471100）

混凝土攪拌站控制方案的選擇

董中偉1，李正偉2，程志友1，姚青義1

（1.洛陽(yáng)佳一機(jī)電設(shè)備有限公司，河南洛陽(yáng)471000；2.孟津縣環(huán)境保護(hù)局環(huán)境監(jiān)理所，河南孟津471100）

混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的優(yōu)劣決定了混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也體現(xiàn)了整套設(shè)備自動(dòng)化程度的高低。本文介紹目前混凝土攪拌站控制系統(tǒng)采用常見(jiàn)的 4 種軟硬件結(jié)合的自動(dòng)控制方式的構(gòu)成及特點(diǎn)，從而為選擇攪拌站控制方式提供多方面的選擇。

工控機(jī)；稱重儀表；PLC；板卡；稱重模塊；I/O 模塊

0　前言

混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)最初是用繼電器按順序純手動(dòng)控制生產(chǎn)，隨著 70、80 年代單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用逐步進(jìn)入智能化自動(dòng)控制的時(shí)代，90 年代以后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,控制系統(tǒng)多采用計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制，其主要有以下優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)率；能貯存大量的配合比，供用戶實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)用，調(diào)用、修改配合比都十分方便；能實(shí)現(xiàn)根據(jù)骨料的含水率動(dòng)態(tài)修正配比值，自動(dòng)減水加砂，保證混凝土稠度值的一致性；能夠根據(jù)上盤次配料誤差對(duì)下盤次物料自動(dòng)補(bǔ)償；能直觀地模擬顯示混凝土攪拌站整個(gè)工藝流程狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)記錄存儲(chǔ)各類數(shù)據(jù)和制表打印，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制?；炷翑嚢枵咀詣?dòng)控制系統(tǒng)的具體控制方式，根據(jù)控制方式的不同，可分為以下幾種：

1　工控機(jī)+配料稱重儀表控制方式

工控機(jī)+配料稱重儀表這種控制方式中，工控機(jī)主要負(fù)責(zé)自動(dòng)運(yùn)行的協(xié)調(diào)工作；利用串口按照儀表的通信協(xié)議將被控物料的目標(biāo)值、點(diǎn)動(dòng)量、穩(wěn)秤時(shí)間等控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，發(fā)出配料信號(hào)，各種門限位直接連鎖在配料儀表輸出回路中。該系統(tǒng)脫開(kāi)工控機(jī)后仍是一個(gè)獨(dú)立的儀表控制系統(tǒng)（可能會(huì)缺失某些功能），該控制系統(tǒng)對(duì)儀表有一定的智能化要求，除了基本的重量采集和顯示功能外，還要有自動(dòng)物料配料功能（累加或者累減）。各個(gè)物料的配料流程由各自的配料儀表完成，工控機(jī)只用于判斷該物料處于哪個(gè)配料階段，是否配料完畢，是否超差等位信號(hào)，配料算法在儀表內(nèi)固化，只需調(diào)整相應(yīng)的配料參數(shù)。

2　工控機(jī)+板卡控制方式

工控機(jī) +板卡控制方式根據(jù)重量采集方式不同又可細(xì)分為兩種：

（1）工控機(jī) +板卡+稱重模塊。這種控制方式中各物料秤斗的稱重傳感器接入稱重模塊，稱重模塊的輸出信號(hào)接入工控機(jī)的模數(shù)板（A/D），由工控機(jī)軟件計(jì)算物料重量并在上位機(jī)軟件界面顯示；通過(guò)數(shù)字量輸入輸出板卡（I/O）監(jiān)控各配料機(jī)構(gòu)的啟停等狀態(tài)， 其輸入端接控制面板上各個(gè)按鈕和各種限位信號(hào)，輸出接中間繼電器，再控制配料機(jī)構(gòu)。由于該控制方式中整個(gè)控制核心為工控機(jī)，控制軟件設(shè)計(jì)對(duì)抗干擾等因素要求較高，一旦工控機(jī)系統(tǒng)出故障，由于重量信息無(wú)法顯示，故整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)癱瘓而無(wú)法生產(chǎn)。

（2）工控機(jī)+板卡+稱重儀表。這種控制方式中各物料秤斗的稱重傳感器接入稱重儀表，由相應(yīng)稱重儀表進(jìn)行稱重顯示，控制軟件通過(guò)串口讀取各儀表的物料重量，進(jìn)行再計(jì)算；通過(guò)數(shù)字量輸入輸出板卡（I/O）監(jiān)控各配料機(jī)構(gòu)的啟停等狀態(tài)，其輸入端接控制面板上各個(gè)按鈕和各種限位信號(hào)，輸出接中間繼電器，再控制配料機(jī)構(gòu)。該控制方式在工控機(jī)出故障時(shí)可轉(zhuǎn)為全手動(dòng)生產(chǎn)，缺點(diǎn)是輸入輸出板卡（I/O）限制了物料種類，不宜擴(kuò)展。

3　工控機(jī)+PLC+稱重儀表控制方式

工控機(jī)+PLC+稱重儀表這種控制方式根據(jù)在工控機(jī)還是在 PLC 又可細(xì)分為偏軟和偏 PLC 解決方案：

3.1偏軟件解決方案

控制邏輯由工控機(jī)的上位機(jī)軟件完成，PLC 輸入端接各種限位和按鈕，同時(shí)和工控機(jī)一直保持通信，告訴軟件現(xiàn)在什么物料處于什么狀態(tài)，工控機(jī)通過(guò)串口直接讀取各個(gè)物料秤的實(shí)時(shí)值，發(fā)出計(jì)量信號(hào)，啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、停止……，相比第一種控制方式，軟件要模擬儀表實(shí)現(xiàn)讀秤、配料（不僅僅是加法、減法）、通信、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、歸檔打印等諸多功能。用什么算法去實(shí)現(xiàn)配料過(guò)程？怎么實(shí)現(xiàn)？是否高效可靠的實(shí)現(xiàn)？等問(wèn)題都對(duì)軟件編寫者提出很高的要求。但是這種控制的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，基于工控機(jī)的強(qiáng)大的硬件優(yōu)勢(shì)秒殺稱重儀表和 PLC，再多的需求不是問(wèn)題，可能最后的問(wèn)題是：如何用最可靠的方式實(shí)現(xiàn)算法的最優(yōu)化。

3.2偏 PLC 解決方案

PLC 為工業(yè)控制而生，有很高的可靠性。稱重儀表連接傳感器采集秤值同時(shí)與 PLC 連接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，由 PLC 控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，上位機(jī)從 PLC 統(tǒng)一采集運(yùn)行信息，完成生產(chǎn)監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理功能。這里上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的方式很多，可以基于 Windows 編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以根據(jù)選用的 PLC 配合組態(tài)軟件二次開(kāi)發(fā)。但是一般 PLC 都不帶顯示功能，脫離工控機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)視。

4　工控機(jī)+遠(yuǎn)程 I/O 模塊控制方式

與前面的控制方式相比較，這種控制方式將“控制權(quán)”下放給各個(gè)身處“現(xiàn)場(chǎng)”的 I/O 模塊。I/O 模塊是可編程控制的，里面的程序也決定了哪些情況 I/O 模塊可以自己決定怎么處理，哪些問(wèn)題需要“上報(bào)”給主控工控機(jī)征求“上面”意見(jiàn)來(lái)處理。I/O 模塊直接放置在各控制現(xiàn)場(chǎng)，采集信息準(zhǔn)確，受到的干擾小。除了必須有高可靠性的 I/O 功能硬件外，通信技術(shù)也是直接影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。可以選擇以太網(wǎng)（EtherNet）方式，各現(xiàn)場(chǎng)采集站只需用雙絞線連接集線器（HUB）就可與遠(yuǎn)程的主控進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊。這種方式適用于距離 180 米以內(nèi)的控制系統(tǒng)。也可借助于光電轉(zhuǎn)換器將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)經(jīng)光纖向外傳輸，另一端也安裝一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，將光信號(hào)解析成電氣信號(hào)，通訊距離可達(dá)40 公里。這種控制方式在空間跨度很大的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)尤為適用，因?yàn)楦鱾€(gè)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的通訊只需要一根屏蔽雙絞線（光纖）即可完成，大大減少了布線強(qiáng)度與成本。

5　結(jié)束語(yǔ)

上述四種控制形式從成本、實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性多方面來(lái)說(shuō)各有不同，根據(jù)不同的側(cè)重需求才能決定哪種是更好的方案。筆者認(rèn)為工控機(jī)+PLC+稱重儀表結(jié)構(gòu)的控制方式最適合混凝土攪拌站，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，工控機(jī)抗震、抗粉塵和耐壓波動(dòng)性較好，而 PLC 控制具有可靠性高、功能完善、編程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，PLC 廠商也越來(lái)越注重網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)，與工控機(jī)易于實(shí)現(xiàn)操作和管理的配合。一旦工控機(jī)出現(xiàn)故障，臨時(shí)也可用 PLC+稱重儀表進(jìn)行半手動(dòng)生產(chǎn)。

［通訊地址］河南省洛陽(yáng)市孟津縣朝陽(yáng)鎮(zhèn)洛陽(yáng)佳一機(jī)電設(shè)備有限公司（471131）

董中偉 (1973－)，男，本科。工作于洛陽(yáng)佳一機(jī)電設(shè)備有限公司 多年來(lái)一直致力于商品混凝土攪拌站設(shè)備控制的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。