基于PLC、配料控制器、工控機(jī)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)

曹希龍，萬(wàn)林林，張浩，王西友，黃光慈，周菊

（徐州徐工施維英機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

1 幾種主流攪拌站控制系統(tǒng)架構(gòu)分析對(duì)比

目前幾種主流攪拌站控制系統(tǒng)架構(gòu)分析見表 1。

2 PLC＋配料控制器＋工控機(jī)模式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC＋配料控制器＋工控機(jī)模式的控制系統(tǒng)采用工控機(jī)（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）、PLC（可編程邏輯控制器）、配料控制器（配料儀表、稱重傳感器等執(zhí)行元件）組成控制系統(tǒng)，其控制原理如圖 1 所示。

工控機(jī)作為上位機(jī)，負(fù)責(zé)將生產(chǎn)指令下達(dá)到 PLC及配料控制器（稱重儀表）、PLC 為下位機(jī)，配料控制器接收到工控機(jī)命令后負(fù)責(zé)配料過程，PLC 接收工控機(jī)指令及配料控制器的輸入信號(hào)后控制攪拌站電控系統(tǒng)的電磁閥、電動(dòng)機(jī)等動(dòng)作。

圖 1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在攪拌站運(yùn)行過程中，工控機(jī)采集配料控制器數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，采集 PLC 輸出的狀態(tài)信號(hào)用于生產(chǎn)界面動(dòng)態(tài)顯示。工控機(jī)需實(shí)時(shí)獲取攪拌站運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的生產(chǎn)操作。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)各部分各司其職，工控機(jī)負(fù)責(zé)生產(chǎn)任務(wù)管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、下發(fā)生產(chǎn)命令，PLC 負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝控制（電機(jī)、電磁閥動(dòng)作），配料控制器負(fù)責(zé)計(jì)量和配料。

表 1 主流攪拌站控制系統(tǒng)架構(gòu)分析對(duì)比

3 系統(tǒng)組成詳解

（1）工控機(jī)選用研祥工控機(jī)，工控機(jī)易于實(shí)現(xiàn)操作與管理、可靠性好、適用于環(huán)境惡劣、系統(tǒng)復(fù)雜、電磁干擾大的工況。上位機(jī)軟件基于 .NET 采用 C# 編程，功能靈活，易于擴(kuò)展，上位機(jī)軟件運(yùn)行于工控機(jī)上。.NET 平臺(tái)由微軟公司推出，具有跨語(yǔ)言、跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)能力。方便利用 XML 技術(shù)開發(fā)顯示及打印數(shù)據(jù)報(bào)表，還能使用 GDI＋設(shè)計(jì)各種圖形編輯器，適用于開發(fā)復(fù)雜的企業(yè)級(jí)應(yīng)用程序。工控機(jī)控制程序通過不同線程（程序執(zhí)行信號(hào)流的最小單元）實(shí)時(shí)收集到稱重儀表和 PLC（下位機(jī)）數(shù)據(jù)，保證各設(shè)備信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)的反饋到工控機(jī)內(nèi)。上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、倉(cāng)儲(chǔ)查詢、客戶管理、配方管理、生產(chǎn)任務(wù)管理、報(bào)表查詢等功能。上位機(jī)軟件如圖 2 所示。（2）PLC 選用西門子 S7-1200 系列，該 PLC 性價(jià)比高、指令豐富、執(zhí)行速度快，支持以太網(wǎng)通訊，方便與上位機(jī)實(shí)現(xiàn) Modbus-TCP 通訊。PLC 程序采用梯形圖語(yǔ)言編程，編程靈活，易于在線調(diào)試和監(jiān)控。PLC 接受上位機(jī)指令、配料儀表的信號(hào)和外部開關(guān)傳感器的信號(hào)后控制攪拌站電控系統(tǒng)的電機(jī)、電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)攪拌站的運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC 與上位機(jī)之間采用 Modbus TCP 方式通訊。圖 3 和 4 為 PLC 程序界面。

圖 2 上位機(jī)軟件界面

圖 3 PLC 硬件組態(tài)

圖 4 PLC 程序

（3）配料控制器選用 PLY600 配料控制器，該配料控制器配料精度高、抗干擾能力強(qiáng)、性能可靠。多塊配料控制器通過 RS485 轉(zhuǎn) RS232 模塊，與上位機(jī)通訊。配料控制器通過稱重傳感器實(shí)時(shí)采集重量信號(hào)并傳給上位機(jī)顯示同時(shí)根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的配方進(jìn)行計(jì)算，輸出粗精稱、料滿、超差信號(hào)給 PLC，PLC 根據(jù)這些信號(hào)控制料門和電機(jī)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)配料和卸料。詳見圖 5。

圖 5 配料控制器運(yùn)行時(shí)序

4 系統(tǒng)應(yīng)用與前景

基于該架構(gòu)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)自投入使用以來(lái)，經(jīng)過對(duì)程序的不斷優(yōu)化完善，目前已經(jīng)具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。由于該系統(tǒng)架構(gòu)的特殊性，上位機(jī)軟件不參與控制，僅作生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，PLC 負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝流程的控制，配料控制器負(fù)責(zé)計(jì)量和配料，使得該系統(tǒng)不僅可靠性高而且配料精度高，受到了客戶的好評(píng)。同時(shí)，上位機(jī)軟件采用 C# 編程，人機(jī)界面友好，擴(kuò)展靈活，PLC 模塊擴(kuò)展性強(qiáng)，可滿足一些客戶的個(gè)性化需求。

在完善系統(tǒng)功能、可靠性和配料精度的基礎(chǔ)上，逐漸增加智能故障診斷技術(shù)，自動(dòng)升級(jí)技術(shù)，同時(shí)增加對(duì)分布式的支持，以提高該系統(tǒng)的靈活性、易用性、可維護(hù)性。