基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng)
來源：網(wǎng)絡 2012-07-05 關鍵詞：自動化系統(tǒng) 自動控制 PLC 組態(tài)軟件 1、引言 隨著現(xiàn)代化城市建設的不斷發(fā)展，基礎建設，房地產(chǎn)業(yè)日益紅火，對建設項目的質(zhì)量要求也越來越高，而高質(zhì)量的建材則是整個工程高質(zhì)量的保障。那種傳統(tǒng)的以工地自行生產(chǎn)混凝土的方式由于其質(zhì)量難以保證，噪聲及粉塵污染大。因而必將被自動控制的混凝土攪拌站取代。自動控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、生產(chǎn)效率高、環(huán)保性能好等特點，正在成為混凝土生產(chǎn)的主流?！ ”究刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定、可靠。它可以按照設定的配方，自動、連續(xù)的控制各部分物料的計量、投料、攪拌和出料。同時本系統(tǒng)還有對數(shù)據(jù)進行瀏覽、查詢、統(tǒng)計、打印等一系列治理功能。另外，通過除n取余震蕩曲線法對落差進行自動修正，正確的控制了精度題目?！ ?、系統(tǒng)結構 2.1 硬件結構 控制系統(tǒng)采用上位機和下位機組成，系統(tǒng)硬件結構如圖1所示?！ ?center>
由于系統(tǒng)對運行速度、靈敏度、穩(wěn)定性及防塵抗震抗噪音等方面的要求，上位機選用研祥IPC-810P/FSC-1621VD工控機作為上位機，它具有比普通PC機更強的I/O擴展功能，內(nèi)置8MB獨立顯存支持3D圖形加速，這樣能直觀的監(jiān)控現(xiàn)場，板上帶有ISA總線高驅(qū)動，最大驅(qū)動能力高達64mA，具有串口15000V靜電保護功能。在此工控機上可完成組態(tài)軟件的設計和開發(fā)、PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過串口傳送至PLC的CPU單元?！ ∠挛粰C采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器OMRON CQM1H PLC實現(xiàn)攪拌站參數(shù)的采集和控制。OMRON PLC是由電源、中心處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器。由于機械控制不斷需要更先進的的功能和處理速度，本系統(tǒng)采用CQM1H就是這樣一種功能完善的緊湊型PLC，它提供附加值機器控制，具有通過各種高級內(nèi)裝板進行升級能力。大程序容量和存儲單位。另CPU單元帶RS-232C接口，可實現(xiàn)適時數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)再通過上位機程序處理?！ ∮捎谙到y(tǒng)在滿足全自動生產(chǎn)的同時，還必須有手動操縱功能，所以應該配置重量儀表和動力柜。重量儀表采用天衡富中的WC——-2000C重量顯示器，是由單片微機控制，集稱重、定值、控制于一體的智能化儀表。由于采用了高集成度集成電路，使電路更為簡潔，可靠性更高。并在線路中加進了獨特的抗干擾措施。使儀器能在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中穩(wěn)定、可靠地使用。其儀表操縱簡單、計量正確。除添加劑精確到0.01kg外，其它儀表精度是1kg?！ ?center>
動力控制部分通常由斷路器(空氣開關)、交流接觸器、控制變壓器、中間繼電器等組成。斷路器與交流接觸器構成的主回路如圖2所示。斷路用具有短路和過載保護功能，接觸器只是大功率的開關，可直接驅(qū)動電機和其他電器?？刂谱儔浩魈峁┒位芈?控制回路)所需的各種隔離電源，例如：220V、24V等。中間繼電器是弱電系統(tǒng)(計算機系統(tǒng))或主令電器的控制對象，其作用既起到弱電與強電之間的電氣隔離作用，又擴大了控制功率和控制信號。示意圖：
攪拌站控制系統(tǒng)上位機的組態(tài)軟件基本實現(xiàn)了攪拌站測控的要求。簡潔且形象的模擬了攪拌站的現(xiàn)場工藝流程，操縱職員能在控制室的計算機屏幕上了解攪拌站的全部運行狀況，包括各種報警。取得權限的操縱職員能在控制室實現(xiàn)對配方參數(shù)和含水率的修改，所有的自動與半自動之間的切換都是無擾切換。每個控制按鈕和每個自動與半自動切換按鈕都有進一步的確認或取消，防止誤操縱?！ 嚢枵究刂葡到y(tǒng)下位機是PLC控制器，系統(tǒng)采用模塊化設計，由A/D數(shù)據(jù)處理、控制參數(shù)處理、輸進輸出控制配料過程控制、投料過程控制、攪拌運行控制、上位機點動控制等程序模塊組成，程序是用梯形圖直接編寫。在程序框架答應的范圍內(nèi)，可以任意增加配料品種或設置投料順序。比如：骨料先投到中間斗后，再與粉料、水先后順序投到攪拌機內(nèi)開始攪拌。本系統(tǒng)同時把投料時序做成窗口，讓用戶可以適時修改。 上位機與下位機通訊參數(shù)設置見表1?！ ?center>
3、數(shù)據(jù)庫結構 由于上位機軟件基于Windows98/NT平臺，全中文瀏覽界面，采用事件驅(qū)動技術。所以數(shù)據(jù)庫程序設計可利用組態(tài)開放的程序接口，通過API(動態(tài)連接庫)記錄數(shù)據(jù)，也可存放到Acess中，記錄有客戶信息、工程名稱、合同編號等，備瀏覽查詢用，利用VB編一訪問程序來對及時記錄的數(shù)據(jù)進行處理，這樣可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計治理。具體功能如下： 配方治理：可設定和治理多達一千種以上配方，并設密碼防止誤修改和刪除?！ 」こ讨卫恚嚎砂磁浔染幪枴⒑贤幪?、工程名稱、施工單位分別治理，亦可按車號、工號進行統(tǒng)計?！ 〈蛴蟊恚捍蛴蟊砀鶕?jù)實際需要可隨意選擇打印、不打印，也可選擇何種打印方法?！ ?、控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 1) 顯示功能：工藝流程、丈量值、設備運行狀態(tài)、操縱模式、報警等顯示、畫面調(diào)用等功能; 2) 報警處理和報表天生功能：故障發(fā)生時有適時報警功能，系統(tǒng)輸出的報表可按時間、配比號、工程名稱、施工單位等可選擇的輸出報表?！ ?) 數(shù)據(jù)庫存儲與訪問：實現(xiàn)Access歷史數(shù)據(jù)庫在每次系統(tǒng)運行時的自動創(chuàng)建并按秒級記錄，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲; 4) 畫面系統(tǒng)對控制參數(shù)、系統(tǒng)標定進行修改與儲存，能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動/半自動/手動操縱模式間的無擾切換; 5) 治理權限：實現(xiàn)不同級別的系統(tǒng)治理權限，系統(tǒng)操縱員可以對配方進行輸進和修改，具有權限的工程師可以根據(jù)實際情況對控制軟件和下位機軟件進行修改?！ ?、其它技術措施 5.1 增強可靠性的措施 為了進步系統(tǒng)的可靠性，在設計中采取了如下措施： PLC采用單獨供電且接地線單獨接地?！ 」た貦C和弱電部分供電通過在線式500W UPS，既凈化了弱電供電電源，又可保證工控機不會由于忽然掉電而丟失數(shù)據(jù)?！ ∫笳麄€系統(tǒng)接地電阻小于1Ω?！ 」た貦C和重量儀表中控制輸出及報警輸進全部采用光電隔離技術，有效防止外部干擾信號進進。 交流接觸器全部安裝阻容吸收。 中間繼電器線包全部安裝二極管吸收回路。 各種弱電傳輸電纜全部采用屏蔽線，并且屏蔽層單端接地。 5.2 進步精度與生產(chǎn)效率的措施 采用除n取余震蕩曲線法對落差跟蹤式調(diào)整，在生產(chǎn)過程中可以自動修正，亦可設固定落差。這樣能保證骨料誤差在±2%以內(nèi)，而其它粉料在±1%內(nèi)。通過對數(shù)據(jù)的預先處理，在連續(xù)生產(chǎn)中可提前稱料來進步效率?！ ×聿扇∫恍┢渌姆椒ǎ骸 λ唷⒎勖夯也捎米兯俳o料來減少沖量影響。稱量時，先高速給料，達到設定值的90%左右后自動變?yōu)榈退倥淞?，實現(xiàn)精稱?！ 橇?石、砂)采用雙料倉和逐次逼近的精稱方法。粗稱時兩倉全開，快速達到關門值(配方值-落差)后封閉出料門，穩(wěn)定后根據(jù)與配方值的差距量自動計算出脈沖補料時 間，然后僅開精出料門，一般經(jīng)過1-2次補料就能完成精稱配料。 對水采用粗、細管加水方案，實現(xiàn)流量精稱。 通過以上技術措施，不但進步了稱量精度，而且保證了生產(chǎn)效率。 6、結束語 本文研究的基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強，適用于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場的特點，又利用了組態(tài)軟件強大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術，具有可靠性高、操縱簡單、維護輕易等特點。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的在已裝機30多套，在北京、上海、杭州、重慶、海南三亞、新疆哈密等各大城市攪拌站使用，到目前已累計生產(chǎn)200多萬立方商品混凝土，效果良好，對攪拌站的運行效率乃至整個建筑行業(yè)混凝土開展具有重要意義，同時極大得進步了自動化水平，降低了工人的勞動強度。
由于系統(tǒng)對運行速度、靈敏度、穩(wěn)定性及防塵抗震抗噪音等方面的要求，上位機選用研祥IPC-810P/FSC-1621VD工控機作為上位機，它具有比普通PC機更強的I/O擴展功能，內(nèi)置8MB獨立顯存支持3D圖形加速，這樣能直觀的監(jiān)控現(xiàn)場，板上帶有ISA總線高驅(qū)動，最大驅(qū)動能力高達64mA，具有串口15000V靜電保護功能。在此工控機上可完成組態(tài)軟件的設計和開發(fā)、PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過串口傳送至PLC的CPU單元?！ ∠挛粰C采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器OMRON CQM1H PLC實現(xiàn)攪拌站參數(shù)的采集和控制。OMRON PLC是由電源、中心處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器。由于機械控制不斷需要更先進的的功能和處理速度，本系統(tǒng)采用CQM1H就是這樣一種功能完善的緊湊型PLC，它提供附加值機器控制，具有通過各種高級內(nèi)裝板進行升級能力。大程序容量和存儲單位。另CPU單元帶RS-232C接口，可實現(xiàn)適時數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)再通過上位機程序處理?！ ∮捎谙到y(tǒng)在滿足全自動生產(chǎn)的同時，還必須有手動操縱功能，所以應該配置重量儀表和動力柜。重量儀表采用天衡富中的WC——-2000C重量顯示器，是由單片微機控制，集稱重、定值、控制于一體的智能化儀表。由于采用了高集成度集成電路，使電路更為簡潔，可靠性更高。并在線路中加進了獨特的抗干擾措施。使儀器能在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中穩(wěn)定、可靠地使用。其儀表操縱簡單、計量正確。除添加劑精確到0.01kg外，其它儀表精度是1kg?！ ?center>
動力控制部分通常由斷路器(空氣開關)、交流接觸器、控制變壓器、中間繼電器等組成。斷路器與交流接觸器構成的主回路如圖2所示。斷路用具有短路和過載保護功能，接觸器只是大功率的開關，可直接驅(qū)動電機和其他電器?？刂谱儔浩魈峁┒位芈?控制回路)所需的各種隔離電源，例如：220V、24V等。中間繼電器是弱電系統(tǒng)(計算機系統(tǒng))或主令電器的控制對象，其作用既起到弱電與強電之間的電氣隔離作用，又擴大了控制功率和控制信號。示意圖：
攪拌站控制系統(tǒng)上位機的組態(tài)軟件基本實現(xiàn)了攪拌站測控的要求。簡潔且形象的模擬了攪拌站的現(xiàn)場工藝流程，操縱職員能在控制室的計算機屏幕上了解攪拌站的全部運行狀況，包括各種報警。取得權限的操縱職員能在控制室實現(xiàn)對配方參數(shù)和含水率的修改，所有的自動與半自動之間的切換都是無擾切換。每個控制按鈕和每個自動與半自動切換按鈕都有進一步的確認或取消，防止誤操縱?！ 嚢枵究刂葡到y(tǒng)下位機是PLC控制器，系統(tǒng)采用模塊化設計，由A/D數(shù)據(jù)處理、控制參數(shù)處理、輸進輸出控制配料過程控制、投料過程控制、攪拌運行控制、上位機點動控制等程序模塊組成，程序是用梯形圖直接編寫。在程序框架答應的范圍內(nèi)，可以任意增加配料品種或設置投料順序。比如：骨料先投到中間斗后，再與粉料、水先后順序投到攪拌機內(nèi)開始攪拌。本系統(tǒng)同時把投料時序做成窗口，讓用戶可以適時修改。 上位機與下位機通訊參數(shù)設置見表1?！ ?center>
3、數(shù)據(jù)庫結構 由于上位機軟件基于Windows98/NT平臺，全中文瀏覽界面，采用事件驅(qū)動技術。所以數(shù)據(jù)庫程序設計可利用組態(tài)開放的程序接口，通過API(動態(tài)連接庫)記錄數(shù)據(jù)，也可存放到Acess中，記錄有客戶信息、工程名稱、合同編號等，備瀏覽查詢用，利用VB編一訪問程序來對及時記錄的數(shù)據(jù)進行處理，這樣可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計治理。具體功能如下： 配方治理：可設定和治理多達一千種以上配方，并設密碼防止誤修改和刪除?！ 」こ讨卫恚嚎砂磁浔染幪枴⒑贤幪?、工程名稱、施工單位分別治理，亦可按車號、工號進行統(tǒng)計?！ 〈蛴蟊恚捍蛴蟊砀鶕?jù)實際需要可隨意選擇打印、不打印，也可選擇何種打印方法?！ ?、控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 1) 顯示功能：工藝流程、丈量值、設備運行狀態(tài)、操縱模式、報警等顯示、畫面調(diào)用等功能; 2) 報警處理和報表天生功能：故障發(fā)生時有適時報警功能，系統(tǒng)輸出的報表可按時間、配比號、工程名稱、施工單位等可選擇的輸出報表?！ ?) 數(shù)據(jù)庫存儲與訪問：實現(xiàn)Access歷史數(shù)據(jù)庫在每次系統(tǒng)運行時的自動創(chuàng)建并按秒級記錄，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲; 4) 畫面系統(tǒng)對控制參數(shù)、系統(tǒng)標定進行修改與儲存，能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動/半自動/手動操縱模式間的無擾切換; 5) 治理權限：實現(xiàn)不同級別的系統(tǒng)治理權限，系統(tǒng)操縱員可以對配方進行輸進和修改，具有權限的工程師可以根據(jù)實際情況對控制軟件和下位機軟件進行修改?！ ?、其它技術措施 5.1 增強可靠性的措施 為了進步系統(tǒng)的可靠性，在設計中采取了如下措施： PLC采用單獨供電且接地線單獨接地?！ 」た貦C和弱電部分供電通過在線式500W UPS，既凈化了弱電供電電源，又可保證工控機不會由于忽然掉電而丟失數(shù)據(jù)?！ ∫笳麄€系統(tǒng)接地電阻小于1Ω?！ 」た貦C和重量儀表中控制輸出及報警輸進全部采用光電隔離技術，有效防止外部干擾信號進進。 交流接觸器全部安裝阻容吸收。 中間繼電器線包全部安裝二極管吸收回路。 各種弱電傳輸電纜全部采用屏蔽線，并且屏蔽層單端接地。 5.2 進步精度與生產(chǎn)效率的措施 采用除n取余震蕩曲線法對落差跟蹤式調(diào)整，在生產(chǎn)過程中可以自動修正，亦可設固定落差。這樣能保證骨料誤差在±2%以內(nèi)，而其它粉料在±1%內(nèi)。通過對數(shù)據(jù)的預先處理，在連續(xù)生產(chǎn)中可提前稱料來進步效率?！ ×聿扇∫恍┢渌姆椒ǎ骸 λ唷⒎勖夯也捎米兯俳o料來減少沖量影響。稱量時，先高速給料，達到設定值的90%左右后自動變?yōu)榈退倥淞?，實現(xiàn)精稱?！ 橇?石、砂)采用雙料倉和逐次逼近的精稱方法。粗稱時兩倉全開，快速達到關門值(配方值-落差)后封閉出料門，穩(wěn)定后根據(jù)與配方值的差距量自動計算出脈沖補料時 間，然后僅開精出料門，一般經(jīng)過1-2次補料就能完成精稱配料。 對水采用粗、細管加水方案，實現(xiàn)流量精稱。 通過以上技術措施，不但進步了稱量精度，而且保證了生產(chǎn)效率。 6、結束語 本文研究的基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強，適用于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場的特點，又利用了組態(tài)軟件強大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術，具有可靠性高、操縱簡單、維護輕易等特點。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的在已裝機30多套，在北京、上海、杭州、重慶、海南三亞、新疆哈密等各大城市攪拌站使用，到目前已累計生產(chǎn)200多萬立方商品混凝土，效果良好，對攪拌站的運行效率乃至整個建筑行業(yè)混凝土開展具有重要意義，同時極大得進步了自動化水平，降低了工人的勞動強度。
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