劉雍
（北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）
摘 要 混凝土攪拌站控製係統是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、jiaoban，zidongshengchanchuhunningtudekongzhixitong。hunningtushengchandeguanjianbuzhoujiushianzhaoyidingbilihunheshengchanyuanliao，touliaojingduduiyushengchanchudehunningtuzhiliangyouzhezhongyaoyingxiang。muqiandajianhunningtujiaobanzhankongzhixitongzhuyaoyouliangzhongfangshi，yizhongshicaiyonggongkongjidapeishujucaiji、控製等板卡作為係統硬件，用C++等編程軟件製作上位機操作界麵。還有一種就是采用PLC作為係統控製器，用組態軟件編寫上位機操作係統。PLC以其靈活、可靠等特點越來越多的應用在混凝土攪拌站係統中，和利時公司的LK係列PLC也以其強大的數據采集以及處理能力，在混凝土攪拌行業中有著很好的應用。
關鍵詞 LK PLC；混凝土攪拌係統
1 引言
早期的混凝土主要由建築工地自行生產，此種生產方式效率低、勞動強度大、生sheng產chan環huan境jing惡e劣lie，生sheng產chan出chu的de混hun凝ning土tu質zhi量liang不bu容rong易yi控kong製zhi，對dui生sheng產chan工gong人ren的de身shen體ti也ye有you較jiao大da的de危wei害hai。隨sui著zhe我wo國guo對dui混hun凝ning土tu的de需xu求qiu量liang越yue來lai越yue大da，對dui其qi質zhi量liang要yao求qiu也ye越yue來lai越yue高gao，傳chuan統tong生sheng產chan方fang式shi已yi經jing滿man足zu不bu了le需xu求qiu。對dui此ci在zai90年代後我國的混凝土攪拌站技術有了快速的發展，目前搭建混凝土攪拌站控製係統主要有兩種方式，一種是采用工控機搭配數據采集、控製等板卡作為係統硬件，用C++dengbianchengruanjianzhizuoshangweijicaozuojiemian。caiyongzhezhongfangshizaichuqitouruchengbenshangyouyixieyoushi，danshigongkongjiyijicaijikazaieliehuanjingxiachangshijiangongzuodekekaoxingjiaocha，houqiweihuchengbenjiaogao，C++編程、修改也比較複雜，係統的可擴展性與開放性也有很大的局限性。還有一種就是采用PLC作為係統控製器，用組態軟件編寫上位機操作係統。PLC以其靈活性、可(ke)靠(kao)性(xing)聞(wen)名(ming)，編(bian)程(cheng)易(yi)於(yu)學(xue)習(xi)跟(gen)掌(zhang)握(wo)，組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)並(bing)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)圖(tu)庫(ku)，可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)的(de)編(bian)製(zhi)出(chu)功(gong)能(neng)強(qiang)大(da)的(de)上(shang)位(wei)機(ji)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)生(sheng)產(chan)質(zhi)量(liang)，需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)器(qi)有(you)強(qiang)大(da)的(de)模(mo)擬(ni)量(liang)處(chu)理(li)能(neng)力(li)以(yi)及(ji)快(kuai)速(su)的(de)模(mo)擬(ni)量(liang)采(cai)集(ji)能(neng)力(li)，和(he)利(li)時(shi)公(gong)司(si)的(de)LK PLC繼承了和利時DCS模擬量處理能力強的優點，同時還有全通道（6通道）采樣周期小於50ms的模擬量采集模塊，這些為生產出高質量的混凝土提供了保障。下麵就詳細介紹一下采用和利時公司的LK係列PLC搭建的混凝土攪拌站控製係統。
2 混凝土攪拌站工藝
混凝土的原料一般包括砂石、水泥、礦粉、粉煤灰、膨脹劑、水、waijiajideng。zaijiaobanzhankongzhixitongzhonggeyuanliaoanzhaogeidingdepeibijinxingchengzhongpeiliao，ranhouxieliaozhijiaobanjijinxinghunhejiaoban，jiaobanshedingshijianhouchutong，zuihouyouyunshucheyunzou。qishengchangongyirutu2-1所示：
圖 2-1 混凝土攪拌站工藝流程
砂(sha)石(shi)等(deng)骨(gu)料(liao)的(de)配(pei)料(liao)稱(cheng)重(zhong)裝(zhuang)置(zhi)由(you)給(gei)料(liao)閥(fa)門(men)與(yu)計(ji)量(liang)鬥(dou)組(zu)成(cheng)，按(an)照(zhao)給(gei)定(ding)的(de)配(pei)料(liao)比(bi)例(li)，係(xi)統(tong)先(xian)將(jiang)骨(gu)料(liao)投(tou)入(ru)到(dao)計(ji)量(liang)鬥(dou)中(zhong)，然(ran)後(hou)再(zai)將(jiang)骨(gu)料(liao)卸(xie)放(fang)到(dao)傳(chuan)輸(shu)皮(pi)帶(dai)上(shang)，提(ti)升(sheng)料(liao)鬥(dou)將(jiang)傳(chuan)輸(shu)皮(pi)帶(dai)上(shang)的(de)骨(gu)料(liao)提(ti)升(sheng)至(zhi)骨(gu)料(liao)倉(cang)中(zhong)等(deng)待(dai)卸(xie)料(liao)，卸(xie)料(liao)條(tiao)件(jian)滿(man)足(zu)後(hou)將(jiang)骨(gu)料(liao)倉(cang)中(zhong)的(de)骨(gu)料(liao)卸(xie)放(fang)到(dao)攪(jiao)拌(ban)主(zhu)機(ji)中(zhong)。
水泥、礦粉、粉煤灰以及膨脹劑等粉料，按給定配比通過螺旋輸送機加入到計量鬥中，再通過計量鬥把粉料卸放到攪拌機中。
waijiajiyushuidoushitongguoshuijiliangdoushusongdaojiaobanzhujizhongde，shouxiananshedingbilipeihaoshuigenwaijiaji，ranhoutongguowaijiajijiliangdoubawaijiajishusongdaoshuijiliangdouzhong，zuihouwaijiajiyushuiyiqijiarudaojiaobanzhujizhong。jiaobanzhangongyishiyiturutu2-2所示。
為wei保bao證zheng配pei料liao精jing度du，係xi統tong會hui根gen據ju原yuan料liao投tou入ru計ji量liang鬥dou中zhong的de量liang去qu執zhi行xing補bu料liao或huo扣kou料liao功gong能neng。當dang原yuan料liao投tou入ru量liang在zai配pei料liao落luo差cha範fan圍wei內nei，並bing且qie配pei料liao誤wu差cha大da於yu配pei料liao誤wu差cha允yun許xu值zhi時shi，係xi統tong會hui執zhi行xing補bu料liao功gong能neng，補bu料liao功gong能neng是shi以yi點dian動dong的de方fang式shi開kai啟qi投tou料liao裝zhuang置zhi，緩huan慢man加jia入ru原yuan料liao使shi其qi投tou入ru量liang滿man足zu配pei料liao精jing度du要yao求qiu；當dang原yuan料liao投tou入ru計ji量liang鬥dou中zhong的de投tou入ru量liang大da於yu配pei料liao設she定ding值zhi時shi，係xi統tong會hui在zai卸xie料liao的de過guo程cheng中zhong執zhi行xing扣kou料liao功gong能neng，扣kou料liao功gong能neng是shi以yi點dian動dong的de方fang式shi開kai啟qi卸xie料liao閥fa門men，扣kou除chu多duo餘yu原yuan料liao供gong下xia一yi批pi次ci生sheng產chan使shi用yong。
3 混凝土攪拌站控製係統設計
ì 係統結構
此係統采用和利時公司的LK係列PLC作為控製器。控製係統結構如圖3-1所示，在控製層配置一個控製站，負責與現場的I/O信號進行通訊，同時負責整個批次處理過程的控製；在操作層采用了1個操作員站（兼工程師站），用於操作攪拌站控製係統，同時又采用了一個15寸觸摸屏作為係統備份，當操作員站出現故障時，可以使用觸摸屏對係統進行操作，從而不會影響正常生產。操作員站、觸摸屏與現場控製站通過工業以太網交換機進行數據交換，打印機負責打印日常報表。
圖 3-1 攪拌站控製係統結構圖
ì PLC硬件配置
為提高係統的可靠性，本係統采用支持冗餘的CPU LK210組成冗餘控製係統，以及高速模擬量采集模塊LK412，其全通道（6通道）采樣周期小於50ms，並且通道之間是隔離的。高速模擬量采集對於提高攪拌站控製係統的投料精度至關重要，也是提高混凝土質量的保障。PLC控製係統硬件清單如下：
表 3-1 PLC控製係統硬件清單
|
硬件清單 |
|
型號 |
說明 |
總數量 |
單位 |
生產商 |
|
LK910 |
電源 |
2 |
個 |
和利時 |
|
LK210 |
CPU |
2 |
個 |
和利時 |
|
LK121 |
主背板 |
1 |
個 |
和利時 |
|
LK111 |
擴展背板 11槽 |
1 |
個 |
和利時 |
|
LK231 |
通訊模塊 |
2 |
個 |
和利時 |
|
LK610 |
16通道數字量輸入模塊，
12/24V DC，漏型 |
4 |
個 |
和利時 |
|
LK710 |
16通道數字量輸出模塊，
晶體管輸出 |
5 |
個 |
和利時 |
|
LK412 |
6通道隔離模擬量輸入模塊 0-20mA 4-20mA 0-5V 0-10V |
3 |
個 |
和利時 |
|
LKX002 |
LKX002，擴展電纜，3M |
2 |
根 |
和利時 |
ì 上位機操作係統
上位機操作係統采用和利時公司的FacView進行開發，實現對PLC控製站的監視與控製。通過連接SQL2000數據庫進行配方數據設置、讀取；生產任務、生產數據記錄等工作。整個混凝土的生產流程如圖3-2suoshi，congtuzhongkeyikanchucongxiashengchandingdandaohunningtushengchan，zhizhizuihoudeshengchengshengchanbaobiaodoukeyizidongwancheng，xitongdezidonghuachengdufeichanggao，caozuohenfangbian。
圖 3-2 混凝土生產流程圖
係統的監控畫麵如圖3-3所示，在這裏可以對整個係統進行手動或自動控製並監視係統的運行狀態，在畫麵的左下角可以進行生產訂單下載、配方選擇等操作，右邊可以對係統誤差值以及時間等參數進行設置。本係統還具有任務管理、配方管理、生產數據瀏覽和生產數據報表打印等功能。
圖 3-3 上位機監控畫麵
ì 觸摸屏操作係統
觸摸屏也可以完成對係統的監視與控製，並擁有配方管理、生產數據記錄功能等，觸摸屏操作界麵如圖3-4所示：
圖 3-4 觸摸屏監控畫麵
4 應用特點
基於LK PLC的混凝土攪拌站係統具有如下特點：
ì 可靠性
可靠性是攪拌站係統的關鍵，本係統采用LK冗餘控製係統進一步保證了係統的可靠性，當主CPU出現故障時，從CPU會在一個掃描周期（50ms）之內完成切換，從而保證係統不間斷運行。不僅如此係統還支持以太網冗餘，DP總線冗餘，以太網冗餘保證了LK與上位機通訊的可靠性，DP總線冗餘保證了本地背板與擴展背板通訊的可靠性。上位機係統采用PC與觸摸屏互備，觸摸屏作為PC機的備用，當PC機出現問題的時候可以使用觸摸屏控製攪拌站係統，從而不會耽誤生產，可以看出本係統在控製層與管理層都有相當高的可靠性。
ì 係統功能強
LK係列PLC可靠性高，運算速度快，邏輯控製容量大，還可進行在線調試、支zhi持chi增zeng量liang下xia載zai，支zhi持chi多duo種zhong語yu言yan混hun合he編bian程cheng，特te別bie適shi合he混hun凝ning土tu攪jiao拌ban站zhan這zhe樣yang邏luo輯ji比bi較jiao複fu雜za，要yao求qiu數shu據ju運yun算suan速su度du快kuai的de係xi統tong。增zeng量liang下xia載zai功gong能neng能neng夠gou在zai完wan成cheng程cheng序xu的de修xiu改gai同tong時shi不bu會hui影ying響xiang係xi統tong的de現xian有you狀zhuang態tai，為wei係xi統tong調tiao試shi帶dai來lai很hen大da方fang便bian。混hun凝ning土tu攪jiao拌ban站zhan係xi統tong屬shu於yu比bi較jiao典dian型xing的de順shun序xu控kong製zhi係xi統tong，並bing且qie邏luo輯ji比bi較jiao複fu雜za，本ben係xi統tong采cai用yong順shun序xu功gong能neng圖tu（SFC）、梯形圖（LD）以及結構化文本語言（ST）混合編程的方式實現了係統邏輯，骨料、粉料以及液體料劑投料的過程采用SFC編程實現，手動控製等邏輯采用LD實現，一些比較複雜的控製算法采用ST實現，整個程序可讀性強易於修改。
ì 投料精度高
係(xi)統(tong)模(mo)擬(ni)量(liang)采(cai)集(ji)速(su)度(du)對(dui)於(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)攪(jiao)拌(ban)站(zhan)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)投(tou)料(liao)精(jing)度(du)以(yi)及(ji)產(chan)出(chu)的(de)混(hun)凝(ning)土(tu)品(pin)質(zhi)有(you)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)影(ying)響(xiang)，本(ben)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)高(gao)速(su)模(mo)擬(ni)量(liang)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)（6通道采樣周期小於50ms），為保證係統的投料精度以及混凝土品質提供了保障。
ì 數據庫記錄完善
上位機操作係統采用Facview組態軟件以及SQL2000數(shu)據(ju)庫(ku)搭(da)建(jian)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)監(jian)控(kong)以(yi)及(ji)生(sheng)產(chan)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)等(deng)功(gong)能(neng)，觸(chu)摸(mo)屏(ping)作(zuo)為(wei)上(shang)位(wei)機(ji)的(de)備(bei)用(yong)同(tong)樣(yang)有(you)係(xi)統(tong)監(jian)控(kong)以(yi)及(ji)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)等(deng)功(gong)能(neng)，在(zai)上(shang)位(wei)機(ji)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)的(de)時(shi)候(hou)可(ke)以(yi)單(dan)獨(du)使(shi)用(yong)進(jin)行(xing)生(sheng)產(chan)。
參考文獻
艾小鬆，混凝土攪拌站智能控製係統[J]，中南大學.
田奇，《混凝土攪拌樓及瀝青混凝土攪拌站》，中國建材工業出版社.
顧戰鬆，《可編程控製器原理與應用》，國防工業出版社.
和利時公司，LK大型可編程控製器硬件手冊，2008.
作者簡介
劉雍，東北大學碩士研究生，研究方向自動控製，現任北京和利時自動化驅動技術有限公司行業技術支持
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