基于軟PLC的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設計方案

陳海建/CHEN Hai-jian

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

隨著我國基建工程逐年增加，對混凝土的需求量也越來越大，同時對混凝土攪拌站生產(chǎn)效率、質(zhì)量、穩(wěn)定性也提出了更高的要求，攪拌站的控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中扮演著關(guān)鍵作用，目前主流的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)一般采用上位機+下位機的控制系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)能夠達到混凝土攪拌站生產(chǎn)使用的基本工藝要求，但是存在建設成本高、通信能力不穩(wěn)、可擴展性差、聯(lián)網(wǎng)不方便的缺點。近幾年來軟PLC技術(shù)的快速發(fā)展，以其靈活、高效、低成本的優(yōu)勢在很多領域已得到廣泛的應用，本文就軟PLC在攪拌站自動控制系統(tǒng)的應用提出一種設計思路。

1 混凝土攪拌站工作流程和控制原理

混凝土攪拌站的生產(chǎn)過程可分為配料、投料、攪拌、卸料4個階段。一般的攪拌站需有大石子、中石子、小石子、沙等4種骨料，粉煤灰、礦粉、水泥等3種粉料，引氣劑、減水劑等兩種外加劑，另外還包括攪拌站用水。

配料過程就是將料按設定的值投放到相應的秤的過程，投料過程是將各個秤中的料轉(zhuǎn)運到攪拌主機內(nèi)的過程，攪拌過程是將各種料按設定時間充分攪拌的過程，卸料過程是將攪拌好的混凝土卸入混凝土罐車內(nèi)，工作流程如圖1所示。

各料倉通過稱重傳感器將料倉重量的模擬信號傳入控制器，控制器經(jīng)過計算后，通過輸出的開關(guān)量控制卸料門的開閉、輸送設備的啟停。

圖1 混凝土攪拌站工作流程

2 軟PLC技術(shù)

軟PLC（也稱為軟邏輯SoftLogic）[1][2]是一于基于PC機開發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它繼承了傳統(tǒng)硬PLC控制器在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的優(yōu)點，通過利用軟件技術(shù)實現(xiàn)將標準的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過程控制器。軟件PLC綜合了計算機和硬PLC的數(shù)學運算、開關(guān)量控制、數(shù)值處理、模擬量控制、PID調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡通信等功能，通過一個多任務控制內(nèi)核，內(nèi)部集成的指令集、快速準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡的開放式結(jié)構(gòu)。所以軟PLC不僅提供了硬PLC同樣的功能，還發(fā)揮出了PC環(huán)境的各種優(yōu)勢。使用軟件PLC代替硬件PLC有如下的優(yōu)勢。

1）用戶可以自由選擇PLC硬件。

2）用戶可以獲得PC領域技術(shù)/價格優(yōu)勢，而不受某個硬PLC制造商本身專利技術(shù)的限制。

3）用戶可以少花錢但又很方便地與強有力的PC網(wǎng)絡相連。

4)用戶可以用熟悉的編程語言編制程序。

5)對較多I/O的PLC系統(tǒng)來說，用戶可以節(jié)省投資費用。

目前，軟PLC在歐美國家得到廣泛應用。在美國底特律汽車城，軟PLC已成功應用在汽車裝配自動生產(chǎn)線、熱處理工藝生產(chǎn)線。在國內(nèi)也有多個版本軟PLC產(chǎn)品在市場發(fā)行，如法國CJ International公司的ISaGRAF、德國KW-software公 司MULTIPROG wt32以 及Wonderware公司的InControl7.0等。目前國內(nèi)已有一些的自動化軟件公司（如北京亞控自動化軟件科技有限公司）正在研究開發(fā)具有自主版權(quán)的中文軟PLC產(chǎn)品。另外，也有一些自動化工程公司開始代理銷售和推廣這些商用化的軟PLC產(chǎn)品。

3 控制系統(tǒng)整體方案

圖3 攪拌站控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)攪拌站的工作流程，結(jié)合現(xiàn)有的軟PLC技術(shù)，為達到控制系統(tǒng)高效、靈活、擴展性強的目的，本文提出采用軟PLC+EtherCAT總線的新型攪拌站控制系統(tǒng)[3]，軟PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的邏輯計算、誤差整定、信息數(shù)據(jù)的輸出等，基于軟PLC的人機界面可以實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，該系統(tǒng)具有很強的控制功能、很好的實時性、很短響應時間、同時人機界面交互性好，整個系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。

圖2 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)硬件組成

4 控制系統(tǒng)硬件以及軟件結(jié)構(gòu)

4.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

攪拌站控制系統(tǒng)的硬件部分是控制系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，通過研究軟PLC與現(xiàn)場需要的控制內(nèi)容，設計控制系統(tǒng)對電磁換向閥、稱重傳感器、中間繼電器、信息輸出、開關(guān)量輸入和其他部件的控制方式，通過EtherCAT總線進行通信，實現(xiàn)攪拌站分布自動控制系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

4.2 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

在控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程中，本著快速、高效、易于擴展的設計理念，將特定的功能作為獨立的函數(shù)模塊進行編寫，在控制過程中需要時進行調(diào)用，使用這種開發(fā)理念，使程序具有開放性、高效性，在程序的開發(fā)過程中，使用PLCopen標準庫，在實現(xiàn)標準化開發(fā)過程中，減少了開發(fā)的工作量，縮短了開發(fā)時間。控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖4所示。

5 結(jié) 語

隨著基礎設施建設的提速，對混凝土攪拌站的要求也越來越高，同時隨著管理要求的提高，以往控制系統(tǒng)在自動化、信息化方面的欠缺也顯現(xiàn)出來。通過基于軟PLC的攪拌站控制系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其靈活性、可靠性、價格低廉性，同時對于提高攪拌站生產(chǎn)效率、信息化集成都可以發(fā)揮重要的關(guān)鍵角色。

圖4 攪拌站控制系統(tǒng)程序流程圖