基于PLC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設計

谷成銀

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

攪拌站控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的作用良好，將上位機和下位機控制系統(tǒng)應用到主流混凝土攪拌站控制系統(tǒng)中。此系統(tǒng)雖然能夠使混凝土攪拌站生產(chǎn)的需求得到滿足，但是還存在部分問題，比如，可擴展性較差、提高建設成本、通信能力不穩(wěn)定等。在PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展中，其成本低、高效且靈活的優(yōu)勢被廣泛應用到各領域。因此，本文就實現(xiàn)將PLC技術(shù)作為基礎的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設計。

1 混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程

在混凝土攪拌站工作的過程中，攪拌、配送、輸送為主要的工藝流程，系統(tǒng)通過砂石骨料能夠以配比要求，使不同規(guī)格的沙子、石粒等放到骨料稱中投放。以設置的配比要求，使水和外加劑輸送到水箱、外加劑箱中。通過螺旋機，水泥能夠以實際的配比要求輸送到水泥稱重中。砂石骨料稱能夠通過四只拉力傳感器懸掛皮帶秤實現(xiàn)稱重，在骨料稱重后，對骨料車下限位信號進行接收，皮帶在此過程中運轉(zhuǎn)，將砂石骨料投入料車中。骨料車在皮帶秤延時運行三秒后向上運行，上位機撞擊后將料車門打開，在攪拌罐中添加外加劑、水泥、砂石料和水，共同攪拌到要求時間后，實現(xiàn)混凝土攪拌。

2 混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)設計

2.1 控制系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)中的稱重系統(tǒng)通過電子秤創(chuàng)建，其所提供的模擬量與其他安全監(jiān)測傳感器提供開關(guān)量，使其成為PLC 精準控制根據(jù)。模擬輸入量的重量為砂石、水泥、粉煤灰、外加劑等，攪拌機門開關(guān)為開關(guān)的輸入量。PLC 開關(guān)量的輸出為水稱閥、骨料門給料、螺旋機開關(guān)等，利用功率放大信號后，使執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。本文系統(tǒng)在設計過程中要求實現(xiàn)I/O 點的配置，其中，輸出29 個開關(guān)量、10 個模擬量，輸入30 個開關(guān)量。以上述控制任務分析，不能用私用中小型PLC 系統(tǒng)S7-200，其能夠滿足中等性能需求應用，具有廣泛的應用領域。其模塊化、便于用戶掌握，便于實現(xiàn)分布等優(yōu)勢，使其成為解決各控制任務的主要方案。如果存在復雜的任務規(guī)模，能夠隨意使用附加模塊擴展PLC。另外，存在強抗振動、抗沖擊性和高電磁兼容性的特點，使強工業(yè)環(huán)境的適應性需求得到滿足。

（1）下位機PLC。基于混凝土攪拌站的工作過程，其系統(tǒng)中的輸入信號包括4 個模擬量、14 個數(shù)字量，輸出信號有19 個數(shù)字量。為了降低成本，實現(xiàn)合適裕度的設置，控制器利用EM222 數(shù)字量擴展模塊、EM235 模擬量擴展模塊、CPU226 主機模塊。

（2）模擬量EM235 模塊。CPU 只能夠?qū)ΧM制信號進行處理，模擬量輸入通過A/D 轉(zhuǎn)換，使標準模擬量信號朝著CPU 能夠處理數(shù)字量信號進行轉(zhuǎn)變。EM235 為常用模擬量輸入輸出擴展模塊，其具備一路模擬量輸出與四路模擬量輸入。圖1 為模擬量的擴展模擬接線。

設置S7-200 中的單極性、雙極性的模擬量輸入信號數(shù)值范圍為0 ～32000、-32000 ～32000。使模擬量輸入模塊具備n 個采樣周期過程變量PVn 朝著標準化實數(shù)轉(zhuǎn)變，標準化公式為：

圖1 模擬量的擴展模擬接線

公式中的Rnorm 指的是標準化是數(shù)值，Offset 指的是偏移量，Rraw 指的是未標準化原值或者實數(shù)值。Span 指的是值域，也就是最大值減去最小值。

（3）上位機觸摸屏。在開發(fā)人機界面中，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的控制過程，并且對配方參數(shù)在線的修改，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印、歸檔，方便尋找故障，所以被廣泛應用到現(xiàn)代智能控制中。傳統(tǒng)上位機都是通過計算機使用VC、VB 等高級語言編寫，并且要求編程人員具備高計算機水平，而且開發(fā)時間高，對系統(tǒng)可維護性與開發(fā)效率限制。其次，系統(tǒng)具有簡單界面，實現(xiàn)功能少，無法使現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的需求得到滿足。那么，通過西門子觸摸屏實現(xiàn)上位機設計，使人機對話得到實現(xiàn)。PLC 系統(tǒng)與觸摸屏能夠?qū)?shù)據(jù)進行傳輸和交換，將參數(shù)寫入PLC 系統(tǒng)中，而且在觸摸屏中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，設置配方值，并且實現(xiàn)用戶管理和報警記錄等功能。

（4）人機接口設計。通過指示燈、報警器、報警按鈕和開關(guān)創(chuàng)建PLC 小型開關(guān)量的控制，從而使人機接口實現(xiàn)。對于要求比較高的大中型控制系統(tǒng)，利用日本歐姆龍的繼電器，使用法國施耐德斷路器、操作按鈕、接觸器。在控制電路回路中，PLC 電源與電柜電源利用二級隔離變電器進行隔離，儀表通過二級隔離進行供電，并且實現(xiàn)濾波，電源波動高于±10%時，利用電源穩(wěn)壓器對電源進行穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)的軟件設計

通過混凝土攪拌站控制的需求確定用戶程序的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)程序流程圖的創(chuàng)建，并且創(chuàng)建開關(guān)量的控制系統(tǒng)順序結(jié)構(gòu)，設計順序控制的方法。主程序流程詳見圖2，其中包括初始化、模塊檢查與人機對話的流程。用戶界面的設計為程序設計中尤為重要的內(nèi)容，創(chuàng)建用戶界面主要方法就是先創(chuàng)建能夠完成所有必要功能與動作原型，也就是原型設計。此系統(tǒng)的配料凈值、稱毛重、配方值展現(xiàn)在屏幕中，并且能夠展現(xiàn)物料的名稱。利用多任務的控制方法，在配料時選擇下個任務。對配料中參數(shù)進行修改，調(diào)整其中的配方，避免骨料斜皮帶上料，控制攪拌機的放料門開關(guān)。使系統(tǒng)人機交互得到實現(xiàn)，包括參數(shù)設置、落差設置、歡迎畫面和配方等畫面的展現(xiàn)。

2.3 PLC 和PC 機的連接

圖2 主程序流程圖

控制系統(tǒng)中，上位機計算機中的數(shù)據(jù)要和PLC 交換，但是，串行通信接口中的計算機與PLC 機不同。計算機利用RS-232 串行通信接口，計算機通信過程中實現(xiàn)串行接口轉(zhuǎn)換。RS-232 與RS-485 通信接口實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，通過PC-PPI 編程轉(zhuǎn)變協(xié)議。系統(tǒng)通信為利用VC 中控件MSComm 實現(xiàn)串口通信協(xié)議的編寫實現(xiàn)，主要步驟：其一，創(chuàng)建基于對話框的MFC 應用程序；其二，將MSComm 控件融入到項目中；其三，通過Class Wizard 定義CMSComm 類控制對象；其四，將控件添加到對話框中；其五，實現(xiàn)串口事件消息處理函數(shù)OnComm的添加。具體源程序為：

3 結(jié)語

將PLC 技術(shù)作為基礎的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)具有完善的功能，而且可靠性比較高，編程比較方便簡單，從而彌補繼電器控制與單片機控制在可靠性方面問題，和PC 機相互結(jié)合，方便管理與操作。基于PLC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)能夠應用到工程中，效果較為良好，工程的實際效率有所提高。