ZS60型混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

    摘要: 在分析傳統(tǒng)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上, 提出對ZS60型混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)采用上位機加下位機的設(shè)計原則. 系統(tǒng)采用了功能強大的監(jiān)控組態(tài)軟件和可靠性強的可編程控制器, 摒棄原來復(fù)雜的繼電器回路, 從而實現(xiàn)了攪拌站的生產(chǎn)完全自動化, 提高了攪拌站控制系統(tǒng)的可靠性、可維護性以及攪拌站的生產(chǎn)效率.

    關(guān)鍵詞: 攪拌站; 上位機; 下位機; 組態(tài)

    混凝土攪拌站是一種在建筑行業(yè)中使用非常廣泛的建筑機械, 混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)通常采用繼電器回路加智能儀表的控制模式, 在實際生產(chǎn)過程的混凝土配方中, 每種配料的供給量和各個環(huán)節(jié)的時間控制均需要操作人員通過觀察儀表來實現(xiàn), 這種自動化程度不高、可靠性差的控制系統(tǒng)越來越滿足不了建筑行業(yè)的需要. 由于混凝土攪拌站的工作環(huán)境十分惡劣, 傳統(tǒng)混凝土攪拌站的繼電器控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)故障, 又由于其繼電器回路十分復(fù)雜, 因而設(shè)備檢修、維護起來也十分困難. 文中針對ZS60型混凝土攪拌站, 提出了在混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)中用上位機加下位機的設(shè)計框架. 采用該控制系統(tǒng), 操作人員可通過上位機的操作精確控制和掌握整個實際生產(chǎn)過程. 同時可通過調(diào)用上位機的各種報表, 方便地統(tǒng)計、查詢所需某段時間內(nèi)的生產(chǎn)量、物料消耗情況以及客戶情況等資料. 采用該設(shè)計方案極大地提高了攪拌站的生產(chǎn)自動化程度及工作的安全可靠性.

    1　ZS60攪拌站的工藝流程要求

    ZS60攪拌站的控制系統(tǒng)是專門針對60型混凝土攪拌站的最大生產(chǎn)模式為基準(zhǔn)設(shè)計的, 即使用砂倉、粗石倉、細石倉、水泥1倉、水泥2倉、粉料添加劑倉、外添加劑倉、骨料秤、粉料秤、外添加劑秤、水秤, 共7倉4秤的情況. 這7倉4秤的工作流程如圖1所示.

               圖1　工藝流程圖

    2　ZS60型攪拌站監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件設(shè)計

    系統(tǒng)上位機采用華北PC2500型工控機, 其結(jié)構(gòu)具有防塵、防震的特點,可全面保證系統(tǒng)在惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定運行. 上位機監(jiān)控組態(tài)軟件采用北京昆侖公司的MCGS(monitor and control generated system ). MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件, 系統(tǒng)正是通過MCGS來實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理, 以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式來實現(xiàn)良好的人機交互.

    2. 1　動畫組態(tài)

    為了能實時地了解攪拌站系統(tǒng)的實際生產(chǎn)狀況, 本系統(tǒng)充分利用MCGS的動畫組態(tài)功能, 通過上位機與實際生產(chǎn)過程同步的動畫, 使操作人員可準(zhǔn)確地掌握實際現(xiàn)場的工作狀態(tài). 采用MCGS圖庫中已有的圖元, 通過多種組合將ZS60型攪拌站的主要結(jié)構(gòu)模擬出來, 并在實時數(shù)據(jù)庫給圖元定義出相應(yīng)的變量后與下位機的DI信號連通起來, 這樣就實現(xiàn)了動畫與實際生產(chǎn)同步, 從而也實現(xiàn)了上位機的監(jiān)控功能. 組態(tài)后的畫面如圖2所示.

                                          圖2　控制窗口

    2. 2　配方庫的組態(tài)

    由于攪拌站的生產(chǎn)是針對不同的客戶(施工單位),而不同的客戶所需要的混凝土配方不同,因而本系統(tǒng)利用MCGS的配方組態(tài)生成了配方庫, 在該配方庫中可同時建立和保存多種配方, 同時還可在工作狀態(tài)下編輯配方用來滿足不同的客戶對混凝土配方的不同要求.

    2. 3　報表和其它功能窗口的組態(tài)

    為了方便操作人員隨時查看、統(tǒng)計某一時間段內(nèi)的生產(chǎn)量、物料消耗情況,本系統(tǒng)利用MCGS的報表功能組態(tài)了狀態(tài)報表等. 通過這些報表, 操作員可隨時掌握生產(chǎn)情況, 及時補給原料. 另外, 本系統(tǒng)還組態(tài)了落差設(shè)定、調(diào)試、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、校稱和時間設(shè)定等窗口, 操作人員通過這些窗口的操作就可以完成整個生產(chǎn)過程, 實現(xiàn)了完全自動化.

    3　PLC梯形圖程序的編制

    ZS60攪拌站控制系統(tǒng)的下位機部分采用的是西門子公司的S72200系列的S72200CPU214PLC,該PLC的基本單元配有14個數(shù)字量輸入點, 10個數(shù)字量輸出點. 而為了滿足編程的需要, 該系統(tǒng)還分別采用了數(shù)字量輸入擴展模塊、輸出擴展模塊和模擬量擴展模塊各一個.按照系統(tǒng)對工藝流程的控制要求分配好IO地址, 并采用西門子公司的編程軟件編制程序梯形圖.

    該系統(tǒng)的PLC程序由一個主程序和骨料秤、粉料秤、水秤、添加劑秤、稱砂、稱粗石、稱細石7個子程序共同組成, 其中骨料稱子程序中嵌套調(diào)用稱砂、稱粗石和稱細石3個子程序. PLC通過主程序按要求調(diào)用子程序, 從而不僅保證下位機能精確控制系統(tǒng)運行, 同時還保證了PLC程序較強的可讀性, 為系統(tǒng)以后的維護提供了良好的基礎(chǔ).

    為了進一步保證系統(tǒng)的安全可靠, 在全套系統(tǒng)之外還獨立為各個“秤”設(shè)置了智能儀表監(jiān)控.當(dāng)出現(xiàn)主系統(tǒng)鎖死的意外情況時, 可通過智能儀表監(jiān)測“秤”內(nèi)的稱量及下料情況完成該次操作,避免由此帶來的損失.

    4　上、下位機的通信

    4. 1　硬件連通

    使用西門子標(biāo)準(zhǔn)PC PPI電纜將上位機(本系統(tǒng)使用的是工控機)與下位機(PLC)連接起來,并將PLC的通信參數(shù)設(shè)置為:
remote Address=2, localaddress=0,Module=PC PPI,cable(COM 1), protecol=PPI,Transmission rate=9.6kps,Mode=11bit.

    將MCGS的通信參數(shù)設(shè)置為COM1, 波特率=9600, 8位數(shù)據(jù)位, 1位停止位, 偶校驗.

    4. 2　上位機與下位機對應(yīng)變量的連通

    上位機與下位機變量的連接是通過內(nèi)部屬性設(shè)置PLC 的讀寫通道來實現(xiàn)的, 從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫中的指定數(shù)據(jù)對象或把數(shù)據(jù)對象的值送入設(shè)備指定的通道輸出, 具體操作方法如下.

    1) 按“增加通道”按鈕, 彈出增加通道窗口,在該窗口中: (1)選擇要對PLC中的某個繼電器區(qū)或寄存器區(qū)進行操作, 即選擇通道類型; (2)選擇是只讀,只寫, 還是讀寫, 默認是只讀; (3)指定操作該繼電器區(qū)或寄存器區(qū)的某個地方, 即輸入通道地址, 如果要以字操作的方式讀或?qū)憽癡W15”, 則在輸入通道地址中寫“15”; (4)位操作時指定操作該通道地址中的那一位(如0～ 7) ;(5)設(shè)置一次連續(xù)增加多個PLC通道.

    2) 按“刪除一個”按鈕, 可以刪除已建立連接的PLC通道.

    3) 按“全部刪除”按鈕, 可以刪除全部建立連接的PLC通道.

    4) 按“索引拷貝”按鈕, 可以在當(dāng)前選定通道的基準(zhǔn)上, 按順序索引的原則, 增加一個新的PLC通道.

    按照以上步驟將上位機變量與下位機一一連接起來后, 上位機與下位機就完全連通了, 該系統(tǒng)即可投入生產(chǎn).

    5　結(jié)束語

    ZS60型攪拌站自動控制系統(tǒng)通過將可靠性高的PLC技術(shù)和人機交互性強的工控軟件相結(jié)合, 不僅實現(xiàn)了混凝土攪拌站工作的完全自動化,而且使得該系統(tǒng)與以往同類型產(chǎn)品相比, 具有成本適中、操作方便、維護簡單等優(yōu)點, 其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大的提高. 因而該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來得到了廣大用戶的好評.