ZS60型混凝土搅拌站自动控制系统的设计

    摘要: 在分析传统的混凝土搅拌站控制系统特点的基础上, 提出对ZS60型混凝土搅拌站自动控制系统采用上位机加下位机的设计原则. 系统采用了功能强大的监控组态软件和可靠性强的可编程控制器, 摒弃原来复杂的继电器回路, 从而实现了搅拌站的生产完全自动化, 提高了搅拌站控制系统的可靠性、可维护性以及搅拌站的生产效率.

    关键词: 搅拌站; 上位机; 下位机; 组态

    混凝土搅拌站是一种在建筑行业中使用非常广泛的建筑机械, 混凝土搅拌站的控制系统通常采用继电器回路加智能仪表的控制模式, 在实际生产过程的混凝土配方中, 每种配料的供给量和各个环节的时间控制均需要操作人员通过观察仪表来实现, 这种自动化程度不高、可靠性差的控制系统越来越满足不了建筑行业的需要. 由于混凝土搅拌站的工作环境十分恶劣, 传统混凝土搅拌站的继电器控制系统在实际生产过程中容易出现故障, 又由于其继电器回路十分复杂, 因而设备检修、维护起来也十分困难. 文中针对ZS60型混凝土搅拌站, 提出了在混凝土搅拌站自动控制系统中用上位机加下位机的设计框架. 采用该控制系统, 操作人员可通过上位机的操作精确控制和掌握整个实际生产过程. 同时可通过调用上位机的各种报表, 方便地统计、查询所需某段时间内的生产量、物料消耗情况以及客户情况等资料. 采用该设计方案极大地提高了搅拌站的生产自动化程度及工作的安全可靠性.

    1　ZS60搅拌站的工艺流程要求

    ZS60搅拌站的控制系统是专门针对60型混凝土搅拌站的最大生产模式为基准设计的, 即使用砂仓、粗石仓、细石仓、水泥1仓、水泥2仓、粉料添加剂仓、外添加剂仓、骨料秤、粉料秤、外添加剂秤、水秤, 共7仓4秤的情况. 这7仓4秤的工作流程如图1所示.

               图1　工艺流程图

    2　ZS60型搅拌站监控系统的组态软件设计

    系统上位机采用华北PC2500型工控机, 其结构具有防尘、防震的特点,可全面保证系统在恶劣的工作环境中稳定运行. 上位机监控组态软件采用北京昆仑公司的MCGS(monitor and control generated system ). MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件, 系统正是通过MCGS来实现对现场数据的采集处理, 以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式来实现良好的人机交互.

    2. 1　动画组态

    为了能实时地了解搅拌站系统的实际生产状况, 本系统充分利用MCGS的动画组态功能, 通过上位机与实际生产过程同步的动画, 使操作人员可准确地掌握实际现场的工作状态. 采用MCGS图库中已有的图元, 通过多种组合将ZS60型搅拌站的主要结构模拟出来, 并在实时数据库给图元定义出相应的变量后与下位机的DI信号连通起来, 这样就实现了动画与实际生产同步, 从而也实现了上位机的监控功能. 组态后的画面如图2所示.

                                          图2　控制窗口

    2. 2　配方库的组态

    由于搅拌站的生产是针对不同的客户(施工单位),而不同的客户所需要的混凝土配方不同,因而本系统利用MCGS的配方组态生成了配方库, 在该配方库中可同时建立和保存多种配方, 同时还可在工作状态下编辑配方用来满足不同的客户对混凝土配方的不同要求.

    2. 3　报表和其它功能窗口的组态

    为了方便操作人员随时查看、统计某一时间段内的生产量、物料消耗情况,本系统利用MCGS的报表功能组态了状态报表等. 通过这些报表, 操作员可随时掌握生产情况, 及时补给原料. 另外, 本系统还组态了落差设定、调试、系统参数设定、校称和时间设定等窗口, 操作人员通过这些窗口的操作就可以完成整个生产过程, 实现了完全自动化.

    3　PLC梯形图程序的编制

    ZS60搅拌站控制系统的下位机部分采用的是西门子公司的S72200系列的S72200CPU214PLC,该PLC的基本单元配有14个数字量输入点, 10个数字量输出点. 而为了满足编程的需要, 该系统还分别采用了数字量输入扩展模块、输出扩展模块和模拟量扩展模块各一个.按照系统对工艺流程的控制要求分配好IO地址, 并采用西门子公司的编程软件编制程序梯形图.

    该系统的PLC程序由一个主程序和骨料秤、粉料秤、水秤、添加剂秤、称砂、称粗石、称细石7个子程序共同组成, 其中骨料称子程序中嵌套调用称砂、称粗石和称细石3个子程序. PLC通过主程序按要求调用子程序, 从而不仅保证下位机能精确控制系统运行, 同时还保证了PLC程序较强的可读性, 为系统以后的维护提供了良好的基础.

    为了进一步保证系统的安全可靠, 在全套系统之外还独立为各个“秤”设置了智能仪表监控.当出现主系统锁死的意外情况时, 可通过智能仪表监测“秤”内的称量及下料情况完成该次操作,避免由此带来的损失.

    4　上、下位机的通信

    4. 1　硬件连通

    使用西门子标准PC PPI电缆将上位机(本系统使用的是工控机)与下位机(PLC)连接起来,并将PLC的通信参数设置为:
remote Address=2, localaddress=0,Module=PC PPI,cable(COM 1), protecol=PPI,Transmission rate=9.6kps,Mode=11bit.

    将MCGS的通信参数设置为COM1, 波特率=9600, 8位数据位, 1位停止位, 偶校验.

    4. 2　上位机与下位机对应变量的连通

    上位机与下位机变量的连接是通过内部属性设置PLC 的读写通道来实现的, 从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出, 具体操作方法如下.

    1) 按“增加通道”按钮, 弹出增加通道窗口,在该窗口中: (1)选择要对PLC中的某个继电器区或寄存器区进行操作, 即选择通道类型; (2)选择是只读,只写, 还是读写, 默认是只读; (3)指定操作该继电器区或寄存器区的某个地方, 即输入通道地址, 如果要以字操作的方式读或写“VW15”, 则在输入通道地址中写“15”; (4)位操作时指定操作该通道地址中的那一位(如0～ 7) ;(5)设置一次连续增加多个PLC通道.

    2) 按“删除一个”按钮, 可以删除已建立连接的PLC通道.

    3) 按“全部删除”按钮, 可以删除全部建立连接的PLC通道.

    4) 按“索引拷贝”按钮, 可以在当前选定通道的基准上, 按顺序索引的原则, 增加一个新的PLC通道.

    按照以上步骤将上位机变量与下位机一一连接起来后, 上位机与下位机就完全连通了, 该系统即可投入生产.

    5　结束语

    ZS60型搅拌站自动控制系统通过将可靠性高的PLC技术和人机交互性强的工控软件相结合, 不仅实现了混凝土搅拌站工作的完全自动化,而且使得该系统与以往同类型产品相比, 具有成本适中、操作方便、维护简单等优点, 其可靠性、工作效率及安全性也得到了极大的提高. 因而该系统自投产以来得到了广大用户的好评.