李 彬

（湖南信息職業(yè)技術學院，長沙 410200）

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基于MCGS和PLC的混凝土自動配料控制系統(tǒng)研究

李 彬

（湖南信息職業(yè)技術學院，長沙 410200）

摘 要：隨著社會經(jīng)濟建設的不斷加快發(fā)展，相關技術也在迅速完善。其中，混凝土的應用是一個非常重要的方面，對建筑工程的質(zhì)量有很大影響。為了提高混凝土的產(chǎn)量和質(zhì)量，需要利用一些稱重的儀表采集相關物料的重量，實現(xiàn)PLC的控制功能。同時，應用組態(tài)軟件的監(jiān)視和控制系統(tǒng)（MCGS）進行整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控、對相關數(shù)據(jù)進行管理、實現(xiàn)故障報警等功能，是自動配料控制系統(tǒng)的重要功能。因此，本文介紹系統(tǒng)的軟件設計、設備的選擇，同時分析混凝土物料控制和PLC的控制過程。

關鍵詞：MCGS PLC 混凝土配料 控制系統(tǒng)

目前，社會經(jīng)濟建設的速度逐漸加快，對建筑行業(yè)的建設質(zhì)量和相關要求也在不斷提高。建筑工程開始對混凝土的產(chǎn)量和質(zhì)量提出了更高要求。因此，隨著科學技術的發(fā)展，混凝土的自動配料控制系統(tǒng)開始出現(xiàn)，并得到了廣泛應用。自動控制的混凝土配料和攪拌站，能夠高效生產(chǎn)混凝土，保證混凝土的質(zhì)量，同時具有很好的環(huán)保性能?；炷恋淖詣优淞峡刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)了混凝土從配料、攪拌到生產(chǎn)整個過程的智能化和自動化，同時還實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢以及統(tǒng)計等相關管理功能。因此，這種混凝土的配料控制系統(tǒng)的重要性逐漸增強。

1 控制系統(tǒng)的設計

混凝土的配料過程一共有8個料斗。一般，4種裝石料、2種水泥以及相關的添加劑和水。同時，對每個料斗分別配置一臺稱重的儀器，收集具體的配料信息，并將這些信息傳輸?shù)焦た貦C組。另外，將這些信息和設定的參數(shù)進行對比，通過PLC實現(xiàn)對一些電機和相關閥門的控制。通常，系統(tǒng)中的上機位采用的是組態(tài)軟件MCGS，主要是對一些重量數(shù)據(jù)和信息的處理，同時和PLC建立通訊，實現(xiàn)一些實時的監(jiān)控以及相關數(shù)據(jù)的管理和儲存。其中，實現(xiàn)對物料的有效控制、畫面的動感效果表現(xiàn)和數(shù)據(jù)的管理和存儲，是其主要的技術問題。

PLC屬于下機位，一般采用Windows操作系統(tǒng)里面的編程軟件STEP7進行相關程序的檢查、調(diào)試以及監(jiān)控等操作處理，主要是需要實現(xiàn)對一些現(xiàn)場設備的控制。在混凝土的攪拌過程中，設備一般需要連續(xù)工作，連續(xù)生產(chǎn)。設備之間的動作也有嚴格的順序限制，所以要實現(xiàn)有效控制，就要將經(jīng)驗控制、順序控制和步進控制有效結合[1]。使用軟件的設計，主要內(nèi)容包括一些初始化的程序設定、主程序、子程序、故障應急措施和一些中斷程序及輔助程序方面的設計。

2 自動配料控制系統(tǒng)的硬件設計

混凝土配料控制系統(tǒng)的硬件設計情況，具體如圖1所示。

混凝土自動配料控制系統(tǒng)的上機位采用的是研華的IPC；機箱的設計是全鋼結構，具有較強的抗沖擊、抗電磁干擾和抗振動作用；內(nèi)置的一些專用電源采用的是“底板+CPU卡”的結構，擁有較強的抗干擾性能，同時具有較強的擴展性。

PLC指令比較豐富，對指令的執(zhí)行速度也比較快，利用的是西門子公司制造的S7-200，方便系統(tǒng)調(diào)試和相關的故障診斷，比較靈活。同時，通信功能非常強大，實現(xiàn)了各種模塊的擴展，很好地滿足了各種用戶的需求。另外，PLC中具有一些先進的編程特性，容易進行組態(tài)，方便安裝，能夠很好的取代一些復雜的中型自動化系統(tǒng)[2]。除此之外，PLC指令和上機位之間采用的是一些PPI通訊協(xié)議，可以進行有效的數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)的硬件組成中，稱重儀表采用的是科豐XK3201。這種儀表的密封性較好，功耗相對低，體積小，同時安裝方便、相關的操作也較簡單，所以得到了廣泛應用。在一些高溫環(huán)境中，它可以抵抗很強的干擾以及高頻率的開關動作影響，適應性比較強。稱重儀表和上機位之間使用MODBUS中的主從方式進行網(wǎng)絡通訊連接，對實時的物料重量進行信息采集，經(jīng)過一定的處理上傳到上機位，稱重的精度較高，可靠性也較好。

3 混凝土自動配料控制系統(tǒng)的軟件設計

3.1 上機位的監(jiān)控軟件設計

上機位的監(jiān)控軟件，是進行數(shù)據(jù)收集、處理的重要環(huán)節(jié)。監(jiān)控軟件的模塊組成主要包括：（1）通訊模塊，實現(xiàn)上機位、稱重儀表以及PLC之間的通訊功能，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的交互作用。（2）配方的管理模塊，可以實現(xiàn)對配方的修改和添加，同時通過對大量生產(chǎn)配方進行系統(tǒng)的預存，可以使用戶直接進行選擇，不需進行相關輸入。（3）報警模塊，可以實現(xiàn)對報警情況和信息的有效分類，一般采用一些彈出框或者警示燈閃爍的方式，提醒管理人員進行操作。（4）數(shù)據(jù)模塊，一般用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)存儲以及相關數(shù)據(jù)報表預覽和打印功能。（5）動畫顯示模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的動態(tài)化效果展示，實現(xiàn)對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控，。（6）系統(tǒng)管理模塊，主要的內(nèi)容包括用戶名管理、密碼、權限的設置以及用戶幫助等[3]。一般用戶在使用系統(tǒng)的過程中，需要正確的用戶名和權限才能進行遠程監(jiān)控和管理，將具體的責任落實到位。

3.2 實現(xiàn)通信功能

在系統(tǒng)的上機位和PLC之間，一般采用PPI網(wǎng)絡通信協(xié)議。主要采用主從方式的通訊，由上機位發(fā)出一定指令，運用PLC進行接收指令并作出一定響應，并返回一定的應答數(shù)據(jù)。同時，上機位接到這些響應，發(fā)出一些確認命令，PLC也會將響應的數(shù)據(jù)返回給上機位。PPI通信協(xié)議的組成如表1所示。實際值和設定值越接近。

3.5 PLC的控制功能設計

PLC程序主要由兩部分組成，分為主任務和中斷任務，一般通過主程序?qū)ψ映绦虻牟粩嗾{(diào)用，實現(xiàn)整個控制過程。中斷任務主要是處理一些緊急情況和故障采取的應急措施。通常，發(fā)生故障，就會發(fā)出警報。

4 結束語

混凝土的自動配料控制系統(tǒng)中，充分使用了PLC功能完善、可靠性高以及編程簡單的優(yōu)點，彌補了之前系統(tǒng)控制方面存在的不足。同時，這種自動配料控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，配料的質(zhì)量也更高，極大地提高了生產(chǎn)效率，具有較好的經(jīng)濟效益。

表1 PPI通信協(xié)議的數(shù)據(jù)組成

其中，相關數(shù)據(jù)的長度是從DA開始到DU之間，系統(tǒng)進行的開始符一般是68H。上機位的讀寫功能代碼一般是6CH或者7CH，運行結束的符號是16H。

3.3 系統(tǒng)的界面設計

一般采用面向工作流程的設計方法，設計出一些比較可靠和美觀的圖形界面，并滿足具體的現(xiàn)場生產(chǎn)需求。在這個系統(tǒng)設計中，上機位不僅可以實現(xiàn)對各項參數(shù)的具體顯示，還能夠動態(tài)地顯示相關設備的運行情況[4]。通過上機位中的相關按鈕，可以實現(xiàn)對控制閥門的遠程控制，還包括水泵、攪拌機等設備的開關管理和控制。

3.4 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

混凝土自動加料控制過程的實現(xiàn)，是系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，主要有上機位和PLC相互作用完成。一般初期加料快，后期進行慢加料，實現(xiàn)加料誤差的減小。同時，系統(tǒng)能夠?qū)^去的加料誤差進行預測和補償。通常，稱重的次數(shù)越多，

參考文獻

[1]譚利都，詹俊鋼，馬夢濤.自動配料稱重控制系統(tǒng)的研究與設計[J].農(nóng)機使用與維修，2014，（1）：9.

[2]吳明亮，郜鵬鵬，鞏運迎，李高坡.基于PLC的自動配料控制系統(tǒng)研究[J].自動化與儀表，2013，（4）：44-47.

[3]楊方興，岳建鋒，王卿，王天琪.多PLC控制系統(tǒng)的組態(tài)策略[J].天津工業(yè)大學學報，2013，（6）：68-71.

[4]趙運婷，賈文民.基于MCGS的機械手控制系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術，2011，（14）：3473-3475.

Based on the MCGS and PLC Automatic Concrete Batching Control System Research

LI Bin
(Hunan Institute of Information Technology, Changsha 410200)

Abstract:With the a ccelerating devel opment of social economy, the relevant technology are rapidly improve, among them, the concrete application is a very im portant aspect, has a great influence in the quality of construction projects. In o rder to improve the yield and quality of concrete, it is necessary to use a few weighing ins trument collecting related m aterial, the weight of the implement of PLC in the control function. At the s ame time, the application of configuration software (MCGS) monitoring and control system in the real-time monitoring of the whole system and manage the relevant data, at the same time realize fault alarm and other functions, is the important function of automatic batching control system. Therefore, this paper introduces the software of the system design, equipment selection, at the same time, analyzes the concrete material control and the control process of PLC.

Key words:MCGS, PLC, Concrete ingredients, Control system