林資奮

摘要：在PLC技術(shù)日益發(fā)展的今天，軟件編程、硬件配置、通訊聯(lián)網(wǎng)功能與模擬量控制等方面獲得了顯著進(jìn)步，也為工業(yè)自動(dòng)化控制添加了生命與活力。基于PLC的混凝土攪拌站電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，變成現(xiàn)代生產(chǎn)過程里自動(dòng)化的主要發(fā)展趨勢(shì)，而本文則對(duì)該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，力求能為相關(guān)人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：PLC;混凝土攪拌站;電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展，過去所采取的由工地自動(dòng)進(jìn)行混凝土生產(chǎn)的模式已經(jīng)被自動(dòng)控制混凝土攪拌站替代[1]。而混凝土攪拌站控制系統(tǒng)屬于一套開展混凝土生產(chǎn)的自動(dòng)化電子配料、控制裝置，可根據(jù)所給的配方，能完成各部分物料投料、稱量、出料等的自動(dòng)控制[2]。又因PLC的可靠性強(qiáng)、編程簡便、功能完善，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土攪拌站常規(guī)控制系統(tǒng)不足的彌補(bǔ)，若和工控機(jī)結(jié)合，通過上位機(jī)展開管理，下位機(jī)PLC給予監(jiān)控，使整個(gè)過程均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)控制，增強(qiáng)配料精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的提升，在成本控制中有積極意義，故而加強(qiáng)PLC+工控機(jī)結(jié)合的混凝土攪拌站電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究很有必要。

設(shè)計(jì)方案確定

此次設(shè)計(jì)里的混凝土攪拌站側(cè)控系統(tǒng)是由上位工控機(jī)監(jiān)控管理部分、下位機(jī)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制部分與單片機(jī)稱重系統(tǒng)計(jì)量構(gòu)成，經(jīng)PLC通訊單元實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)通訊，由計(jì)算機(jī)直接獲得PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)，從而對(duì)程序執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控。

攪拌站控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

PLC機(jī)型選擇 本次設(shè)計(jì)選擇三菱FX2N系列PLC，F(xiàn)X2N系列可編程控制器輸入繼電器主要應(yīng)用的是八進(jìn)制編碼，基本單元輸入繼電器最大范圍是X0–X7總共64點(diǎn)，擴(kuò)展后則變成X0–X267有184點(diǎn)。

系統(tǒng)控制方式 系統(tǒng)包括手動(dòng)控制與自動(dòng)控制兩類，而手動(dòng)工作模式主要用于系統(tǒng)維護(hù)或軟件調(diào)試，不過正常生產(chǎn)時(shí)通常選擇自動(dòng)工作模式，故而需進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)選擇設(shè)置與對(duì)應(yīng)按扭且為按鈕進(jìn)行指示燈設(shè)置，方便系統(tǒng)無法正常運(yùn)作時(shí)及時(shí)進(jìn)行差錯(cuò)處理。

PLC專門用于進(jìn)行系統(tǒng)邏輯控制，對(duì)各類開發(fā)、按鈕與接觸器狀態(tài)等輸入信號(hào)與上位機(jī)命令均能夠接收，從而達(dá)到對(duì)動(dòng)作有效控制的作用（如點(diǎn)擊順序啟?？刂?、配料儀表啟停控制等）。而輸出則經(jīng)中間繼電器（24VDC）來對(duì)電磁閥等執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行控制。PLC和上位機(jī)經(jīng)RS2485接口得以實(shí)現(xiàn)，變送器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器與儀表對(duì)壓力、流量等檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，依照稱重信號(hào)與生產(chǎn)配方獲得電子秤、螺旋送料機(jī)等的控制信，能夠?qū)ε淞掀陂g產(chǎn)生的問題給予動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，稱重顯示儀表還會(huì)和PLC快速高效通信，并經(jīng)單片機(jī)開關(guān)量輸出1/0作PLC的輸入量，達(dá)到對(duì)輸出進(jìn)行控制的目的。

稱重儀表的硬件設(shè)計(jì)

稱重儀表的硬件結(jié)構(gòu)（具體見圖1）

傳感器與其外圍和放大電路設(shè)計(jì) 利用傳感器進(jìn)行電路檢測(cè)實(shí)質(zhì)即將電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓輸出，故而此次研究里選擇的是海開沐自動(dòng)化有限公司制造的NS–TH1系列稱重傳感器，它所用的為全橋式等臂

電橋，額定載荷達(dá)20公斤。因傳感器輸出電壓信號(hào)不強(qiáng)，屬于mV級(jí)電壓信號(hào)，故而要使系統(tǒng)抗干擾能力提升，傳感器外圍電路設(shè)計(jì)時(shí)，另安裝了由普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器增益調(diào)節(jié)電阻Rg，使系統(tǒng)抗干擾要求得到滿足。

A/D轉(zhuǎn)換芯片和AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) AD574為美國Analog Device公司制造的12位單片A/D轉(zhuǎn)換器，選擇的是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us，控制0.05%為轉(zhuǎn)換精度，故而在高精度快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)中試用更適宜。

上位機(jī)選擇

上位機(jī)需結(jié)合用戶需求進(jìn)行工控機(jī)（IPC）或普通計(jì)算機(jī)（PC）選取，僅需標(biāo)準(zhǔn)串口而無需其它擴(kuò)展，更利于維護(hù)管理。上位機(jī)的功能是對(duì)不同狀態(tài)下參數(shù)進(jìn)行顯示、控制命令發(fā)布與控制參數(shù)調(diào)整等。上位機(jī)是由組態(tài)王6.51開發(fā)，有較強(qiáng)的可靠性，圖形界面生成功能強(qiáng)大。組態(tài)王6.51工控組軟件主要為北京亞控公司制造的標(biāo)準(zhǔn)PC平臺(tái)的組態(tài)軟件，屬于以COM（組件對(duì)象模型）、MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）技術(shù)為主的運(yùn)行在Microsoft Windows環(huán)境里的HMI（人機(jī)接口）軟件包，具體組成部分包括三種（即工程瀏覽器、工程管理器與畫面運(yùn)行系統(tǒng)）。

混凝土攪拌站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)：

依照設(shè)計(jì)要求，PLC控制程序在開展輸出動(dòng)作時(shí)，計(jì)算機(jī)需維持在數(shù)據(jù)采集和處理狀態(tài)，故而應(yīng)設(shè)定內(nèi)部輔助繼電器志。在保障計(jì)算機(jī)復(fù)位該標(biāo)志的情況下，PLC方可監(jiān)測(cè)到計(jì)算機(jī)是否保持在所需的狀態(tài)，不然就需將所有輸出負(fù)載均關(guān)斷，進(jìn)入等待狀態(tài)。完成后，停止條件評(píng)估。所有閥、門等處于關(guān)閉狀態(tài);保證秤斗、集料斗都為空。

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)應(yīng)選擇模塊式結(jié)構(gòu)，這具有調(diào)試便利、結(jié)構(gòu)簡單、更易維護(hù)的作用。

上位機(jī)設(shè)計(jì)

若要使通信正確性得到保障，上、下位機(jī)一定要遵從一致的通信協(xié)議，進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置（如波特率、數(shù)據(jù)位等）。通信方式主要選擇主從式，通信過程屬于應(yīng)答式（實(shí)質(zhì)即主機(jī)將命令傳送給從機(jī)，在從機(jī)進(jìn)行命令接收后進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)回復(fù)則完成一次通信）。組態(tài)王里，工控機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端不同協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以定時(shí)輪詢形式執(zhí)行讀、寫操作。

小結(jié)

PLC+工控機(jī)的混凝土攪拌站電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)混凝土自動(dòng)攪拌工作流程，所生產(chǎn)的混凝土質(zhì)量有保障，工作流程穩(wěn)定，生產(chǎn)量更高，操作便利，在混凝土生產(chǎn)中值得大力推廣應(yīng)用。在后續(xù)研究中，將繼續(xù)針對(duì)該系統(tǒng)展開研究且不斷改進(jìn)，促其更加完善。

參考文獻(xiàn)

呼昊.混凝土攪拌站電氣控制系統(tǒng)故障與維護(hù)[J].中國建材科技，2017（6）：38–39.

利祖光.瀝青混凝土攪拌站電氣系統(tǒng)安裝與調(diào)試[J].民營科技，2012（11）：245.