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        基于PLC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2020-03-27 12:07:12谷成銀
        中國(guó)設(shè)備工程 2020年3期
        關(guān)鍵詞:攪拌站模擬量砂石

        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(jī)和下位機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)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(kuò)展性較差、提高建設(shè)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(shì)被廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域。因此,本文就實(shí)現(xiàn)將PLC技術(shù)作為基礎(chǔ)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

        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(shè)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(jī),水泥能夠以實(shí)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(shí)現(xiàn)稱重,在骨料稱重后,對(duì)骨料車下限位信號(hào)進(jìn)行接收,皮帶在此過程中運(yùn)轉(zhuǎn),將砂石骨料投入料車中。骨料車在皮帶秤延時(shí)運(yùn)行三秒后向上運(yùn)行,上位機(jī)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(shí)間后,實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌。

        2 混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

        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(cè)傳感器提供開關(guān)量,使其成為PLC 精準(zhǔn)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(jī)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(jī)開關(guān)等,利用功率放大信號(hào)后,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。本文系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中要求實(shí)現(xiàn)I/O 點(diǎn)的配置,其中,輸出29 個(gè)開關(guān)量、10 個(gè)模擬量,輸入30 個(gè)開關(guān)量。以上述控制任務(wù)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(yīng)用,具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。其模塊化、便于用戶掌握,便于實(shí)現(xiàn)分布等優(yōu)勢(shì),使其成為解決各控制任務(wù)的主要方案。如果存在復(fù)雜的任務(wù)規(guī)模,能夠隨意使用附加模塊擴(kuò)展PLC。另外,存在強(qiáng)抗振動(dòng)、抗沖擊性和高電磁兼容性的特點(diǎn),使強(qiáng)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性需求得到滿足。

        (1)下位機(jī)PLC?;诨炷翑嚢枵镜墓ぷ鬟^程,其系統(tǒng)中的輸入信號(hào)包括4 個(gè)模擬量、14 個(gè)數(shù)字量,輸出信號(hào)有19 個(gè)數(shù)字量。為了降低成本,實(shí)現(xiàn)合適裕度的設(shè)置,控制器利用EM222 數(shù)字量擴(kuò)展模塊、EM235 模擬量擴(kuò)展模塊、CPU226 主機(jī)模塊。

        (2)模擬量EM235 模塊。CPU 只能夠?qū)ΧM(jìn)制信號(hào)進(jìn)行處理,模擬量輸入通過A/D 轉(zhuǎn)換,使標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)朝著CPU 能夠處理數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。EM235 為常用模擬量輸入輸出擴(kuò)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(kuò)展模擬接線。

        設(shè)置S7-200 中的單極性、雙極性的模擬量輸入信號(hào)數(shù)值范圍為0 ~32000、-32000 ~32000。使模擬量輸入模塊具備n 個(gè)采樣周期過程變量PVn 朝著標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)變,標(biāo)準(zhǔn)化公式為:

        圖1 模擬量的擴(kuò)展模擬接線

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

        (3)上位機(jī)觸摸屏。在開發(fā)人機(jī)界面中,能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的控制過程,并且對(duì)配方參數(shù)在線的修改,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印、歸檔,方便尋找故障,所以被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代智能控制中。傳統(tǒng)上位機(jī)都是通過計(jì)算機(jī)使用VC、VB 等高級(jí)語(yǔ)言編寫,并且要求編程人員具備高計(jì)算機(jī)水平,而且開發(fā)時(shí)間高,對(duì)系統(tǒng)可維護(hù)性與開發(fā)效率限制。其次,系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單界面,實(shí)現(xiàn)功能少,無法使現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求得到滿足。那么,通過西門子觸摸屏實(shí)現(xiàn)上位機(jī)設(shè)計(jì),使人機(jī)對(duì)話得到實(shí)現(xiàn)。PLC 系統(tǒng)與觸摸屏能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入,實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),設(shè)置配方值,并且實(shí)現(xiàn)用戶管理和報(bào)警記錄等功能。

        (4)人機(jī)接口設(shè)計(jì)。通過指示燈、報(bào)警器、報(bào)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(jī)接口實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(guó)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(jí)隔離變電器進(jìn)行隔離,儀表通過二級(jí)隔離進(jìn)行供電,并且實(shí)現(xiàn)濾波,電源波動(dòng)高于±10%時(shí),利用電源穩(wěn)壓器對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)定。

        2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

        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(shí)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(shè)計(jì)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(jī)對(duì)話的流程。用戶界面的設(shè)計(jì)為程序設(shè)計(jì)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(dòng)作原型,也就是原型設(shè)計(jì)。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(wù)的控制方法,在配料時(shí)選擇下個(gè)任務(wù)。對(duì)配料中參數(shù)進(jìn)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(jī)的放料門開關(guān)。使系統(tǒng)人機(jī)交互得到實(shí)現(xiàn),包括參數(shù)設(shè)置、落差設(shè)置、歡迎畫面和配方等畫面的展現(xiàn)。

        2.3 PLC 和PC 機(jī)的連接

        圖2 主程序流程圖

        控制系統(tǒng)中,上位機(jī)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)要和PLC 交換,但是,串行通信接口中的計(jì)算機(jī)與PLC 機(jī)不同。計(jì)算機(jī)利用RS-232 串行通信接口,計(jì)算機(jī)通信過程中實(shí)現(xiàn)串行接口轉(zhuǎn)換。RS-232 與RS-485 通信接口實(shí)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(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議的編寫實(shí)現(xiàn),主要步驟:其一,創(chuàng)建基于對(duì)話框的MFC 應(yīng)用程序;其二,將MSComm 控件融入到項(xiàng)目中;其三,通過Class Wizard 定義CMSComm 類控制對(duì)象;其四,將控件添加到對(duì)話框中;其五,實(shí)現(xiàn)串口事件消息處理函數(shù)OnComm的添加。具體源程序?yàn)椋?/p>

        3 結(jié)語(yǔ)

        將PLC 技術(shù)作為基礎(chǔ)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(jiǎn)單,從而彌補(bǔ)繼電器控制與單片機(jī)控制在可靠性方面問題,和PC 機(jī)相互結(jié)合,方便管理與操作?;赑LC 技術(shù)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)能夠應(yīng)用到工程中,效果較為良好,工程的實(shí)際效率有所提高。

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