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,將上位機和下位機控制系統(tǒng)應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,可擴展性較差、提高建設成本、通信能力不穩(wěn)定等。在PLC 技術的不斷發(fā)展中,其成本低、高效且靈活的優(yōu)勢被廣泛應用到各領域。因此,本文就實現(xiàn)將PLC技術作為基礎的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設計。
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,水泥能夠以實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現(xiàn)稱重,在骨料稱重后,對骨料車下限位信號進行接收,皮帶在此過程中運轉(zhuǎn),將砂石骨料投入料車中。骨料車在皮帶秤延時運行三秒后向上運行,上位機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,共同攪拌到要求時間后,實現(xiàn)混凝土攪拌。
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)測傳感器提供開關量,使其成為PLC 精準控制根據(jù)。模擬輸入量的重量為砂石、水泥、粉煤灰、外加劑等,攪拌機門開關為開關的輸入量。PLC 開關量的輸出為水稱閥、骨料門給料、螺旋機開關等,利用功率放大信號后,使執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。本文系統(tǒng)在設計過程中要求實現(xiàn)I/O 點的配置,其中,輸出29 個開關量、10 個模擬量,輸入30 個開關量。以上述控制任務分析,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用,具有廣泛的應用領域。其模塊化、便于用戶掌握,便于實現(xiàn)分布等優(yōu)勢,使其成為解決各控制任務的主要方案。如果存在復雜的任務規(guī)模,能夠隨意使用附加模塊擴展PLC。另外,存在強抗振動、抗沖擊性和高電磁兼容性的特點,使強工業(yè)環(huán)境的適應性需求得到滿足。
(1)下位機PLC。基于混凝土攪拌站的工作過程,其系統(tǒng)中的輸入信號包括4 個模擬量、14 個數(shù)字量,輸出信號有19 個數(shù)字量。為了降低成本,實現(xiàn)合適裕度的設置,控制器利用EM222 數(shù)字量擴展模塊、EM235 模擬量擴展模塊、CPU226 主機模塊。
(2)模擬量EM235 模塊。CPU 只能夠?qū)ΧM制信號進行處理,模擬量輸入通過A/D 轉(zhuǎn)換,使標準模擬量信號朝著CPU 能夠處理數(shù)字量信號進行轉(zhuǎn)變。EM235 為常用模擬量輸入輸出擴展模塊,其具備一路模擬量輸出與四路模擬量輸入。圖1 為模擬量的擴展模擬接線。
設置S7-200 中的單極性、雙極性的模擬量輸入信號數(shù)值范圍為0 ~32000、-32000 ~32000。使模擬量輸入模塊具備n 個采樣周期過程變量PVn 朝著標準化實數(shù)轉(zhuǎn)變,標準化公式為:
圖1 模擬量的擴展模擬接線
公式中的Rnorm 指的是標準化是數(shù)值,Offset 指的是偏移量,Rraw 指的是未標準化原值或者實數(shù)值。Span 指的是值域,也就是最大值減去最小值。
(3)上位機觸摸屏。在開發(fā)人機界面中,能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的控制過程,并且對配方參數(shù)在線的修改,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印、歸檔,方便尋找故障,所以被廣泛應用到現(xiàn)代智能控制中。傳統(tǒng)上位機都是通過計算機使用VC、VB 等高級語言編寫,并且要求編程人員具備高計算機水平,而且開發(fā)時間高,對系統(tǒng)可維護性與開發(fā)效率限制。其次,系統(tǒng)具有簡單界面,實現(xiàn)功能少,無法使現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的需求得到滿足。那么,通過西門子觸摸屏實現(xiàn)上位機設計,使人機對話得到實現(xiàn)。PLC 系統(tǒng)與觸摸屏能夠?qū)?shù)據(jù)進行傳輸和交換,將參數(shù)寫入PLC 系統(tǒng)中,而且在觸摸屏中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入,實時監(jiān)控數(shù)據(jù),設置配方值,并且實現(xiàn)用戶管理和報警記錄等功能。
(4)人機接口設計。通過指示燈、報警器、報警按鈕和開關創(chuàng)建PLC 小型開關量的控制,從而使人機接口實現(xiàn)。對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隔離變電器進行隔離,儀表通過二級隔離進行供電,并且實現(xiàn)濾波,電源波動高于±10%時,利用電源穩(wěn)壓器對電源進行穩(wěn)定。
通過混凝土攪拌站控制的需求確定用戶程序的結(jié)構(gòu),實現(xiàn)程序流程圖的創(chuàng)建,并且創(chuàng)建開關量的控制系統(tǒng)順序結(jié)構(gòu),設計順序控制的方法。主程序流程詳見圖2,其中包括初始化、模塊檢查與人機對話的流程。用戶界面的設計為程序設計中尤為重要的內(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作原型,也就是原型設計。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。利用多任務的控制方法,在配料時選擇下個任務。對配料中參數(shù)進行修改,調(diào)整其中的配方,避免骨料斜皮帶上料,控制攪拌機的放料門開關。使系統(tǒng)人機交互得到實現(xiàn),包括參數(shù)設置、落差設置、歡迎畫面和配方等畫面的展現(xiàn)。
圖2 主程序流程圖
控制系統(tǒng)中,上位機計算機中的數(shù)據(jù)要和PLC 交換,但是,串行通信接口中的計算機與PLC 機不同。計算機利用RS-232 串行通信接口,計算機通信過程中實現(xiàn)串行接口轉(zhuǎn)換。RS-232 與RS-485 通信接口實現(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 實現(xiàn)串口通信協(xié)議的編寫實現(xiàn),主要步驟:其一,創(chuàng)建基于對話框的MFC 應用程序;其二,將MSComm 控件融入到項目中;其三,通過Class Wizard 定義CMSComm 類控制對象;其四,將控件添加到對話框中;其五,實現(xiàn)串口事件消息處理函數(shù)OnComm的添加。具體源程序為:
將PLC 技術作為基礎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,編程比較方便簡單,從而彌補繼電器控制與單片機控制在可靠性方面問題,和PC 機相互結(jié)合,方便管理與操作?;赑LC 技術的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)能夠應用到工程中,效果較為良好,工程的實際效率有所提高。