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案例頻道混凝土攪拌站是一種在建筑行業中使用非常廣泛的建筑機械, 混凝土攪拌站的控制系統通常采用繼電器回路加智能儀表的控制模式, 在實際生產過程的混凝土配方中, 每種配料的供給量和各個環節的時間控制均需要操作人員通過觀察儀表來實現, 這種自動化程度不高、可靠性差的控制系統越來越滿足不了建筑行業的需要. 由于混凝土攪拌站的工作環境十分惡劣, 傳統混凝土攪拌站的繼電器控制系統在實際生產過程中容易出現故障, 又由于其繼電器回路十分復雜, 因而設備檢修、維護起來也十分困難. 文中針對ZS60型混凝土攪拌站, 提出了在混凝土攪拌站自動控制系統中用上位機加下位機的設計框架. 采用該控制系統, 操作人員可通過上位機的操作精確控制和掌握整個實際生產過程. 同時可通過調用上位機的各種報表, 方便地統計、查詢所需某段時間內的生產量、物料消耗情況以及客戶情況等資料. 采用該設計方案極大地提高了攪拌站的生產自動化程度及工作的安全可靠性.
1 ZS60攪拌站的工藝流程要求
ZS60攪拌站的控制系統是專門針對60型混凝土攪拌站的最大生產模式為基準設計的, 即使用砂倉、粗石倉、細石倉、水泥1倉、水泥2倉、粉料添加劑倉、外添加劑倉、骨料秤、粉料秤、外添加劑秤、水秤, 共7倉4秤的情況. 這7倉4秤的工作流程如圖1所示.
圖1 工藝流程圖
2 ZS60型攪拌站監控系統的組態軟件設計
系統上位機采用華北PC2500型工控機, 其結構具有防塵、防震的特點,可全面保證系統在惡劣的工作環境中穩定運行. 上位機監控組態軟件采用北京昆侖公司的MCGS(monitor and control generated system ). MCGS是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件, 系統正是通過MCGS來實現對現場數據的采集處理, 以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式來實現良好的人機交互.
2. 1 動畫組態
為了能實時地了解攪拌站系統的實際生產狀況, 本系統充分利用MCGS的動畫組態功能, 通過上位機與實際生產過程同步的動畫, 使操作人員可準確地掌握實際現場的工作狀態. 采用MCGS圖庫中已有的圖元, 通過多種組合將ZS60型攪拌站的主要結構模擬出來, 并在實時數據庫給圖元定義出相應的變量后與下位機的DI信號連通起來, 這樣就實現了動畫與實際生產同步, 從而也實現了上位機的監控功能. 組態后的畫面如圖2所示.
圖2 控制窗口
2. 2 配方庫的組態
由于攪拌站的生產是針對不同的客戶(施工單位),而不同的客戶所需要的混凝土配方不同,因而本系統利用MCGS的配方組態生成了配方庫, 在該配方庫中可同時建立和保存多種配方, 同時還可在工作狀態下編輯配方用來滿足不同的客戶對混凝土配方的不同要求.
2. 3 報表和其它功能窗口的組態
為了方便操作人員隨時查看、統計某一時間段內的生產量、物料消耗情況,本系統利用MCGS的報表功能組態了狀態報表等. 通過這些報表, 操作員可隨時掌握生產情況, 及時補給原料. 另外, 本系統還組態了落差設定、調試、系統參數設定、校稱和時間設定等窗口, 操作人員通過這些窗口的操作就可以完成整個生產過程, 實現了完全自動化.
3 PLC梯形圖程序的編制
ZS60攪拌站控制系統的下位機部分采用的是西門子公司的S72200系列的S72200CPU214PLC,該PLC的基本單元配有14個數字量輸入點, 10個數字量輸出點. 而為了滿足編程的需要, 該系統還分別采用了數字量輸入擴展模塊、輸出擴展模塊和模擬量擴展模塊各一個.按照系統對工藝流程的控制要求分配好IO地址, 并采用西門子公司的編程軟件編制程序梯形圖.
該系統的PLC程序由一個主程序和骨料秤、粉料秤、水秤、添加劑秤、稱砂、稱粗石、稱細石7個子程序共同組成, 其中骨料稱子程序中嵌套調用稱砂、稱粗石和稱細石3個子程序. PLC通過主程序按要求調用子程序, 從而不僅保證下位機能精確控制系統運行, 同時還保證了PLC程序較強的可讀性, 為系統以后的維護提供了良好的基礎.
為了進一步保證系統的安全可靠, 在全套系統之外還獨立為各個“秤”設置了智能儀表監控.當出現主系統鎖死的意外情況時, 可通過智能儀表監測“秤”內的稱量及下料情況完成該次操作,避免由此帶來的損失.
4 上、下位機的通信
4. 1 硬件連通
使用西門子標準PC PPI電纜將上位機(本系統使用的是工控機)與下位機(PLC)連接起來,并將PLC的通信參數設置為:
remote Address=2, localaddress=0,Module=PC PPI,cable(COM 1), protecol=PPI,Transmission rate=9.6kps,Mode=11bit.
將MCGS的通信參數設置為COM1, 波特率=9600, 8位數據位, 1位停止位, 偶校驗.
4. 2 上位機與下位機對應變量的連通
上位機與下位機變量的連接是通過內部屬性設置PLC 的讀寫通道來實現的, 從而把設備中的數據送入實時數據庫中的指定數據對象或把數據對象的值送入設備指定的通道輸出, 具體操作方法如下.
1) 按“增加通道”按鈕, 彈出增加通道窗口,在該窗口中:
(1)選擇要對PLC中的某個繼電器區或寄存器區進行操作, 即選擇通道類型;
(2)選擇是只讀,只寫, 還是讀寫, 默認是只讀;
(3)指定操作該繼電器區或寄存器區的某個地方, 即輸入通道地址, 如果要以字操作的方式讀
或寫“VW15”, 則在輸入 通道地址中寫“15”;
(4)位操作時指定操作該通道地址中的那一位(如0～ 7) ;
(5)設置一次連續增加多個PLC通道.
2) 按“刪除一個”按鈕, 可以刪除已建立連接的PLC通道.
3) 按“全部刪除”按鈕, 可以刪除全部建立連接的PLC通道.
4) 按“索引拷貝”按鈕, 可以在當前選定通道的基準上, 按順序索引的原則, 增加一個新的PLC通道.
按照以上步驟將上位機變量與下位機一一連接起來后, 上位機與下位機就完全連通了, 該系統即可投入生產.
5 結束語
ZS60型攪拌站自動控制系統通過將可靠性高的PLC技術和人機交互性強的工控軟件相結合, 不僅實現了混凝土攪拌站工作的完全自動化,而且使得該系統與以往同類型產品相比, 具有成本適中、操作方便、維護簡單等優點, 其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大的提高. 因而該系統自投產以來得到了廣大用戶的好評.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號