摘要：混凝土自動(dòng)攪拌站在工程建設(shè)中起到了重要的作用。本文介紹了一種以西門子S7- 226 可編程控制器為控制核心, 觸摸屏作為人機(jī)界面所開發(fā)的自動(dòng)混凝土攪拌系統(tǒng)。具有良好的人機(jī)交互功能, 提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性。詳細(xì)描述了混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程以及觸摸屏的編程方法, 提供一種實(shí)用的混凝土攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)解決方案。
關(guān)鍵詞：PLC; 混凝土攪拌站; 觸摸屏; 數(shù)據(jù)采集
0.引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步, 自動(dòng)控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、生產(chǎn)效率高、環(huán)保性能好等特點(diǎn), 正在成為混凝土生產(chǎn)的主流。在目前的建筑市場(chǎng)中, 因偷工減料, 導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低, 不符合設(shè)計(jì)要求的事情屢有發(fā)生。建筑工程上需要占地面積不大,成本不高, 適合場(chǎng)地多變的混凝土攪拌設(shè)備。本文系統(tǒng)介紹了一種西門子S7- 226 可編程控制器控制, 觸摸屏為人機(jī)接口的混凝土自動(dòng)攪拌系統(tǒng), 系統(tǒng)中重點(diǎn)加入了工程建設(shè)中監(jiān)理工程師對(duì)配方的認(rèn)可。
以觸摸屏和可編程控制器為控制器開發(fā)的混凝土攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng), 具有穩(wěn)定、可靠,可以按照設(shè)定的配方, 自動(dòng)、連續(xù)地控制各部分物料的計(jì)量、投料、攪拌和出料, 同時(shí)該系統(tǒng)還有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印等一系列管理功能。系統(tǒng)通過除n 取余震蕩曲線法對(duì)落差進(jìn)行自動(dòng)修正, 準(zhǔn)確地控制計(jì)量精度。通過觸摸屏和PLC 結(jié)合使用, 可以在觸摸屏中直接設(shè)定目標(biāo)值與實(shí)際值進(jìn)行比較。并可實(shí)時(shí)監(jiān)控到系統(tǒng)實(shí)際值的大小, 實(shí)現(xiàn)報(bào)警, 判斷等功能。結(jié)合觸摸屏系統(tǒng), 電子稱量儀表的配套使用, 使之功能更加強(qiáng)大, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
1.自動(dòng)攪拌站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
攪拌站按生產(chǎn)工藝分為一階式和二階式, 二階式設(shè)備中物料(主要指石料和沙料) 需經(jīng)過二次提升, 即計(jì)量完畢后, 再經(jīng)皮帶機(jī)或提升斗提升到攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊, 一次性投資小, 占地面積小, 移動(dòng)靈活, 一般用于中小型混凝土施工中。
自動(dòng)攪拌站的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示, 系統(tǒng)主要由儲(chǔ)料斗、骨料稱量系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)、攪拌倉、水泥倉等部份組成。儲(chǔ)料斗可供單獨(dú)儲(chǔ)存25m3 的兩種不同石料和兩種不同的沙料, 四種骨料通過機(jī)架上的四個(gè)碟型電磁閥動(dòng)作控制斗門, ( 斗門可用調(diào)節(jié)手柄來調(diào)節(jié)斗門開啟的大小, 提高計(jì)量精度) , 使骨料從儲(chǔ)料斗, 下落至稱量斗中進(jìn)行分別稱量, 然后啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)把配好的物料送入上料皮帶中。本攪拌站釆用分別計(jì)量, 各種骨料在稱量前稱量系統(tǒng)均設(shè)有調(diào)零輸出, 能自動(dòng)去皮重, 修正落差, 有效地控制了各種骨料的計(jì)量精度。稱量時(shí)把稱量傳感器輸出電壓信號(hào)輸入PLC 控制系統(tǒng)。混凝土生產(chǎn)時(shí)的工藝流程是控制系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的混凝土用量, 經(jīng)控制器計(jì)算所須的水泥、水、沙料、石料先后稱量送入攪拌倉中, 攪拌后即為混凝土產(chǎn)品, 其中水泥和水的用量利用控制電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間來確定。
后稱量過程為先在PLC 控制系統(tǒng)中設(shè)定骨料所需量, 骨料從斗門瀉入稱量斗中, 待稱量完畢后, 控制系統(tǒng)將自動(dòng)將料門關(guān)閉。上料皮帶機(jī)在提升電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下, 將骨料提升至攪拌倉內(nèi)構(gòu)成。
2.自動(dòng)攪拌站控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示, 系統(tǒng)采用PLC 為控制器, 觸摸屏為人機(jī)接口。其中PLC 是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心, 所有的開關(guān)量控制以及順序控制都需經(jīng)過PLC 處理?，F(xiàn)場(chǎng)的稱重傳感器將重量信號(hào)反饋給信號(hào)處理模塊CB890, CB890 經(jīng)過相應(yīng)的處理后, 將快、慢速配料信號(hào)送給PLC, 通過邏輯處理去驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的放料電磁閥或電動(dòng)機(jī); 其余的動(dòng)作機(jī)構(gòu)則是通過按鈕給PLC 輸入信號(hào)來實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)采用了SIMENS公司的S7- 200系列CPU226 216- 2BD23- 0XB8 (配數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊), 采用繼電器輸出, 既可帶直流負(fù)載, 也可帶交流負(fù)載。系統(tǒng)配置了一臺(tái)觸摸屏, 它與PLC 進(jìn)行通信, 現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)可通過觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視, 同時(shí)用戶也可通過觸摸屏向PLC發(fā)出控制信號(hào), 實(shí)現(xiàn)用戶的人工控制。利用觸摸屏豐富的軟、硬件資源, 實(shí)現(xiàn)混凝土的配比可由監(jiān)理工程師設(shè)定或查詢等。
3.PLC 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 流程圖的設(shè)計(jì)
PLC作為控制單元, 是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。通過接收開關(guān)量, 模擬量輸入經(jīng)處理后輸出開關(guān)量、模擬量去控制斷電器的動(dòng)作, 流程圖如圖3 所示:
3.2 主要完成以下功能:
( 1) 初始化變量, 設(shè)置自由通訊口協(xié)議和中斷協(xié)議;
( 2) 與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊, 為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù), 并對(duì)觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理;
( 3) 完成數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換;
( 4) 對(duì)流體或液體物料加料時(shí), 自動(dòng)計(jì)算;
( 5) 設(shè)置零位范圍, 稱量程范圍;
( 6) 判錯(cuò)信息, 報(bào)警信息;
4.觸摸屏軟件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)
在開發(fā)軟件ADP3 上, 創(chuàng)建一個(gè)歡迎頁面, 頁面上有一個(gè)透明的觸摸按鈕, 其功能為切換畫面, 當(dāng)點(diǎn)擊頁面觸摸按鈕時(shí)即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁面, 運(yùn)行時(shí)進(jìn)入顯示頁面, 當(dāng)外界無動(dòng)作時(shí), 由PLC 編程實(shí)現(xiàn)30秒后, 改寫狀態(tài)控制區(qū)中的數(shù)據(jù), 將參數(shù)顯示頁面載入。在歡迎頁面上和歡迎頁面上的觸摸按鈕上可放置文本、圖標(biāo), 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行說明與標(biāo)注等, 見圖4 所示:
在本設(shè)計(jì)中, 還采用了監(jiān)理工程師的理念, 設(shè)計(jì)了安全系統(tǒng)界面,而只有當(dāng)工程師負(fù)責(zé)人輸入密碼, 界面將進(jìn)入主系統(tǒng)界面, 并且在頁面上有隱藏的設(shè)置密碼的密碼表, 只有監(jiān)理工程師才可以進(jìn)入并進(jìn)行修改, 在界面上的幫助可以進(jìn)入幫助界面, 可以對(duì)操作進(jìn)行說明和對(duì)系統(tǒng)維護(hù)的說明等。
4.2 參數(shù)顯示頁面的設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)中, 用戶需要觀察的量為選用的配比號(hào)、每批攪拌罐數(shù)、正在攪拌第幾罐、攪拌時(shí)間、水調(diào)整值、骨料重量、水泥重量、添加劑重量、水重量。因此, 設(shè)置相應(yīng)數(shù)字顯示區(qū), 分別顯示相應(yīng)的值, 在數(shù)字內(nèi)存表中占據(jù)相應(yīng)的存貯空間, 同時(shí), 通過數(shù)字內(nèi)存表的地址與PLC 數(shù)字存儲(chǔ)區(qū)的位置對(duì)應(yīng)起來。系統(tǒng)啟動(dòng)后, 由傳感器、顯示儀表等將有關(guān)信號(hào)送入PLC 進(jìn)行處理, 因PLC 數(shù)字存儲(chǔ)區(qū)的地址與觸摸屏內(nèi)存表相關(guān)聯(lián), 此時(shí), 觸摸屏就可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的精度與位數(shù)根據(jù)實(shí)際情況在觸摸屏的數(shù)字內(nèi)存表的屬性中設(shè)置, 見圖5 的( a) 、( b) 所示:
5.總結(jié)
基于PLC 和觸摸屏的混凝土自動(dòng)攪拌站控制系統(tǒng)利用PLC 的抗干擾能力強(qiáng)、適用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)和觸摸屏良好的人機(jī)對(duì)話功能, 具有可靠性高、操作簡單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。目前該系統(tǒng)在商丘至周口高速公路建設(shè)中的3 個(gè)標(biāo)段的使用中, 效果良好, 得到了施工單位的好評(píng)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1.
[2] 劉士陽.基于PLC 和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng).建筑機(jī)械.2005.5.
[3] 吳正毅.測(cè)試技術(shù)與測(cè)試信號(hào)處理.北京: 清華大學(xué)出版社, 1999.
[4] 楊幫文.現(xiàn)代新潮傳感器應(yīng)用手冊(cè).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.1.
[5] 廖常初.S7- 200 PLC 基礎(chǔ)教程.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.1.
[6] SIEMENS公司.S7- 200 CN 可編程序控制器.SIEMENS 公司, 2005.12.
[7] 泉毅電子股份有限公司.ADP_3 使用手冊(cè).泉毅電子股份有限公司, 2001.3.
[8] 孫運(yùn)波、鄒勇賢.PLC 在混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.中國儀器儀表, 2001.6.
[9] 陳世利、孫黑杰等.觸摸屏的工作原理及典型應(yīng)用.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用, 2002.2.
