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LK在混凝土攪拌站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2012-06-01 00:00

  混凝土攪拌站控制系統(tǒng)是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、攪拌,自動(dòng)生產(chǎn)出混凝土的控制系統(tǒng)?;炷辽a(chǎn)的關(guān)鍵步驟就是按照一定比例混合生產(chǎn)原料,投料精度對(duì)于生產(chǎn)出的混凝土質(zhì)量有著重要影響。目前搭建混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要有兩種方式,一種是采用工控機(jī)搭配數(shù)據(jù)采集、控制等板卡作為系統(tǒng)硬件,用C++等編程軟件制作上位機(jī)操作界面。還有一種就是采用PLC作為系統(tǒng)控制器,用組態(tài)軟件編寫上位機(jī)操作系統(tǒng)。PLC以其靈活、可靠等特點(diǎn)越來越多的應(yīng)用在混凝土攪拌站系統(tǒng)中,和利時(shí)公司的LK系列PLC也以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集以及處理能力,在混凝土攪拌行業(yè)中有著很好的應(yīng)用。

  1 引言

  早期的混凝土主要由建筑工地自行生產(chǎn),此種生產(chǎn)方式效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣,生產(chǎn)出的混凝土質(zhì)量不容易控制,對(duì)生產(chǎn)工人的身體也有較大的危害。隨著我國對(duì)混凝土的需求量越來越大,對(duì)其質(zhì)量要求也越來越高,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已經(jīng)滿足不了需求。對(duì)此在90年代后我國的混凝土攪拌站技術(shù)有了快速的發(fā)展,目前搭建混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要有兩種方式,一種是采用工控機(jī)搭配數(shù)據(jù)采集、控制等板卡作為系統(tǒng)硬件,用C++等編程軟件制作上位機(jī)操作界面。采用這種方式在初期投入成本上有一些優(yōu)勢(shì),但是工控機(jī)以及采集卡在惡劣環(huán)境下長時(shí)間工作的可靠性較差,后期維護(hù)成本較高,C++編程、修改也比較復(fù)雜,系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與開放性也有很大的局限性。還有一種就是采用PLC作為系統(tǒng)控制器,用組態(tài)軟件編寫上位機(jī)操作系統(tǒng)。PLC以其靈活性、可靠性聞名,編程易于學(xué)習(xí)跟掌握,組態(tài)軟件使用簡單并有豐富的圖庫,可以方便的編制出功能強(qiáng)大的上位機(jī)操作系統(tǒng)。為了保證混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量,需要控制器有強(qiáng)大的模擬量處理能力以及快速的模擬量采集能力,和利時(shí)公司的LK PLC繼承了和利時(shí)DCS模擬量處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還有全通道(6通道)采樣周期小于50ms的模擬量采集模塊,這些為生產(chǎn)出高質(zhì)量的混凝土提供了保障。下面就詳細(xì)介紹一下采用和利時(shí)公司的LK系列PLC搭建的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)。

  2 混凝土攪拌站工藝

  混凝土的原料一般包括砂石、水泥、礦粉、粉煤灰、膨脹劑、水、外加劑等。在攪拌站控制系統(tǒng)中各原料按照給定的配比進(jìn)行稱重配料,然后卸料至攪拌機(jī)進(jìn)行混合攪拌,攪拌設(shè)定時(shí)間后出砼,最后由運(yùn)輸車運(yùn)走。其生產(chǎn)工藝如圖2-1所示:

  砂石等骨料的配料稱重裝置由給料閥門與計(jì)量斗組成,按照給定的配料比例,系統(tǒng)先將骨料投入到計(jì)量斗中,然后再將骨料卸放到傳輸皮帶上,提升料斗將傳輸皮帶上的骨料提升至骨料倉中等待卸料,卸料條件滿足后將骨料倉中的骨料卸放到攪拌主機(jī)中。

  水泥、礦粉、粉煤灰以及膨脹劑等粉料,按給定配比通過螺旋輸送機(jī)加入到計(jì)量斗中,再通過計(jì)量斗把粉料卸放到攪拌機(jī)中。

  外加劑與水都是通過水計(jì)量斗輸送到攪拌主機(jī)中的,首先按設(shè)定比例配好水跟外加劑,然后通過外加劑計(jì)量斗把外加劑輸送到水計(jì)量斗中,最后外加劑與水一起加入到攪拌主機(jī)中。攪拌站工藝示意圖如圖2-2所示。

  為保證配料精度,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)原料投入計(jì)量斗中的量去執(zhí)行補(bǔ)料或扣料功能。當(dāng)原料投入量在配料落差范圍內(nèi),并且配料誤差大于配料誤差允許值時(shí),系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行補(bǔ)料功能,補(bǔ)料功能是以點(diǎn)動(dòng)的方式開啟投料裝置,緩慢加入原料使其投入量滿足配料精度要求;當(dāng)原料投入計(jì)量斗中的投入量大于配料設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)會(huì)在卸料的過程中執(zhí)行扣料功能,扣料功能是以點(diǎn)動(dòng)的方式開啟卸料閥門,扣除多余原料供下一批次生產(chǎn)使用。

  3 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  此系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的LK系列PLC作為控制器??刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示,在控制層配置一個(gè)控制站,負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)的I/O信號(hào)進(jìn)行通訊,同時(shí)負(fù)責(zé)整個(gè)批次處理過程的控制;在操作層采用了1個(gè)操作員站(兼工程師站),用于操作攪拌站控制系統(tǒng),同時(shí)又采用了一個(gè)15寸觸摸屏作為系統(tǒng)備份,當(dāng)操作員站出現(xiàn)故障時(shí),可以使用觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作,從而不會(huì)影響正常生產(chǎn)。操作員站、觸摸屏與現(xiàn)場(chǎng)控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,打印機(jī)負(fù)責(zé)打印日常報(bào)表。

  PLC硬件配置

  為提高系統(tǒng)的可靠性,本系統(tǒng)采用支持冗余的CPU LK210組成冗余控制系統(tǒng),以及高速模擬量采集模塊LK412,其全通道(6通道)采樣周期小于50ms,并且通道之間是隔離的。高速模擬量采集對(duì)于提高攪拌站控制系統(tǒng)的投料精度至關(guān)重要,也是提高混凝土質(zhì)量的保障。PLC控制系統(tǒng)硬件清單如下:

  表 3-1 PLC控制系統(tǒng)硬件清單

  上位機(jī)操作系統(tǒng)

  上位機(jī)操作系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的FacView進(jìn)行開發(fā),實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC控制站的監(jiān)視與控制。通過連接SQL2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配方數(shù)據(jù)設(shè)置、讀?。簧a(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄等工作。整個(gè)混凝土的生產(chǎn)流程如圖3-2所示,從圖中可以看出從下生產(chǎn)訂單到混凝土生產(chǎn),直至最后的生成生產(chǎn)報(bào)表都可以自動(dòng)完成,系統(tǒng)的自動(dòng)化程度非常高,操作很方便。

  系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖3-3所示,在這里可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制并監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),在畫面的左下角可以進(jìn)行生產(chǎn)訂單下載、配方選擇等操作,右邊可以對(duì)系統(tǒng)誤差值以及時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)還具有任務(wù)管理、配方管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)瀏覽和生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表打印等功能。

  觸摸屏操作系統(tǒng)

  觸摸屏也可以完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視與控制,并擁有配方管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄功能等,觸摸屏操作界面如圖3-4所示:

  4 應(yīng)用特點(diǎn)

  基于LK PLC的混凝土攪拌站系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):

  可靠性

  可靠性是攪拌站系統(tǒng)的關(guān)鍵,本系統(tǒng)采用LK冗余控制系統(tǒng)進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的可靠性,當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí),從CPU會(huì)在一個(gè)掃描周期(50ms)之內(nèi)完成切換,從而保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。不僅如此系統(tǒng)還支持以太網(wǎng)冗余,DP總線冗余,以太網(wǎng)冗余保證了LK與上位機(jī)通訊的可靠性,DP總線冗余保證了本地背板與擴(kuò)展背板通訊的可靠性。上位機(jī)系統(tǒng)采用PC與觸摸屏互備,觸摸屏作為PC機(jī)的備用,當(dāng)PC機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候可以使用觸摸屏控制攪拌站系統(tǒng),從而不會(huì)耽誤生產(chǎn),可以看出本系統(tǒng)在控制層與管理層都有相當(dāng)高的可靠性。

  系統(tǒng)功能強(qiáng)

  LK系列PLC可靠性高,運(yùn)算速度快,邏輯控制容量大,還可進(jìn)行在線調(diào)試、支持增量下載,支持多種語言混合編程,特別適合混凝土攪拌站這樣邏輯比較復(fù)雜,要求數(shù)據(jù)運(yùn)算速度快的系統(tǒng)。增量下載功能能夠在完成程序的修改同時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)的現(xiàn)有狀態(tài),為系統(tǒng)調(diào)試帶來很大方便?;炷翑嚢枵鞠到y(tǒng)屬于比較典型的順序控制系統(tǒng),并且邏輯比較復(fù)雜,本系統(tǒng)采用順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)以及結(jié)構(gòu)化文本語言(ST)混合編程的方式實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)邏輯,骨料、粉料以及液體料劑投料的過程采用SFC編程實(shí)現(xiàn),手動(dòng)控制等邏輯采用LD實(shí)現(xiàn),一些比較復(fù)雜的控制算法采用ST實(shí)現(xiàn),整個(gè)程序可讀性強(qiáng)易于修改。

  投料精度高

  系統(tǒng)模擬量采集速度對(duì)于混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的投料精度以及產(chǎn)出的混凝土品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響,本系統(tǒng)采用高速模擬量采集模塊(6通道采樣周期小于50ms),為保證系統(tǒng)的投料精度以及混凝土品質(zhì)提供了保障。

  數(shù)據(jù)庫記錄完善

  上位機(jī)操作系統(tǒng)采用Facview組態(tài)軟件以及SQL2000數(shù)據(jù)庫搭建,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄等功能,觸摸屏作為上位機(jī)的備用同樣有系統(tǒng)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)記錄等功能,在上位機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以單獨(dú)使用進(jìn)行生產(chǎn)。

  參考文獻(xiàn)

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  [ 5 ] 和利時(shí)公司,LK大型可編程控制器硬件手冊(cè),2008.

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2024-11-23 21:02:45