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混凝土搅拌站控制系统的现状和在国内发展过程

浏览次数: 日期:2014年7月19日 08:56

   现代混凝土是由水泥、 砂、 石、 水和添加剂等组成的多项聚集体,并能满足 “高工作性、 高抗压性和高耐久性” 等基本要求的符合材料,它与传统混凝土在组成、配合比设计、施工方式等方面有着巨大不同, 以往那种由工地自行生产混凝土的方式由于其质量难以保证、 噪声及粉尘污染大、 资源利用率低、 生产效率低下等缺点, 因而必将为自动控制的混凝土搅拌站所取代。自动控制的混凝土搅拌站具有产品质量优良稳定、 生产成本低、 环保性能良好等特点,正在成为混凝土生产的主流 。
1 下位机控制系统
   在早期的混凝土生产控制中, 程序控制采用继电器控制系统, 由继电器、 接触器、 行程开关等组成的硬件按照一定的控制要求布线而成 [2] , 来实现各种机械设备所特有的程序控制。这种固定接线方式的程序实现是与具体的机械动作相对应的。这种系统有着十分明显的缺点: 体积大、 耗电多、 可靠性差、 寿命短、 运行速度不高; 对生产工艺多变的系统适应性更差, 如果生产任务或工艺发生变化, 就必须重新设计, 改变硬件结构, 造成时间和资金的严重浪费, 但继电接触器控制系统是现代电气控制技术的基础,其它控制技术都是在此基础上发展而来的。
    自 20 世纪 60 年代 PLC 诞生以来, 就受到普遍重视, 其应用发展也十分迅速, 原因在于与以前的各种控制方式相比, 它有一系列受用户欢迎的特点, 能够有效地弥补继电器控制系统的缺陷, 因而成为现代控制的主流。采用 PLC 的混凝土搅拌站控制系统已不仅仅是一种比继电接触器更可靠、 功能更齐全、 控制更灵活的工业控制器, 而是一种可以通过软件来实现控制的工业控制计算机。在生产工程中, 用PLC 来实现整个生产流程的控制,常规电器仅仅是输入设备或执行电器。
2 上位机控制系统
    所谓上位机, 就是和操作者直接接触到控制界面, 它对实际控制的硬件实现封装管理,使我们在完全不了解硬件系统的前提下也能很好的完成控制操作,具有交互式的人机界面是先进上位机系统的一个重要标志。随着计算机技术和微电子技术的发展,混凝土搅拌站上位机控制系统主要有 3 类。
2.1 单片机及外围器件控制
   这种控制系统相对于单纯的继电器控制系统柔性要好,只需修改程序而不需调整系统的硬件设置就可采用新工艺生产,有简单的管理功能, 如配方的管理和选择、 生产状态的显示 (液晶屏 ) 等和一定的数学运算功能, 使称量精度更高。但是其柔性有限, 稳定性较差, 不能实现生产数据的记录、 统计、 分析等管理功能。
2.2 组态软件和触摸屏
   MCGS(monitor and control generated system)工控组态软件是目前应用比较多的上位机控制系统,组态软件是指一些集数据采集和过程控制于一体的专用软件,它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境, 使用灵活的组态方式, 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、 通用层次的软件工具, 它的运行必须有载体, 目前主要有工业用计算机和触摸屏与组态软件结合使用。
   触控屏 (Touch panel ) 又称为触控面板, 是将显示器、 鼠标和键盘结合在一起的控制及显示部件, 当触碰到屏幕上的图形按钮时, 其内置的触觉反馈系统可根据内部程序驱动相应连结装置,并借由液晶屏显示出生动的影像监控效果。触摸屏运行的程序也需要专用的编
程软件编写。无论是组态软件和工控机的结合还是组态软件和触摸屏的结合, 都大大丰富了上位机的人机控制界面, 是操作控制变得更简单,在实际的混凝土生产中都得到了广泛的应用,但组态软件的价格一般比较昂贵, 而且主要靠进口, 从某种程度上限制了它的普及。其实, 上位机和下位机并没有严格的划分, 一般情况下是, 触摸屏和装有组态的工控机发送控制指令,因此可以看做是上位机, PLC接收指令, 完成相应的动作, PLC 就可看做下位机, 并且通过通讯, 现场的一些数据或者设备运行的状态,及故障信息可以通过 PLC 反馈到触摸屏或者工控机上, 便于操作者对设备运行状况的监控。
2.3 面向对象的开发软件的使用
    随着计算机技术及软件工程的飞速发展,一大批面向对象的开发软件相继面世,采用不同的编程语言和相应的软件我们可以创造出符合我们要求的控制管理应用系统。目前, 比较流行的开发软件主要有 Microsoft 公司的 Visual C++和 Visual Basic, Borland 公司的 Del-phi 和 C++ Builder 以及 Sybase 公司的 PowerBuilder 等。混凝土的生产过程中离不开大量数据的处理, 包括配方、 砼日产量、 月产量、 年产量、 生产任务单、 报表等, 因此在选用上位机编程软
件时, 数据处理能力应作为首要因素, 同时选用一个好的数据库来管理数据也至关重要。数据库按所在的物理位置的不同分为本地数据库和远程数据库两种。本地数据库位于本机上,如 Paradox、 dBase、FoxPro 和 Access 等数据库系统;远程数据库指数据库服务器位于非本机, 可以是局域网内的另一台计算机上, 也可以是广域网上的一台计算机上如 Oracle、 Informix、 Sybase 和 SOL Server 等数据库系统。为了适应网络化管理、 远程控制的需要, 一般采用远程数据库。上位机软件设计要考虑控制和管理两个方面,既要满足现场实时监控的需要,有以下功能: 生产流程的动态显示、 系统参数设定、生产管理(配方、 物料、 客户、 运输车等)、 生产数据的查询与维护、 各种统计报表的生成打印等。

    设计好上位机管理软件后, 还要完成上位机和下位机的通信, 只有上下位机之间流畅的通信才能实现混凝土搅拌站的完整控制。不同的 PLC 有不同的通信方式,在设计上位机软件时要根据下位机的通信需要做相应的调整。以西门子 S7-200 为例, 其通信方式主要有三种, 点对点 PPI 方式, Freeport 方式和 Profibus-DP 方式。不同的通信方式通信协议有所不同, 有的公开, 有的不公开。根据实际需要我们一般采用以 RS-232 或 RS-485 的通信标准利用串口通讯,我们可以自定义通信协议, 如收发字节数、 校验方式等。
3 结语
   利用上位机软件实现的混凝土搅拌站的控制管理具有良好的人机互动界面, 使复杂的控制变得相对简单, 同时极大的丰富了搅拌站管理系统的功能, 在某些方面的可以替代组态软件和触摸屏的使用.


 

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