[關(guān)鍵詞] 　可編程控制器；混凝土攪拌站；控制系統(tǒng)

    1 　引言

    混凝土攪拌站用于快速批量攪拌混凝土，過去的設(shè)備均采用手動控制或是繼電器控制，存在著故障率高、維修性差、自動化程度低等缺點(diǎn)。而可編程控制器( PLC) 以其運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易學(xué)易用、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。

    隨著PLC 的發(fā)展，多種特殊I/ O 模塊的開發(fā)，PLC 控制功能越來越強(qiáng)大;通過通訊與計(jì)算機(jī)共同使用既可彌補(bǔ)PLC 控制數(shù)據(jù)處理、人機(jī)界面操作等弱點(diǎn)，也可克服計(jì)算機(jī)現(xiàn)場控制中的缺陷。在混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)中采用可編程控制器控制，實(shí)現(xiàn)了混凝土攪拌過程的全自動化控制，運(yùn)行安全可靠。通過與計(jì)算機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面操作，完成故障的判斷和處理、混凝土攪拌的配比、混凝土產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)等工作。

    2 　混凝土攪拌站的工作原理及控制要求

    2.1.1 　工作原理

    混凝土攪拌站分為四個(gè)部分：砂石給料、粉料(水泥、粉煤灰、膨脹劑等) 給料、水與外加劑給料、傳輸攪拌與存儲。其工作流程如圖1 所示，攪拌機(jī)控制系統(tǒng)上電后，進(jìn)入人- 機(jī)對話的操作界面，系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理，其中包括配方號、混凝土等級、坍落度、生產(chǎn)方量等。根據(jù)稱重對各料倉、計(jì)量斗進(jìn)行檢測，輸出料空或料滿信號，提示操作人員確定是否啟動攪拌控制程序。啟動砂、石皮帶電機(jī)進(jìn)料到計(jì)量斗;打開粉煤灰、水泥罐的蝶閥，啟動螺旋機(jī)電機(jī)輸送粉煤灰、水泥到計(jì)量斗;開啟水倉和外加劑池的控制閥使水和外加劑流入計(jì)量斗。計(jì)量滿足設(shè)定要求后開啟計(jì)量斗斗門，配料進(jìn)入已啟動的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌混合，到設(shè)定的時(shí)間打開攪拌機(jī)門，混凝土進(jìn)入己接料的攪拌車內(nèi)。

    2.1.2 　控制要求

    2.1.2.1 　各個(gè)氣缸、控制閥和電機(jī)按混凝土攪拌流程的要求運(yùn)行，各個(gè)氣缸、控制閥和電機(jī)的控制必須準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。

    2.1.2.2 　控制系統(tǒng)具備自動、手動兩種工作模式，且相互間的關(guān)系是獨(dú)立又彼此制約。

    2.1.2.3 　系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力和完善的報(bào)警自保護(hù)功能。

    2.1.2.4 　通過與計(jì)算機(jī)通訊，可以顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、故障報(bào)警。

    2.1.3 　控制系統(tǒng)的組成

    混凝土攪拌控制系統(tǒng)由主控器和外圍電路組成，其原理如圖2所示。

    可編程控制器是核心，其中包括輸入、輸出單元、控制單元、檢測單元和通訊單元。PLC 不斷地掃描檢測各種輸入信號的狀態(tài)，并且通過程序發(fā)出指令，控制相應(yīng)的氣缸、控制閥和電機(jī)，從而完成混凝土攪拌的過程，與此同時(shí)還顯示相應(yīng)的信號，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌過程的自動控制和跟蹤顯示。

    3 　PLC 輸入、輸出的確定及選型

    根據(jù)以上分析， PLC 在自動控制系統(tǒng)中主要是控制相關(guān)的氣缸、控制閥和電機(jī)。對這些氣缸、控制閥和電機(jī)的控制完成水泥、砂石、水和外加劑的稱量和輸送混合。對這些控制對象分別給以相應(yīng)的代號作為PLC 的輸出。

    PLC 的輸入主要是氣缸運(yùn)行的行程開關(guān)和稱重的傳感器以及相互聯(lián)鎖的行程開關(guān)。還有手動操作以及工作模式選擇時(shí)要使用的按鈕開關(guān)、選鈕開關(guān)等。對這些信號分別給以相應(yīng)的代號作為PLC 的輸入。

    經(jīng)過調(diào)試，最后確定PLC 的輸入、輸出點(diǎn)總數(shù)為58 點(diǎn)。

    根據(jù)前面確定的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以及通過與計(jì)算機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面操作，完成故障的判斷和處理、混凝土攪拌的配比、混凝土產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)等過程。我們選用了OMRON 公司生產(chǎn)的C200H 型PLC 作為主機(jī)。這種機(jī)型技術(shù)先進(jìn)、成熟，編程方便，性能價(jià)格比也合適。

    4 　控制程序設(shè)計(jì)

    PLC 程序設(shè)計(jì)的基本要求是程序能使控制系統(tǒng)按照工作流程的要求進(jìn)行循環(huán)動作。為此，我們按照主要控制程序和輔助控制程序的思路進(jìn)行了由基本到完善，由簡單到復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)。本設(shè)備程序設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：主控制程序和輔助控制程序。主控制程序?qū)崿F(xiàn)工作流程的循環(huán)聯(lián)鎖控制。輔助控制程序則是輔助保障主控制程序的可靠運(yùn)行。

    4.1.1 　主控制程序設(shè)計(jì)

    根據(jù)工作流程對每個(gè)氣缸、控制閥和電機(jī)的動作要求找出相關(guān)的輸入、輸出點(diǎn)，再在PLC 的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)區(qū)找出恰當(dāng)?shù)闹噶詈蛿?shù)據(jù)，然后把它們編成相應(yīng)動作的程序，再依據(jù)動作的順序，利用相關(guān)的輸入或輸出信號進(jìn)行控制程序調(diào)用，形成實(shí)現(xiàn)工作流程的主要運(yùn)行程序。

    4.1.2 　輔助控制程序設(shè)計(jì)

    輔助控制程序包括系統(tǒng)初始化、斷電保護(hù)、故障報(bào)警和抗干擾等部分。

    4.1.2.1 　系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)

    根據(jù)工作流程的要求，PLC 控制程序執(zhí)行輸出動作時(shí)，計(jì)算機(jī)必須已經(jīng)處于數(shù)據(jù)的采集與處理狀態(tài)，因此，需要設(shè)定內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)志。只有當(dāng)計(jì)算機(jī)復(fù)位該標(biāo)志時(shí)， PLC 才能確認(rèn)計(jì)算機(jī)已處于所要求的狀態(tài)，否則必須關(guān)斷所有輸出負(fù)載，進(jìn)入等待。

    4.1.2.2 　斷電保護(hù)程序設(shè)計(jì)

    由于整個(gè)設(shè)備的工作流程是連續(xù)循環(huán)進(jìn)行的，因此斷電之后再起動必須仍然恢復(fù)斷電前的狀態(tài)。程序設(shè)計(jì)選擇具有斷電保護(hù)的內(nèi)部輔助保持繼電器和數(shù)據(jù)，將氣缸、電磁閥或電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行保存，實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。

    4.1.2.3 　故障自動報(bào)警設(shè)計(jì)

    為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)了故障自動報(bào)警程序。利用PLC 指令系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等指令，對主要的控制信號進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生故障碼輸出和聲光報(bào)警。通過PLC 與計(jì)算機(jī)通訊，計(jì)算機(jī)同時(shí)可以顯示出故障點(diǎn)和故障原因，利于迅速及時(shí)排除故障，恢復(fù)程序的運(yùn)行。

    圖3 　系統(tǒng)初始化程序框圖

    4.1.2.4 　抗干擾程序設(shè)計(jì)

    雖然PLC 具有很高的可靠性，但由于現(xiàn)場提供給PLC 的開關(guān)量信號有誤，就可能使控制過程出錯(cuò)。因此進(jìn)行了抗干擾程序設(shè)計(jì)，避免干擾信號出現(xiàn)時(shí)發(fā)生誤動作。例如輸入觸點(diǎn)的抖動，PLC 采用微分指令判別，再進(jìn)行保持繼電器鎖定。還可以充分利用PLC 的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等指令，加以延時(shí)保護(hù)。

    4.1.3 　PLC與計(jì)算機(jī)通訊

    通過PLC 通訊單元實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，可以傳送至PLC 的DM 數(shù)據(jù)區(qū)，計(jì)算機(jī)還可以直接讀寫PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，也可以監(jiān)控程序執(zhí)行狀態(tài)，其相互關(guān)系如圖4 所示。PLC 實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通訊，可以完成混凝土的配比參數(shù)的選擇，也使PLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試拋開了編程器的不直觀不方便的缺餡，調(diào)試、參數(shù)修改和故障處理等都實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作對話，控制系統(tǒng)更完善，這是目前自動控制領(lǐng)域最理想的控制方式，即采用計(jì)算機(jī)為數(shù)據(jù)管理級，PLC 為數(shù)據(jù)控制級，PLC 與計(jì)算機(jī)通訊形成控制網(wǎng)絡(luò)管理現(xiàn)場的控制系統(tǒng)。

    圖4 　PLC 與計(jì)算機(jī)的關(guān)系框圖

    5 　結(jié)束語

    由PLC 和計(jì)算機(jī)共同組成的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌工作流程的自動控制。該控制系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、攪拌的混凝土質(zhì)量好，故障率低，生產(chǎn)量大，能耗低以及操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于建筑工程、公路工程、橋梁工程等。PLC + 計(jì)算機(jī)的控制是目前控制領(lǐng)域最流行的控制模式， PLC 與計(jì)算機(jī)通訊構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)多套攪拌系統(tǒng)的群控。

    [參考文獻(xiàn)]

    [1]可編程控制系統(tǒng)原理·應(yīng)用·維護(hù)[M]。北京： 清華大學(xué)出版社，1996。

    [2]C200H 可編程控制器操作手冊[M] 。 上海：上海歐姆龍自動化系統(tǒng)有限公司，1996。

    [作者簡介]師儉英(1969 - ) ，女，工程師，工業(yè)電器自動化專業(yè)。

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