國內混凝土攪拌站控制系統及其發展
混凝土作為用途最廣、用量最大的一種建筑材料,廣泛應用于現代化建設及其大型水利等工程中,其生產主要靠攪拌站,本文分析了目前混凝土攪拌站所用的主要控制系統及其使用現狀,根據信息化要求提出一種新型的上位機控制方案,從而更好的完成生產過程的監測與控制。
現代混凝土是由水泥、砂、石、水和添加劑等組成的多項聚集體,并能滿足“高工作性、高抗壓性和高耐久性”等基本要求的符合材料,它與傳統混凝土在組成、配合比設計、施工方式等方面有著巨大不同,以往那種由工地自行生產混凝土的方式由于其質量難以保證、噪聲及粉塵污染大、資源利用率低、生產效率低下等缺點,因而必將為自動控制的混凝土攪拌站所取代。自動控制的混凝土攪拌站具有產品質量優良穩定、生產成本低、環保性能良好等特點,正在成為混凝土生產的主流。
1 下位機控制系統
在早期的混凝土生產控制中,程序控制采用繼電器控制系統,由繼電器、接觸器、行程開關等組成的硬件按照一定的控制要求布線而成[2],來實現各種機械設備所特有的程序控制。這種固定接線方式的程序實現是與具體的機械動作相對應的。這種系統有著十分明顯的缺點:體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高;對生產工藝多變的系統適應性更差,如果生產任務或工藝發生變化,就必須重新設計,改變硬件結構,造成時間和資金的嚴重浪費,但繼電接觸器控制系統是現代電氣控制技術的基礎,其它控制技術都是在此基礎上發展而來的。自20 世紀60 年代PLC 誕生以來,就受到普遍重視,其應用發展也十分迅速,原因在于與以前的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點,能夠有效地彌補繼電器控制系統的缺陷,因而成為現代控制的主流。采用PLC 的混凝土攪拌站控制系統已不僅僅是一種比繼電接觸器更可靠、功能更齊全、控制更靈活的工業控制器,而是一種可以通過軟件來實現控制的工業控制計算機。在生產工程中,用PLC 來實現整個生產流程的控制,常規電器僅僅是輸入設備或執行電器。
2 上位機控制系統
所謂上位機,就是和操作者直接接觸到控制界面,它對實際控制的硬件實現封裝管理,使我們在完全不了解硬件系統的前提下也能很好的完成控制操作,具有交互式的人機界面是先進上位機系統的一個重要標志。隨著計算機技術和微電子技術的發展,混凝土攪拌站上位機控制系統主要有3 類。
2.1 單片機及外圍器件控制
這種控制系統相對于單純的繼電器控制系統柔性要好,只需修改程序而不需調整系統的硬件設置就可采用新工藝生產,有簡單的管理功能,如配方的管理和選擇、生產狀態的顯示(液晶屏)等和一定的數學運算功能,使稱量精度更高。但是其柔性有限,穩定性較差,不能實現生產數據的記錄、統計、分析等管理功能。
2.2 組態軟件和觸摸屏
MCGS(monitor and control generated system)工控組態軟件是目前應用比較多的上位機控制系統,組態軟件是指一些集數據采集和過程控制于一體的專用軟件,它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境,使用靈活的組態方式,為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具,它的運行必須有載體,目前主要有工業用計算機和觸摸屏與組態軟件結合使用。觸控屏(Touch panel)又稱為觸控面板,是將顯示器、鼠標和鍵盤結合在一起的控制及顯示部件,當觸碰到屏幕上的圖形按鈕時,其內置的觸覺反饋系統可根據內部程序驅動相應連結裝置,并借由液晶屏顯示出生動的影像監控效果。觸摸屏運行的程序也需要專用的編程軟件編寫。
無論是組態軟件和工控機的結合還是組態軟件和觸摸屏的結合,都大大豐富了上位機的人機控制界面,是操作控制變得更簡單,在實際的混凝土生產中都得到了廣泛的應用,但組態軟件的價格一般比較昂貴,而且主要靠進口,從某種程度上限制了它的普及。其實,上位機和下位機并沒有嚴格的劃分,一般情況下是,觸摸屏和裝有組態的工控機發送控制指令,因此可以看做是上位機,PLC接收指令,完成相應的動作,PLC 就可看做下位機,并且通過通訊,現場的一些數據或者設備運行的狀態,及故障信息可以通過PLC 反饋到觸摸屏或者工控機上,便于操作者對設備運行狀況的監控。
利用上位機軟件實現的混凝土攪拌站的控制管理具有良好的人機互動界面,使復雜的控制變得相對簡單,同時極大的豐富了攪拌站管理系統的功能,在某些方面的可以替代組態軟件和觸摸屏的使用,具有良好的發展前景。
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