可編程控制器在混凝土攪拌站控制系統(tǒng)上的應用

    [關鍵詞] 　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。而可編程控制器( PLC) 以其運行穩(wěn)定可靠、易學易用、抗干擾性能強等特點，在工業(yè)控制中得到廣泛應用。

    隨著PLC 的發(fā)展，多種特殊I/ O 模塊的開發(fā)，PLC 控制功能越來越強大;通過通訊與計算機共同使用既可彌補PLC 控制數(shù)據(jù)處理、人機界面操作等弱點，也可克服計算機現(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，實現(xiàn)了混凝土攪拌過程的全自動化控制，運行安全可靠。通過與計算機通訊實現(xiàn)人機界面操作，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，攪拌機控制系統(tǒng)上電后，進入人- 機對話的操作界面，系統(tǒng)進行初始化處理，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、計量斗進行檢測，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、石皮帶電機進料到計量斗;打開粉煤灰、水泥罐的蝶閥，啟動螺旋機電機輸送粉煤灰、水泥到計量斗;開啟水倉和外加劑池的控制閥使水和外加劑流入計量斗。計量滿足設定要求后開啟計量斗斗門，配料進入已啟動的攪拌機內(nèi)攪拌混合，到設定的時間打開攪拌機門，混凝土進入己接料的攪拌車內(nèi)。

    2.1.2 　控制要求

    2.1.2.1 　各個氣缸、控制閥和電機按混凝土攪拌流程的要求運行，各個氣缸、控制閥和電機的控制必須準確、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，且相互間的關系是獨立又彼此制約。

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

    2.1.2.4 　通過與計算機通訊，可以顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、故障報警。

    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，控制相應的氣缸、控制閥和電機，從而完成混凝土攪拌的過程，與此同時還顯示相應的信號，實現(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)中主要是控制相關的氣缸、控制閥和電機。對這些氣缸、控制閥和電機的控制完成水泥、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的代號作為PLC 的輸出。

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

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

    根據(jù)前面確定的輸入、輸出點數(shù)，以及通過與計算機通訊實現(xiàn)人機界面操作，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)計等過程。我們選用了OMRON 公司生產(chǎn)的C200H 型PLC 作為主機。這種機型技術先進、成熟，編程方便，性能價格比也合適。

    4 　控制程序設計

    PLC 程序設計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行了由基本到完善，由簡單到復雜的程序設計。本設備程序設計主要分為兩個部分：主控制程序和輔助控制程序。主控制程序實現(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行。

    4.1.1 　主控制程序設計

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

    4.1.2 　輔助控制程序設計

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

    4.1.2.1 　系統(tǒng)初始化程序設計

    根據(jù)工作流程的要求，PLC 控制程序執(zhí)行輸出動作時，計算機必須已經(jīng)處于數(shù)據(jù)的采集與處理狀態(tài)，因此，需要設定內(nèi)部輔助繼電器標志。只有當計算機復位該標志時， PLC 才能確認計算機已處于所要求的狀態(tài)，否則必須關斷所有輸出負載，進入等待。

    4.1.2.2 　斷電保護程序設計

    由于整個設備的工作流程是連續(xù)循環(huán)進行的，因此斷電之后再起動必須仍然恢復斷電前的狀態(tài)。程序設計選擇具有斷電保護的內(nèi)部輔助保持繼電器和數(shù)據(jù)，將氣缸、電磁閥或電機的運行狀態(tài)和參數(shù)進行保存，實現(xiàn)斷電保護。

    4.1.2.3 　故障自動報警設計

    為了保證設備的正常運行，設計了故障自動報警程序。利用PLC 指令系統(tǒng)的計時器、計數(shù)器等指令，對主要的控制信號進行監(jiān)控。當故障出現(xiàn)時，產(chǎn)生故障碼輸出和聲光報警。通過PLC 與計算機通訊，計算機同時可以顯示出故障點和故障原因，利于迅速及時排除故障，恢復程序的運行。

    圖3 　系統(tǒng)初始化程序框圖

    4.1.2.4 　抗干擾程序設計

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

    4.1.3 　PLC與計算機通訊

    通過PLC 通訊單元實現(xiàn)與計算機的通訊，計算機完成數(shù)據(jù)的采集和處理，可以傳送至PLC 的DM 數(shù)據(jù)區(qū)，計算機還可以直接讀寫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)，其相互關系如圖4 所示。PLC 實現(xiàn)與計算機通訊，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現(xiàn)人機操作對話，控制系統(tǒng)更完善，這是目前自動控制領域最理想的控制方式，即采用計算機為數(shù)據(jù)管理級，PLC 為數(shù)據(jù)控制級，PLC 與計算機通訊形成控制網(wǎng)絡管理現(xiàn)場的控制系統(tǒng)。

    圖4 　PLC 與計算機的關系框圖

    5 　結束語

    由PLC 和計算機共同組成的控制系統(tǒng)實現(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，可廣泛應用于建筑工程、公路工程、橋梁工程等。PLC + 計算機的控制是目前控制領域最流行的控制模式， PLC 與計算機通訊構成網(wǎng)絡還可以實現(xiàn)多套攪拌系統(tǒng)的群控。

    [參考文獻]

    [1]可編程控制系統(tǒng)原理·應用·維護[M]。北京： 清華大學出版社，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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