和利時LK大型PLC在混凝土攪拌站控制系統中的應用

控制系統    時間:2014-03-13 02:29:12
和利時LK大型PLC在混凝土攪拌站控制系統中的應用簡介
    摘  要 混凝土攪拌站控制系統是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、攪拌,自動生產出混凝土的控制系統。混凝土生產的關鍵步……
和利時LK大型PLC在混凝土攪拌站控制系統中的應用正文

 摘  要 混凝土攪拌站控制系統是將砂石、水泥、水以及外加劑等原料按一定比例混合、攪拌,自動生產出混凝土的控制系統。混凝土生產的關鍵步驟就是按照一定比例混合生產原料,投料精度對於生產出的混凝土質量有著重要影響。目前搭建混凝土攪拌站控制系統主要有兩種方式,一種是採用工控機搭配數據採集、控制等板卡作為系統硬體,用C++等編程軟體製作上位機操作界面。還有一種就是採用PLC作為系統控制器,用組態軟體編寫上位機操作系統。PLC以其靈活、可靠等特點越來越多的應用在混凝土攪拌站系統中,和利時公司的LK系列PLC也以其強大的數據採集以及處理能力,在混凝土攪拌行業中有著很好的應用。
關鍵詞 LK PLC;混凝土攪拌系統
1 引言

  早期的混凝土主要由建築工地自行生產,此種生產方式效率低、勞動強度大、生產環境惡劣,生產出的混凝土質量不容易控制,對生產工人的身體也有較大的危害。隨著我國對混凝土的需求量越來越大,對其質量要求也越來越高,傳統生產方式已經滿足不了需求。對此在90年代后我國的混凝土攪拌站技術有了快速的發展,目前搭建混凝土攪拌站控制系統主要有兩種方式,一種是採用工控機搭配數據採集、控制等板卡作為系統硬體,用C++等編程軟體製作上位機操作界面。採用這種方式在初期投入成本上有一些優勢,但是工控機以及採集卡在惡劣環境下長時間工作的可靠性較差,後期維護成本較高,C++編程、修改也比較複雜,系統的可擴展性與開放性也有很大的局限性。還有一種就是採用PLC作為系統控制器,用組態軟體編寫上位機操作系統。PLC以其靈活性、可靠性聞名,編程易於學習跟掌握,組態軟體使用簡單並有豐富的圖庫,可以方便的編製出功能強大的上位機操作系統。為了保證混凝土的生產質量,需要控制器有強大的模擬量處理能力以及快速的模擬量採集能力,和利時公司的LK PLC繼承了和利時DCS模擬量處理能力強的優點,同時還有全通道(6通道)採樣周期小於50ms的模擬量採集模塊,這些為生產出高質量的混凝土提供了保障。下面就詳細介紹一下採用和利時公司的LK系列PLC搭建的混凝土攪拌站控制系統。
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。在攪拌站控制系統中各原料按照給定的配比進行稱重配料,然後卸料至攪拌機進行混合攪拌,攪拌設定時間后出砼,最後由運輸車運走。
 

  砂石等骨料的配料稱重裝置由給料閥門與計量斗組成,按照給定的配料比例,系統先將骨料投入到計量斗中,然後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加入到計量斗中,再通過計量斗把粉料卸放到攪拌機中。
  外加劑與水都是通過水計量斗輸送到攪拌主機中的,首先按設定比例配好水跟外加劑,然後通過外加劑計量斗把外加劑輸送到水計量斗中,最後外加劑與水一起加入到攪拌主機中。

 

  為保證配料精度,系統會根據原料投入計量斗中的量去執行補料或扣料功能。當原料投入量在配料落差範圍內,並且配料誤差大於配料誤差允許值時,系統會執行補料功能,補料功能是以點動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;當原料投入計量斗中的投入量大於配料設定值時,系統會在卸料的過程中執行扣料功能,扣料功能是以點動的方式開啟卸料閥門,扣除多餘原料供下一批次生產使用。
3 混凝土攪拌站控制系統設計
系統結構
  此系統採用和利時公司的LK系列PLC作為控制器。控制系統結構如圖3-1所示,在控制層配置一個控制站,負責與現場的I/O信號進行通訊,同時負責整個批次處理過程的控制;在操作層採用了1個操作員站(兼工程師站),用於操作攪拌站控制系統,同時又採用了一個15寸觸摸屏作為系統備份,當操作員站出現故障時,可以使用觸摸屏對系統進行操作,從而不會影響正常生產。操作員站、觸摸屏與現場控制站通過工業乙太網交換機進行數據交換,印表機負責列印日常報表。 

PLC硬體配置
  為提高系統的可靠性,本系統採用支持冗餘的CPU LK210組成冗餘控制系統,以及高速模擬量採集模塊LK412,其全通道(6通道)採樣周期小於50ms,並且通道之間是隔離的。高速模擬量採集對於提高攪拌站控制系統的投料精度至關重要,也是提高混凝土質量的保障。
 

 

上位機操作系統
  上位機操作系統採用和利時公司的FacView進行開發,實現對PLC控制站的監視與控制。通過連接SQL2000資料庫進行配方數據設置、讀取;生產任務、生產數據記錄等工作。整個混凝土的生產流程如圖3-2所示,從圖中可以看出從下生產訂單到混凝土生產,直至最後的生成生產報表都可以自動完成,系統的自動化程度非常高,操作很方便。
 

  系統的監控畫面如圖3-3所示,在這裡可以對整個系統進行手動或自動控制並監視系統的運行狀態,在畫面的左下角可以進行生產訂單下載、配方選擇等操作,右邊可以對系統誤差值以及時間等參數進行設置。本系統還具有任務管理、配方管理、生產數據瀏覽和生產數據報表列印等功能。 

觸摸屏操作系統
  觸摸屏也可以完成對系統的監視與控制,並擁有配方管理、生產數據記錄功能等,觸摸屏操作界面如圖3-4所示:
 

4 應用特點
  基於LK PLC的混凝土攪拌站系統具有如下特點:
   可靠性
  可靠性是攪拌站系統的關鍵,本系統採用LK冗餘控制系統進一步保證了系統的可靠性,當主CPU出現故障時,從CPU會在一個掃描周期(50ms)之內完成切換,從而保證系統不間斷運行。不僅如此系統還支持乙太網冗餘,DP匯流排冗餘,乙太網冗餘保證了LK與上位機通訊的可靠性,DP匯流排冗餘保證了本地背板與擴展背板通訊的可靠性。上位機系統採用PC與觸摸屏互備,觸摸屏作為PC機的備用,當PC機出現問題的時候可以使用觸摸屏控制攪拌站系統,從而不會耽誤生產,可以看出本系統在控制層與管理層都有相當高的可靠性。 
  系統功能強
  LK系列PLC可靠性高,運算速度快,邏輯控制容量大,還可進行在線調試、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複雜,要求數據運算速度快的系統。增量下載功能能夠在完成程序的修改同時不會影響系統的現有狀態,為系統調試帶來很大方便。混凝土攪拌站系統屬於比較典型的順序控制系統,並且邏輯比較複雜,本系統採用順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)以及結構化文本語言(ST)混合編程的方式實現了系統邏輯,骨料、粉料以及液體料劑投料的過程採用SFC編程實現,手動控制等邏輯採用LD實現,一些比較複雜的控制演算法採用ST實現,整個程序可讀性強易於修改。
  投料精度高
  系統模擬量採集速度對於混凝土攪拌站控制系統的投料精度以及產出的混凝土品質有著至關重要的影響,本系統採用高速模擬量採集模塊(6通道採樣周期小於50ms),為保證系統的投料精度以及混凝土品質提供了保障。
  資料庫記錄完善
  上位機操作系統採用Facview組態軟體以及SQL2000資料庫搭建,可以實現系統監控以及生產數據記錄等功能,觸摸屏作為上位機的備用同樣有系統監控以及數據記錄等功能,在上位機出現故障的時候可以單獨使用進行生產。

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