混凝土攪拌站自動控製係統的設計

隨著城市現場化建設的不斷發展，以往那種由工地自行生產(chan) 混凝土的方式由於(yu) 其質量難以保證、噪聲及粉塵汙染大，因而必將為(wei) 自動控製的混凝土攪拌站所取代。自動控製的混凝土攪拌站具有產(chan) 品質量優(you) 良穩定、生產(chan) 成本低、環保性能良好等特點，正在成為(wei) 混凝土生產(chan) 的主流。

我們(men) 設計的混凝土攪拌站計算機控製係統是一套用於(yu) 生產(chan) 混凝土的自動化電子配料、控製裝置，它由工控機、操作台及配電櫃三部分組成，能夠按照給定的配方，自動、連續地控製各部分組成，連續地控製各部分物料稱量、投料、攪拌和出料。同時，本係統的軟件還具有財務管理、生產(chan) 統計、誤差分析及原材料消耗統計等一係列管理功能。另外，在研製混凝土攪拌站自動控製係統的過程中，還著重考慮了如何提高係統的可靠性和精度的問題。

1 係統硬件結構

係統結構如圖1所示。

1.1 工控機

為(wei) 了保證整個(ge) 控製係統的可靠性，選用研華工控機作為(wei) 上位機，內(nei) 裝MOXA四端口串行擴展卡、64入/64出的光隔離開關(guan) 量輸入/輸出卡和並行擴展卡。因為(wei) 工控機和置於(yu) 操作台中的四台稱重配料儀(yi) 距離很近，采用RS232C通訊協議。光隔離開關(guan) 量輸入/輸出卡用於(yu) 生產(chan) 流程控製和生產(chan) 過程輸入。工控機另接兩(liang) 台EPSON300K 24針打印機，用於(yu) 打印報表和票據。

1.2 稱重配料儀(yi)

稱重配料儀(yi) 包括骨料磅表、水泥磅表、水磅表、藥水磅表，由直流電源、A/D轉換器、微處理器、鍵盤、顯示器、串行接口、存儲(chu) 器和光電隔離控製接口幾個(ge) 部分組成（其中的藥水磅無A/D轉換，由微處理器直接計輸入脈衝(chong) ）。稱重配料儀(yi) 係統結構如圖2所示。

1.3 控製執行單元和過程輸入單元

置於(yu) 操作台和配電櫃內(nei) ，工控機和稱重配料儀(yi) 的控製輸出信號經晶體(ti) 管放大後驅動24伏中間繼電器，由中間繼電器再驅動各種交流接觸器來驅動幾百瓦到60千瓦的各種負載。另外，各種生產(chan) 過程信號及警信號經過電平轉換後由工控機內(nei) 的I/O板獲取，再由軟件進行分析處理。

1.4 操作台及配電櫃

由空氣開關(guan) 、接觸器、熱繼電器等組成的強電控製櫃能實現各種設備電機運轉的驅動和短路保護、電機過載保護。操作台上，有自動/手動轉換開關(guan) 、各種功能按鈕和開關(guan) 以及各種急停按鈕。整個(ge) 操作台上的各種按鈕和開關(guan) 組成了一個(ge) 工藝流程模擬屏，自動操作時各種設備和生產(chan) 流程由工控機軟件控製，操作台上的工藝流程模擬屏具有顯示設備的運行狀態的功能。手動操作時操作台可用來調試設備或手動生產(chan) 。

2 係統軟件設計

2.1 上位機

上位機軟件在Windows環境下，采用Delphi語言編寫(xie) ，實現全漢化用戶界麵，采用事件驅動技術。程序由生產(chan) 模塊、參數設定、配方管理、物料管理、客戶管理、田螺車管理和工程項目管理及各種統計報表等模塊組成，具有界麵友好、操作簡便、功能強大等特點。

·生產(chan) 模塊：操作者隻需選擇客戶、工程、配方和國螺車號，輸入此車生產(chan) 量，程序即可自動安排生產(chan) 槽數，根據砂含水量自動調整水和砂量，並計算出每槽需稱的各種物料量。自動完成整車混凝土的生產(chan) 並打印和存儲(chu) 每槽生產(chan) 數據和打印此車發票。整個(ge) 生產(chan) 流程和數據以及報警信息都用動態方式顯示給操作者。

·配方管理：可預設和管理多達一百個(ge) 配方，並設密碼防止誤修改和刪除。

·物料管理：管理物料進料和進行物料用量統計，有效防止物料供應商少料。

·客戶管理：可進行用戶管理，記錄客戶信息、統計客戶混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·工程項目管理：可按工程項目進行管理，統計客戶的某一工程混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·田螺車管理：可統計每輛田螺車的出車次數、行駛裏程、車輛狀況等，用於(yu) 考核司機。

·各種統計報表：可打印多達二十種統計報表，可按時間、票據號碼等不同方式檢索，供攪拌站管理人員使用。

2.2 下位機（稱重配料儀(yi) ）

係統軟件主要由主程序、中斷服務程序和其它子程序組成。軟件采用模塊化設計，包括通訊模塊、顯示模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊和控製模塊等。各模塊源程序用符合ANSI標準的C語言編寫(xie) ，然後由FranklinC51編譯器生成一個(ge) 可重新定位的目標文件，再將目標文件固化進89C51的ROM中即可。

稱重配料儀(yi) 不但具有一般電子稱的所有功能，如顯示重量值等，還可以設定一些參數。它的主要功能是通過串行口接收工控機發送的各種物料的稱量值，等接收到工控機的開始稱料命令後，稱重配料儀(yi) 根據程序進行稱重配料，並且同時將程序進程和物料淨重發送給工控機，實現稱重配料功能。

3 其它技術措施

3.1 增強可靠性的措施

為(wei) 了提高係統的可靠性，在設計中采用了如下措施：

·工控機和稱重配料儀(yi) 等弱電部分采用單獨供電。

·弱電部分供電通過在線式1KWUPS，既淨化了弱電供電電源，又可保證工控機不會(hui) 因為(wei) 突然掉電而丟(diu) 失數據。

·要求整個(ge) 係統接地電阻小於(yu) 1Ω。

·工控機和稱重配料儀(yi) 中控製輸出及報警輸入全部采用光電隔離技術，有效防止外部幹擾信號進入。

·交流接觸器全部安裝阻容吸收。

·中間繼電器線包全部安裝二極管吸收回路。

·各種弱電傳(chuan) 輸電纜全部采用屏蔽線，並且屏蔽層單端接地。

·稱重配料儀(yi) 硬件設計上有WatchDog，並在軟件設計中采用容錯技術。

·在稱重配料儀(yi) 的印刷線路板設計中，采用了布較粗的地線，模擬地與(yu) 數字地一點接地，並合理布置芯片位置。

實踐證明以上措施是行之有效的，對保證係統正常可靠地運行起很大的作用。

3.2 提高精度和生產(chan) 速度的技術措施

主要是通過提高稱重配料儀(yi) 的稱量精度和速度來實現。這是在保證生產(chan) 速度的條件下節紅水泥和確保混凝土質量的關(guan) 鍵技術問題。

3.2.1 A/D轉換器的選擇

為(wei) 了保證係統的數據采集精度，本係統中的稱重配料儀(yi) 采用了AD公司的AD7712轉換芯片。AD7712是24位的A/D轉換器，它采用了∑-Δ轉換技術，具有高精度、低噪聲、抗幹擾能力強的特點。

3.2.2 自動配料控製方法的選擇

影響配料誤差的主要原因為(wei) ：料鬥門或螺旋給料器的動作滯後時間和空中餘(yu) 料（衝(chong) 量）的隨機變化。為(wei) 此，對不同類型的物料，分別采用不同的辦法。

·對水泥、粉煤灰采用變速給料來減少衝(chong) 量影響。稱量時，先高速給料，達到設定值的90%左右後自動變為(wei) 低速配料，實現精稱。

·對骨料（大石、小廠、砂）采用大小閘口和逐次逼近的精稱方法。精稱時大小閘口全開，快速達到關(guan) 閘值（設定值-經驗空中餘(yu) 量*大值）後關(guan) 閉閘口，穩定後根據與(yu) 目標值的差距量自動計算出脈衝(chong) 補料時間，然後用小閘口補料，一般經過1～2次補料就能完成精稱配料。

·對水采用粗、細管加水方案，實現流量精稱。

通過以上技術措施，不但提高了稱量精度，而且保證了生產(chan) 速度。

本文介紹了混凝土攪拌站自動控製係統通過了技術鑒定，已應用於(yu) 香港、深圳、順德等多個(ge) 混凝土攪拌站，並合部通過ISO9002認證，已累計正常生產(chan) 幾十萬(wan) 立方商品混凝土，符合有關(guan) 要求。