摘要：混凝土自动搅拌站在工程建设中起到了重要的作用。本文介绍了一种以西门子S7- 226 可编程控制器为控制核心, 触摸屏作为人机界面所开发的自动混凝土搅拌系统。具有良好的人机交互功能, 提高了系统的可靠性、易操作性。详细描述了混凝土搅拌站自动控制系统的硬件结构和软件流程以及触摸屏的编程方法, 提供一种实用的混凝土搅拌站自动化控制系统解决方案。
关键词：PLC; 混凝土搅拌站; 触摸屏; 数据采集
0.引言
随着社会经济的发展和技术的不断进步, 自动控制的混凝土搅拌站具有产品质量优良、生产效率高、环保性能好等特点, 正在成为混凝土生产的主流。在目前的建筑市场中, 因偷工减料, 导致混凝土强度降低, 不符合设计要求的事情屡有发生。建筑工程上需要占地面积不大,成本不高, 适合场地多变的混凝土搅拌设备。本文系统介绍了一种西门子S7- 226 可编程控制器控制, 触摸屏为人机接口的混凝土自动搅拌系统, 系统中重点加入了工程建设中监理工程师对配方的认可。
以触摸屏和可编程控制器为控制器开发的混凝土搅拌站自动化控制系统, 具有稳定、可靠,可以按照设定的配方, 自动、连续地控制各部分物料的计量、投料、搅拌和出料, 同时该系统还有对数据进行浏览、查询、统计、打印等一系列管理功能。系统通过除n 取余震荡曲线法对落差进行自动修正, 准确地控制计量精度。通过触摸屏和PLC 结合使用, 可以在触摸屏中直接设定目标值与实际值进行比较。并可实时监控到系统实际值的大小, 实现报警, 判断等功能。结合触摸屏系统, 电子称量仪表的配套使用, 使之功能更加强大, 现已广泛应用于工业生产中。
1.自动搅拌站的系统结构
搅拌站按生产工艺分为一阶式和二阶式, 二阶式设备中物料(主要指石料和沙料) 需经过二次提升, 即计量完毕后, 再经皮带机或提升斗提升到搅拌机中进行搅拌。这种结构的优点是结构紧凑, 一次性投资小, 占地面积小, 移动灵活, 一般用于中小型混凝土施工中。
自动搅拌站的总体结构如图1所示, 系统主要由储料斗、骨料称量系统、皮带输送机、搅拌仓、水泥仓等部份组成。储料斗可供单独储存25m3 的两种不同石料和两种不同的沙料, 四种骨料通过机架上的四个碟型电磁阀动作控制斗门, ( 斗门可用调节手柄来调节斗门开启的大小, 提高计量精度) , 使骨料从储料斗, 下落至称量斗中进行分别称量, 然后启动皮带输送机把配好的物料送入上料皮带中。本搅拌站釆用分别计量, 各种骨料在称量前称量系统均设有调零输出, 能自动去皮重, 修正落差, 有效地控制了各种骨料的计量精度。称量时把称量传感器输出电压信号输入PLC 控制系统。混凝土生产时的工艺流程是控制系统根据用户设定的混凝土用量, 经控制器计算所须的水泥、水、沙料、石料先后称量送入搅拌仓中, 搅拌后即为混凝土产品, 其中水泥和水的用量利用控制电机的启动时间来确定。
后称量过程为先在PLC 控制系统中设定骨料所需量, 骨料从斗门泻入称量斗中, 待称量完毕后, 控制系统将自动将料门关闭。上料皮带机在提升电机的转动下, 将骨料提升至搅拌仓内构成。
2.自动搅拌站控制系统的硬件设计
控制系统硬件结构如图2 所示, 系统采用PLC 为控制器, 触摸屏为人机接口。其中PLC 是整个控制系统的核心, 所有的开关量控制以及顺序控制都需经过PLC 处理。现场的称重传感器将重量信号反馈给信号处理模块CB890, CB890 经过相应的处理后, 将快、慢速配料信号送给PLC, 通过逻辑处理去驱动现场的放料电磁阀或电动机; 其余的动作机构则是通过按钮给PLC 输入信号来实现控制。系统采用了SIMENS公司的S7- 200系列CPU226 216- 2BD23- 0XB8 (配数字量输出模块、模拟量输入模块), 采用继电器输出, 既可带直流负载, 也可带交流负载。系统配置了一台触摸屏, 它与PLC 进行通信, 现场的工作状态可通过触摸屏进行数据监视, 同时用户也可通过触摸屏向PLC发出控制信号, 实现用户的人工控制。利用触摸屏丰富的软、硬件资源, 实现混凝土的配比可由监理工程师设定或查询等。
3.PLC 软件系统的设计
3.1 流程图的设计
PLC作为控制单元, 是整个系统的控制核心。通过接收开关量, 模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制断电器的动作, 流程图如图3 所示:
3.2 主要完成以下功能:
( 1) 初始化变量, 设置自由通讯口协议和中断协议;
( 2) 与触摸屏进行实时通讯, 为触摸屏的显示提供数据, 并对触摸屏输入的信息进行处理;
( 3) 完成数字量与模拟量的相互转换;
( 4) 对流体或液体物料加料时, 自动计算;
( 5) 设置零位范围, 称量程范围;
( 6) 判错信息, 报警信息;
4.触摸屏软件设计
4.1 系统主界面的设计
在开发软件ADP3 上, 创建一个欢迎页面, 页面上有一个透明的触摸按钮, 其功能为切换画面, 当点击页面触摸按钮时即进入参数设置页面, 运行时进入显示页面, 当外界无动作时, 由PLC 编程实现30秒后, 改写状态控制区中的数据, 将参数显示页面载入。在欢迎页面上和欢迎页面上的触摸按钮上可放置文本、图标, 对系统进行说明与标注等, 见图4 所示:
在本设计中, 还采用了监理工程师的理念, 设计了安全系统界面,而只有当工程师负责人输入密码, 界面将进入主系统界面, 并且在页面上有隐藏的设置密码的密码表, 只有监理工程师才可以进入并进行修改, 在界面上的帮助可以进入帮助界面, 可以对操作进行说明和对系统维护的说明等。
4.2 参数显示页面的设计
在系统中, 用户需要观察的量为选用的配比号、每批搅拌罐数、正在搅拌第几罐、搅拌时间、水调整值、骨料重量、水泥重量、添加剂重量、水重量。因此, 设置相应数字显示区, 分别显示相应的值, 在数字内存表中占据相应的存贮空间, 同时, 通过数字内存表的地址与PLC 数字存储区的位置对应起来。系统启动后, 由传感器、显示仪表等将有关信号送入PLC 进行处理, 因PLC 数字存储区的地址与触摸屏内存表相关联, 此时, 触摸屏就可以实时显示数据。数据的精度与位数根据实际情况在触摸屏的数字内存表的属性中设置, 见图5 的( a) 、( b) 所示:
5.总结
基于PLC 和触摸屏的混凝土自动搅拌站控制系统利用PLC 的抗干扰能力强、适用工业现场的特点和触摸屏良好的人机对话功能, 具有可靠性高、操作简单、维护容易等特点。目前该系统在商丘至周口高速公路建设中的3 个标段的使用中, 效果良好, 得到了施工单位的好评。
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