基于DCS的混凝土攪拌站測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

康浩萌 唐祥智

（沈陽(yáng)理工大學(xué)遼寧，沈陽(yáng) 110159）

基于DCS的混凝土攪拌站測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

康浩萌 唐祥智

（沈陽(yáng)理工大學(xué)遼寧，沈陽(yáng) 110159）

現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)混凝土的需要量越來(lái)越高，傳統(tǒng)的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)效率和質(zhì)量偏低。本文提出一種基于DCS的混凝土攪拌站測(cè)控系統(tǒng)，利用DCS系統(tǒng)集散控制，集中管理的特點(diǎn)，可大大提升攪拌站自動(dòng)化程度，具有操作簡(jiǎn)單、效率高、安全可靠等優(yōu)勢(shì)

DCS；測(cè)控系統(tǒng)；混凝土；攪拌站

1 引言

隨著現(xiàn)代城市化建設(shè)的推進(jìn)，混凝土是現(xiàn)代化建設(shè)必不可少的材料。傳統(tǒng)混凝土攪拌站控制設(shè)備多為手動(dòng)電氣控制，需要現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行手動(dòng)控制混凝土攪拌過(guò)程。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的生產(chǎn)效率低，管理操作繁瑣，混凝土質(zhì)量無(wú)法精確控制。自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)可有效改善混凝土攪拌效率，其中分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重、投料、攪拌、出料等操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理相分離，不僅可保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、保證安全生產(chǎn)，而且可將實(shí)際生產(chǎn)與生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)管理、銷(xiāo)售及原料管理等系統(tǒng)進(jìn)行融合，統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）又稱為集散控制系統(tǒng)，其中主要原理是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分散控制，以分散設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)于設(shè)備的管理是采用集中管理的方式，這樣一方面分散控制增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性，另一方面集中管理提升了管理效率。

圖1 DCS測(cè)控系統(tǒng)原理框圖

集散控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，集散控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)不同，它可包含若干個(gè)PLC控制的分布式子系統(tǒng)，各個(gè)PLC控制子系統(tǒng)之間互相獨(dú)立，互不干擾，各自完成所負(fù)責(zé)的任務(wù)，一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。分散式子系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與操作站實(shí)現(xiàn)通信，操作站可對(duì)分散式子系統(tǒng)下達(dá)指令，同時(shí)可獲得分散子系上傳的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集與處理，以達(dá)到集中管理的目的。DCS系統(tǒng)從下至上主要包括以下幾個(gè)部分：

2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制器

現(xiàn)場(chǎng)控制器負(fù)責(zé)連接和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器，混凝土攪拌站以PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制器。PLC因其結(jié)構(gòu)靈活緊湊、抗噪防塵、抗干擾能力強(qiáng)，相對(duì)與其他處理器在工業(yè)控制領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。PLC主要需要控制掛載的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有稱重傳感器、攪拌電機(jī)、繼電器等設(shè)備。PLC配備了模擬輸入輸出端口、數(shù)字輸入輸出端口，可實(shí)現(xiàn)與各種控制方式的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接控制，內(nèi)部高速的運(yùn)算處理能力，可完成PID等控制算法的設(shè)計(jì)。另外，PLC支持圖形設(shè)計(jì)、BASIC和C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方式靈活，便于工程技術(shù)人員的程序設(shè)計(jì)。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)主要是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)上位的操作臺(tái)和下位的PLC控制子系統(tǒng)之間的通信，是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制管理中心之間的通信橋梁，DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不完全相同，主要采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式，通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求更高，一般需要冗余結(jié)構(gòu)布置。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN、Lonworks、DeviceNet、PROFIBUS等若干種，其中PROFIBUS是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域，該系統(tǒng)選用PROFIBUS總線。

2.3 操作站

操作者通俗上又可稱為上位機(jī)，主要由主機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)完成兩方面的工作。一方面是獲取現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)上傳的工作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集處理，同時(shí)下傳混凝土攪拌配方，下達(dá)任務(wù)命令。另一方面需要具備易與操作和觀測(cè)的人機(jī)界面，以便操作人員進(jìn)行混凝土配方的配置，生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的記錄、保存以及打印等操作，以保證混凝土生產(chǎn)的安全、高效、可靠。操作站主機(jī)一般選用可靠度較高的工控機(jī)，上位機(jī)操作軟件可選擇組態(tài)軟件，例如WinCC等，操作站的數(shù)量需根據(jù)管理需要配置，最少需一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：PLC軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件。PLC作為現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)的控制器，需要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警等任務(wù)，主要包括混凝土稱重?cái)?shù)據(jù)采集，混凝土攪拌電機(jī)控制，以及加水和卸貨電磁閥等的控制，另外需要連接現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，以實(shí)時(shí)接收和上傳數(shù)據(jù)。PLC控制部分主程序流程圖如圖2所示。

圖2 PLC控制部分主程序流程圖

上位機(jī)（即工控機(jī)）的人機(jī)界面軟件要求人機(jī)交互友好、功能齊全，可利用WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行編制。利用組態(tài)軟件標(biāo)準(zhǔn)控件，可完成數(shù)據(jù)連接與接收，圖形動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，自動(dòng)報(bào)警，故障排查等功能。結(jié)合混凝土具體生產(chǎn)操作流程以及管理要點(diǎn)，合理規(guī)劃軟件界面布局。上位機(jī)軟件可采用工作流程式的設(shè)計(jì)方法，以圖形的方式形象地描述攪拌站供料和攪拌的過(guò)程，通過(guò)直觀的圖形結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式，邏輯流程關(guān)系符合一般人為習(xí)慣，可以讓操作人員直觀看清整個(gè)生產(chǎn)流程。菜單操作盡量采用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)快捷方式操作，減少漢字或字母的輸入，以減少錯(cuò)誤率，提高操作效率。盡量提升系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化程度，減少操作人員的操作工作量和監(jiān)控強(qiáng)度，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠安全性。

4 結(jié)論

基于DCS的混凝土攪拌站測(cè)控系統(tǒng)充分利用了PLC高可靠性，運(yùn)算處理能力強(qiáng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高便于配套選型，編程形式簡(jiǎn)單靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用可靠性強(qiáng)的工業(yè)型計(jì)算機(jī)作為操作臺(tái)，以現(xiàn)場(chǎng)總線的方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，組建自動(dòng)化混凝土攪拌測(cè)控系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的電氣式控制方式，自動(dòng)化程度得到大幅度提升，生產(chǎn)效率明顯挺高。同時(shí)人性化的操作界面，直觀的圖形動(dòng)態(tài)展現(xiàn)形式和存儲(chǔ)打印功能，使得系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)管理，有效提高了系統(tǒng)可靠性。

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TU7

B

1007-6344（2016）02-0090-01

康浩萌（1993.11--） 男，山東省濱州市人，大學(xué)本科，沈陽(yáng)理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)。

唐祥智（1993.9--） 男，四川省廣安市人，大學(xué)本科，沈陽(yáng)理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)。