基于軟PLC的混凝土攪拌站控制系統設計方案

陳海建/CHEN Hai-jian

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201）

隨著我國基建工程逐年增加，對混凝土的需求量也越來越大，同時對混凝土攪拌站生產效率、質量、穩定性也提出了更高的要求，攪拌站的控制系統在生產過程中扮演著關鍵作用，目前主流的混凝土攪拌站控制系統一般采用上位機+下位機的控制系統，雖然該系統能夠達到混凝土攪拌站生產使用的基本工藝要求，但是存在建設成本高、通信能力不穩、可擴展性差、聯網不方便的缺點。近幾年來軟PLC技術的快速發展，以其靈活、高效、低成本的優勢在很多領域已得到廣泛的應用，本文就軟PLC在攪拌站自動控制系統的應用提出一種設計思路。

1 混凝土攪拌站工作流程和控制原理

混凝土攪拌站的生產過程可分為配料、投料、攪拌、卸料4個階段。一般的攪拌站需有大石子、中石子、小石子、沙等4種骨料，粉煤灰、礦粉、水泥等3種粉料，引氣劑、減水劑等兩種外加劑，另外還包括攪拌站用水。

配料過程就是將料按設定的值投放到相應的秤的過程，投料過程是將各個秤中的料轉運到攪拌主機內的過程，攪拌過程是將各種料按設定時間充分攪拌的過程，卸料過程是將攪拌好的混凝土卸入混凝土罐車內，工作流程如圖1所示。

各料倉通過稱重傳感器將料倉重量的模擬信號傳入控制器，控制器經過計算后，通過輸出的開關量控制卸料門的開閉、輸送設備的啟停。

圖1 混凝土攪拌站工作流程

2 軟PLC技術

軟PLC（也稱為軟邏輯SoftLogic）[1][2]是一于基于PC機開發結構的控制系統，它繼承了傳統硬PLC控制器在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的優點，通過利用軟件技術實現將標準的工業PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟件PLC綜合了計算機和硬PLC的數學運算、開關量控制、數值處理、模擬量控制、PID調節、網絡通信等功能，通過一個多任務控制內核，內部集成的指令集、快速準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統及網絡的開放式結構。所以軟PLC不僅提供了硬PLC同樣的功能，還發揮出了PC環境的各種優勢。使用軟件PLC代替硬件PLC有如下的優勢。

1）用戶可以自由選擇PLC硬件。

2）用戶可以獲得PC領域技術/價格優勢，而不受某個硬PLC制造商本身專利技術的限制。

3）用戶可以少花錢但又很方便地與強有力的PC網絡相連。

4)用戶可以用熟悉的編程語言編制程序。

5)對較多I/O的PLC系統來說，用戶可以節省投資費用。

目前，軟PLC在歐美國家得到廣泛應用。在美國底特律汽車城，軟PLC已成功應用在汽車裝配自動生產線、熱處理工藝生產線。在國內也有多個版本軟PLC產品在市場發行，如法國CJ International公司的ISaGRAF、德國KW-software公 司MULTIPROG wt32以 及Wonderware公司的InControl7.0等。目前國內已有一些的自動化軟件公司（如北京亞控自動化軟件科技有限公司）正在研究開發具有自主版權的中文軟PLC產品。另外，也有一些自動化工程公司開始代理銷售和推廣這些商用化的軟PLC產品。

3 控制系統整體方案

圖3 攪拌站控制系統硬件結構示意圖

根據攪拌站的工作流程，結合現有的軟PLC技術，為達到控制系統高效、靈活、擴展性強的目的，本文提出采用軟PLC+EtherCAT總線的新型攪拌站控制系統[3]，軟PLC作為整個系統的控制核心，實現整個系統的邏輯計算、誤差整定、信息數據的輸出等，基于軟PLC的人機界面可以實現系統數據的實時采集和監控，該系統具有很強的控制功能、很好的實時性、很短響應時間、同時人機界面交互性好，整個系統的硬件組成如圖2所示。

圖2 混凝土攪拌站控制系統硬件組成

4 控制系統硬件以及軟件結構

4.1 控制系統硬件結構

攪拌站控制系統的硬件部分是控制系統實現的基礎，通過研究軟PLC與現場需要的控制內容，設計控制系統對電磁換向閥、稱重傳感器、中間繼電器、信息輸出、開關量輸入和其他部件的控制方式，通過EtherCAT總線進行通信，實現攪拌站分布自動控制系統，硬件結構圖如圖3所示。

4.2 控制系統軟件結構

在控制系統的軟件開發過程中，本著快速、高效、易于擴展的設計理念，將特定的功能作為獨立的函數模塊進行編寫，在控制過程中需要時進行調用，使用這種開發理念，使程序具有開放性、高效性，在程序的開發過程中，使用PLCopen標準庫，在實現標準化開發過程中，減少了開發的工作量，縮短了開發時間。控制系統的程序流程圖如圖4所示。

5 結 語

隨著基礎設施建設的提速，對混凝土攪拌站的要求也越來越高，同時隨著管理要求的提高，以往控制系統在自動化、信息化方面的欠缺也顯現出來。通過基于軟PLC的攪拌站控制系統能夠充分發揮其靈活性、可靠性、價格低廉性，同時對于提高攪拌站生產效率、信息化集成都可以發揮重要的關鍵角色。

圖4 攪拌站控制系統程序流程圖