組態(tài)控制在混凝土攪拌樓系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1 序言

　　混凝土攪拌樓是國家基本建設(shè)的“常規(guī)武器”，其先進(jìn)程度，標(biāo)志著一個(gè)國家建筑制造業(yè)的水平。國外混凝土攪拌樓體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)，其微控技術(shù)成熟可靠，物料的配比、容量變更控制十分準(zhǔn)確，有些還增加了攪拌機(jī)動(dòng)態(tài)負(fù)荷監(jiān)測(cè)、混凝土物料稠度控制、除塵、消聲、廢水處理等裝置，混凝土泵送技術(shù)日臻成熟，最大水平泵送距離達(dá) 4000m，泵送量達(dá) 180m3/h。我國混凝土攪拌樓經(jīng)歷了引進(jìn)——吸收消化——部分國產(chǎn)——全部國產(chǎn)——改進(jìn)提高等發(fā)展過程，但整體存在著技術(shù)水平參差不齊、新技術(shù)含量不高、普及率不高、地區(qū)差

　　異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能不高等缺點(diǎn)，與國外差距越來越明顯，所以研究混凝土攪拌樓的控制有很廣泛的應(yīng)用前景和理論上的科學(xué)價(jià)值。

　　本文研究的是上位機(jī)采用 MCGS嵌入版工業(yè)組態(tài)軟件繪制動(dòng)態(tài)監(jiān)控面板，硬件控制面扳采用高性能嵌入式一體化工控機(jī)昆侖通態(tài) nTouch TPC064-TB33觸摸屏，組成混凝土攪拌樓嵌入式控制系統(tǒng)。下位機(jī)由PLC 控制，通過組態(tài)軟件與 PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌樓的全自動(dòng)化控制，完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表顯示、多樣化報(bào)警、數(shù)字校稱、配方管理等功能。

　　2 混凝土攪拌樓嵌入式控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)混凝土攪拌樓的生產(chǎn)流程和控制要求，混凝土攪拌樓控制系統(tǒng)要將骨料、水泥、水、外加劑進(jìn)行計(jì)量和攪拌，實(shí)現(xiàn)智能化、多功能、安全、高效、全自動(dòng)的控制，不僅能夠自動(dòng)控制和監(jiān)視混凝土攪拌樓的生產(chǎn)流程，而且能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土生產(chǎn)的數(shù)據(jù)管理。

　　混凝土攪拌控制系統(tǒng)具體控制原理為（1）上位機(jī)控制：由全中文嵌入版工控組態(tài)軟件 MCGS和觸摸屏實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)部分是整個(gè)生產(chǎn)的指揮中心，控制儀表與PLC，同時(shí)監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行。上位機(jī)部分實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、輸入生產(chǎn)參數(shù)及用戶參數(shù)、從下位機(jī)讀取信息進(jìn)行監(jiān)控、故障報(bào)警、控制打印機(jī)打印數(shù)據(jù)、貯存數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)觸摸屏數(shù)據(jù)導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)中長期保存等功能。（2）下位機(jī)控制：由日本三菱 PLC實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌樓的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、接收上位機(jī)的信息、通過輸入信號(hào)，經(jīng)邏輯判斷后輸出控制中間繼電器等功能。24V直流電源作為輸出輸入中間繼電器的隔離電源?？刂苾x表與 PLC同聽命于上位機(jī)，其中儀表主要負(fù)責(zé)按配方控制生產(chǎn)，觸發(fā)相應(yīng)中間繼電器動(dòng)作，控制配料過程；PLC主要負(fù)責(zé)除配料外整個(gè)生產(chǎn)的進(jìn)行。

　　3 混凝土攪拌樓嵌入式控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)

　　3.1 操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的選擇

　　為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在混凝土攪拌樓領(lǐng)域的應(yīng)用，操作系統(tǒng)選用了微軟公司最新推出的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) windows ce.net。它包括了創(chuàng)建一個(gè)基于 windows ce的定制設(shè)備所需的一切，具備完整的操作系統(tǒng)特性和端對(duì)端的開發(fā)環(huán)境，具備強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力、強(qiáng)勁的實(shí)時(shí)性和小內(nèi)存體積占用以及豐富的多媒體和 web瀏覽功能。應(yīng)用軟件選擇國內(nèi)嵌入式組態(tài)軟件的首開先河者——昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司推出的 MCGS嵌入版組態(tài)軟件。MCGS嵌入版組態(tài)軟件是基于 RTOS（real-time multi-tasks operating system）實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。體系結(jié)構(gòu)分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，可以在 PC機(jī)上運(yùn)行，用簡單的模塊化設(shè)計(jì)幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，組態(tài)好的應(yīng)用系統(tǒng)通過串口或以太網(wǎng)下載到嵌入式操作系統(tǒng) windows ce中實(shí)時(shí)運(yùn)行。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。兩部分互相獨(dú)立又緊密相關(guān)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

　　3.2  MCGS組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控界面

　　本系統(tǒng)運(yùn)行圖采用了三維動(dòng)畫，適時(shí)模擬運(yùn)行，直觀方便，操作簡單。配方編輯和生產(chǎn)參數(shù)（落差值、小投值、PLC參數(shù)、儀表參數(shù)）采用對(duì)話框方式出現(xiàn)，對(duì)于數(shù)據(jù)的查看和修改都很方便。生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供了生產(chǎn)日期、用戶名、兩種查詢方式，還有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)備份，其中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以對(duì)耗材的消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。用戶信息可以所有用戶信息進(jìn)行輸入和管理，以備生產(chǎn)時(shí)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)試可以使用戶對(duì)系統(tǒng)的線路進(jìn)行調(diào)試。混凝土攪拌樓嵌入式控制系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控界面如圖 1所示，用戶可以在此畫面中選擇配方，修改罐容比，生產(chǎn)立方數(shù)及編輯貨單參數(shù)，顯示各機(jī)構(gòu)的執(zhí)行狀態(tài)，控制整個(gè)混凝土攪拌樓的運(yùn)行。

　　運(yùn)行圖中定貨號(hào)由系統(tǒng)自動(dòng)生成，10位數(shù)據(jù)，前 6位為系統(tǒng)日期，后四位為序號(hào)。在生產(chǎn)數(shù)據(jù)瀏覽報(bào)表中的定貨號(hào)是遞增的。如果需要半自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，將旋鈕打到“半自動(dòng)”檔（中間檔），然后按“自動(dòng)計(jì)量”按鈕，系統(tǒng)會(huì)按照儀表中設(shè)定的配方計(jì)量物料，完畢后按“自動(dòng)投料”按鈕，投料完畢后按“自動(dòng)出砼”按鈕。在上位機(jī)故障時(shí)或生產(chǎn)特殊要求時(shí)，可以在半自動(dòng)狀態(tài)下控制生產(chǎn)。

　　在主菜單上點(diǎn)擊“PLC”/“PLC輸出測(cè)試”，進(jìn)入 PLC輸出測(cè)試界面。按照按鈕上的中文標(biāo)識(shí)操作，當(dāng)按下與流程圖中相應(yīng)設(shè)備配合的按鈕時(shí)，此時(shí)，按鈕由紫色變成藍(lán)色，相應(yīng)的狀態(tài)指示燈由紅色變成綠色，控制該設(shè)備的繼電器處于接通狀態(tài)，可根據(jù)該設(shè)備動(dòng)作是否準(zhǔn)確來判斷系統(tǒng)的輸出接線正確與否.[3]操作示意圖如圖 2如示，PLC參數(shù)的設(shè)定及修改如圖3所示：

　　控制系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備PLC的連接是在MCGS設(shè)備窗口中建立的，能使系統(tǒng)能夠從PLC讀取數(shù)據(jù)并控制 PLC的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的方法是根據(jù)PLC的類型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之中，以對(duì)象的形式與PLC建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過通道連接，向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和過程的自動(dòng)控制。 通過以上設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)完成了豐富、生動(dòng)的多媒體畫面、多樣化的報(bào)警、數(shù)字校秤、常用參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)調(diào)試、自動(dòng)加減水、報(bào)表功能，具有數(shù)字顯示，查詢，分析，統(tǒng)計(jì)，打印等功能 ,還有配方管理功能，可設(shè)置存儲(chǔ) 100種以上配方；完善的安全機(jī)制，用戶能夠根據(jù)不同等級(jí)的管理人員，設(shè)置不同操作權(quán)限；全自動(dòng)/半自動(dòng)/手動(dòng)切換方便等功能。

　　4 結(jié)束語

　　本文內(nèi)容是混凝土攪拌樓控制系統(tǒng)項(xiàng)目的一部分，采用新的工業(yè)控制技術(shù)解決了上位機(jī)組態(tài)軟件與下位機(jī) PLC通訊的關(guān)鍵技術(shù)，是混凝土攪拌樓控制系統(tǒng)新的發(fā)展方向.該系統(tǒng)解決方案達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)用性強(qiáng)、安全性高、監(jiān)控界面友好、操作方便、運(yùn)行可靠，已在國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土攪拌樓技術(shù)條件的起草單位遼寧阜新恒泰機(jī)械有限責(zé)任公司試運(yùn)行成功，并批量生產(chǎn)。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是解決了上位機(jī)組態(tài)軟件與下位機(jī) PLC通訊的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制技術(shù)在混凝土攪拌樓控制系統(tǒng)中的首次應(yīng)用，達(dá)到了智能化、多功能的全自動(dòng)控制。