摘 要： 通過對混凝土攪拌站系統(tǒng)的研究,，采用以PLC為下位機(jī)、以工控機(jī)為上位機(jī)的混凝土攪拌站自動控制方式,。系統(tǒng)以PLC為控制核心,，WinCC為上位機(jī)的監(jiān)控軟件。通過應(yīng)用PC Access軟件成功實現(xiàn)了WinCC 與PLC之間的通信,，從而使得WinCC組態(tài)的流程畫面可以真實有效地反映出混凝土攪拌站的工作狀況,。詳細(xì)闡述了PLC模塊選擇、系統(tǒng)控制方案和WinCC的畫面組態(tài),。該系統(tǒng)具有生產(chǎn)效率高,、工作性能穩(wěn)定的特點，在試驗運行過程中取得了良好的效果,。
關(guān)鍵詞： PLC,； 攪拌站； WinCC,； PC Access,； 通信
混凝土攪拌站最初是以單機(jī)的形式出現(xiàn)，各工地自拌自用,。隨著計算機(jī)技術(shù)和測控技術(shù)的發(fā)展,，高可靠性、高自動化的控制系統(tǒng)便成了混凝土攪拌站的發(fā)展方向[1]。在市場競爭日趨激烈的今天,，攪拌站自動控制系統(tǒng)的性價比也與企業(yè)的生存緊密地聯(lián)系在一起,。因此，研究一種低成本,、高可靠性的攪拌站自動控制系統(tǒng),，具有極為廣闊的市場前景。
1 系統(tǒng)控制方式選擇
混凝土攪拌站主要由攪拌主機(jī),、物料稱量系統(tǒng),、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成,，是一個受多環(huán)節(jié)制約的復(fù)雜系統(tǒng),。常見的混凝土攪拌站控制方式有3種，分別是繼電器直接控制方式,、“工控機(jī)+智能板卡”方式以及“ 工控機(jī)+PLC”方式[2],。本文采用第3種控制方式，以PLC為下位機(jī),，以工控機(jī)為上位機(jī),。PLC負(fù)責(zé)控制配料及生產(chǎn)動作全過程，工控機(jī)上強(qiáng)大的組態(tài)軟件可以下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)至PLC,，顯示生產(chǎn)動畫流程,，記錄存儲各種數(shù)據(jù)，打印報表,，實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的實時監(jiān)控,。
2 PLC控制設(shè)計
2.1 PLC模塊的選擇
選擇PLC模塊時，應(yīng)對混泥土攪拌站的生產(chǎn)流程有所認(rèn)識,，進(jìn)而確定所需I/O點數(shù),。系統(tǒng)以3種骨料、3種水泥,、1種粉料,、1種添加劑和水作為標(biāo)準(zhǔn)配制為例，其工藝流程如圖1所示[3],。
PLC選用西門子公司的S7-200 PLC, 它指令豐富,執(zhí)行速度快, 調(diào)試和故障診斷方便, 具有靈活的中斷和強(qiáng)大的通信功能[4],。
系統(tǒng)模擬輸入量包括砂石、水泥,、粉煤灰,、水、外加劑等重量,。開關(guān)輸入量包括攪拌機(jī)開,、半開和關(guān),、水稱量限位、斜皮帶和平皮帶運行,、手動/自動,、PLC收到的計量開始和卸料的命令等數(shù)字開關(guān)量等。開關(guān)量輸出包括各骨料門給料,、各螺旋機(jī)的開關(guān),、水計量泵、外加劑量泵,、各秤斗開門,、攪拌機(jī)門開關(guān)等[5],。
根據(jù)整個攪拌站的工藝流程及實際需要, 最終確定本系統(tǒng)需要配置的I/O點為34個數(shù)字量輸入和32個數(shù)字量輸出,9個模擬量輸入,。 考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展, 留有少量冗余, 因此配置了如下的模塊：①3個模擬量輸入模塊EM 231 (4輸入)；②1個CPU224XP(14輸入/10繼電器輸出),；③2個EM223(16點24VDC輸入/16 V繼電器輸出),。
2.2系統(tǒng)控制方案
PLC 程序設(shè)計的總體思路是程序能使混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程按照要求進(jìn)行循環(huán)動作。以下是整個控制系統(tǒng)的幾處關(guān)鍵程序設(shè)計,。
自動/手動程序設(shè)計：控制系統(tǒng)具備自動,、手動兩種工作模式, 且兩者間的關(guān)系是彼此獨立又相互制約的。進(jìn)入自動模式,，PLC依據(jù)已經(jīng)編寫好的程序自動控制混凝土的生產(chǎn),。進(jìn)入手動模式則可對PLC程序進(jìn)行分段操作，便于設(shè)備的現(xiàn)場安裝調(diào)試和日常維護(hù),。
(1)配料控制程序設(shè)計：配料過程控制是混凝土生產(chǎn)的核心部分,，其配料精度的高低直接決定了混凝土品質(zhì)的好壞，這里以骨料的配料過程為例,。在骨料的稱重計量剛開始時,，大小門同時打開，進(jìn)行快速配料,。當(dāng)稱重傳感器測得的重量為配方設(shè)定值的80%時,，關(guān)閉大門，只開小門進(jìn)行慢速精確配料,，從而實現(xiàn)稱量時間的減少和稱量精度的提高,。為了提高攪拌站的生產(chǎn)效率，一般在攪拌機(jī)進(jìn)行混凝土攪拌時,，下一個生產(chǎn)循環(huán)的骨料,、粉料等的稱重計量同時進(jìn)行。
(3)斷電保護(hù)程序設(shè)計：由于混凝土攪拌站的工作流程是連續(xù)循環(huán)進(jìn)行的,，因此遇到斷電情況后再起動必須仍然恢復(fù)斷電前的狀態(tài),。程序設(shè)計選擇具有斷電保護(hù)的內(nèi)部輔助保持繼電器和數(shù)據(jù),，將氣缸、電磁閥或電機(jī)的運行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行保存,，實現(xiàn)斷電保護(hù),。
(4)故障自動報警設(shè)計：為了保證設(shè)備的正常運行, 設(shè)計了故障自動報警程序。利用PLC通過設(shè)備上安裝的限位開關(guān)和傳感器對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,。當(dāng)故障出現(xiàn)時,，產(chǎn)生故障碼輸出和聲光報警。通過PLC 與上位機(jī)通信,，上位機(jī)的WinCC監(jiān)控畫面可以同時顯示出故障點和故障原因,，利于迅速、及時地排除故障,，恢復(fù)程序的運行,。
3上位機(jī)畫面組態(tài)
3.1上下位機(jī)通信
本文中采用的是S7-200系列PLC，因此選用最常見的PPI協(xié)議實現(xiàn)通信,。但是由于WinCC不能直接監(jiān)控S7-200系列PLC組成的控制系統(tǒng),，因此必須應(yīng)用S7-200 OPC Server接口軟件來實現(xiàn)PLC與WinCC之間的通信。
PC Access軟件是專門用于S7-200 OPC Server軟件,，其使用一般包括建立與PLC的連接,、建立項目和將項目導(dǎo)入WinCC三大部分[6]。
首先,，建立PC Access與PLC的連接,。打開PC Access界面，鼠標(biāo)右擊MicroWin,，對PG/PC接口進(jìn)行設(shè)置,，選擇PPI。
然后,，在PC Access界面建立項目,。打開菜單欄中的“文件”，左鍵點擊“輸入符號”,，將已經(jīng)編寫好的PLC程序?qū)?。在右?cè)的數(shù)據(jù)窗口中創(chuàng)建新項目，并依據(jù)PLC程序填寫其“地址”和“數(shù)據(jù)類型”,，如1號骨料倉小門地址為“Q0.0”,，數(shù)據(jù)類型為“BOOL”。
最后,，將PC Access界面中建立的項目變量導(dǎo)入WinCC中,，如圖2所示。
3.2流程畫面組態(tài)
組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的軟件平臺工具,，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分,。它具有豐富的設(shè)置項目,，使用靈活，功能強(qiáng)大[7],。
WinCC項目一般包含流程畫面,、報警畫面、配方畫面,、參數(shù)畫面及報表畫面,，其流程畫面組態(tài)最為主要[8]。WinCC中的“全局庫”具有非常豐富的圖形模塊,，依據(jù)混凝土的實際生產(chǎn)流程從中選擇所需的料倉,、料斗、螺旋機(jī)等圖形進(jìn)行生產(chǎn)流程畫面的組態(tài)仿真,，如圖3所示,。
流程畫面中有兩排“輸入/輸出域”，上排的“輸入/輸出域”顯示配方管理中所設(shè)定骨料,、水泥等物料的重量,；下排的“輸入/輸出域”顯示經(jīng)水泥稱、水稱,、骨料稱等稱量后的物料重量，是物料實時重量的顯示,。
狀態(tài)顯示對象可以定義某一變量為不同值時顯示不同的圖形對象,，這里以1號骨料倉大門為例加以說明。在PLC中已經(jīng)定義1號骨料倉大門的地址位是Q0.3,，當(dāng)Q0.3值為“0”時,，1號骨料倉大門的狀態(tài)為關(guān)閉，倉門的圖形顏色為紅色,；當(dāng)Q0.3值為“1”時,，1號骨料倉大門的狀態(tài)為打開，其所對應(yīng)的倉門圖形顏色由紅色變?yōu)榫G色,，并且其位置大小發(fā)生變化,。
為了實現(xiàn)攪拌機(jī)扇葉的旋轉(zhuǎn)動作，這里首先用CAD繪畫出3張不同位置的扇葉畫面,。然后在WinCC智能對象欄選擇“圖形對象”,，對其進(jìn)行組態(tài)，將3張CAD圖片分別導(dǎo)入其中,。打開“狀態(tài)顯示”進(jìn)行組態(tài),，0、1,、2這3種狀態(tài)分別對應(yīng)扇葉的3種位置的基本畫面,，連接變量如“開始攪拌”并定義變量更新時間周期,。在“狀態(tài)顯示”的事件狀態(tài)中對其當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行c動作編寫，實現(xiàn)攪拌機(jī)扇葉在變量“開始攪拌”數(shù)值為0,、1,、2時的畫面切換，腳本如下：
#include "apdefap.h"
voidOnPropertyChanged(char*lpszPictureName,char*lpsz-
ObjectName,char*lpszPropertyName,long value)
{
static int a=0;
if (GetTagBit("開始攪拌"))
a=GetTagWord("開始攪拌");
{if(a<2)
{
a=a+1;
SetTagWord("開始攪拌",a);
}
else
{
SetTagWord("開始攪拌",0);
}
}
if (!GetTagBit("開始攪拌"))
{
a=0;
SetTagWord("開始攪拌",0);
}
}
本文以PLC為下位機(jī)控制系統(tǒng)配料過程,應(yīng)用 WinCC 組態(tài)軟件開發(fā)設(shè)計了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了對混凝土攪拌站生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)控,、故障報警,、配方管理等功能。通過上位機(jī)良好的人機(jī)界面,，實現(xiàn)了混凝土生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程操作,操作人員可實時處理現(xiàn)場出現(xiàn)的問題,，為混凝土的品質(zhì)提供了保證,并提高了混凝土的生產(chǎn)效率。
參考文獻(xiàn)
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