混凝土搅拌站控制方案的选择

董中伟，李正伟，程志友，姚青义

（1.洛阳佳一机电设备有限公司，河南　洛阳　471000；2.孟津县环境保护局环境监理所，河南　孟津　471100）

混凝土搅拌站控制方案的选择

董中伟1，李正伟2，程志友1，姚青义1

（1.洛阳佳一机电设备有限公司，河南洛阳471000；2.孟津县环境保护局环境监理所，河南孟津471100）

混凝土搅拌站控制系统的优劣决定了混凝土的生产质量和生产效率，也体现了整套设备自动化程度的高低。本文介绍目前混凝土搅拌站控制系统采用常见的 4 种软硬件结合的自动控制方式的构成及特点，从而为选择搅拌站控制方式提供多方面的选择。

工控机；称重仪表；PLC；板卡；称重模块；I/O 模块

0　前言

混凝土搅拌站的控制系统最初是用继电器按顺序纯手动控制生产，随着 70、80 年代单片机技术的应用逐步进入智能化自动控制的时代，90 年代以后随着计算机技术的高速发展,控制系统多采用计算机全自动控制，其主要有以下优点：能实现生产过程的自动化，提高生产率；能贮存大量的配合比，供用户实际生产计划调用，调用、修改配合比都十分方便；能实现根据骨料的含水率动态修正配比值，自动减水加砂，保证混凝土稠度值的一致性；能够根据上盘次配料误差对下盘次物料自动补偿；能直观地模拟显示混凝土搅拌站整个工艺流程状态，实现实时监控，自动记录存储各类数据和制表打印，实现最优控制。混凝土搅拌站自动控制系统的具体控制方式，根据控制方式的不同，可分为以下几种：

1　工控机+配料称重仪表控制方式

工控机+配料称重仪表这种控制方式中，工控机主要负责自动运行的协调工作；利用串口按照仪表的通信协议将被控物料的目标值、点动量、稳秤时间等控制参数进行设置，发出配料信号，各种门限位直接连锁在配料仪表输出回路中。该系统脱开工控机后仍是一个独立的仪表控制系统（可能会缺失某些功能），该控制系统对仪表有一定的智能化要求，除了基本的重量采集和显示功能外，还要有自动物料配料功能（累加或者累减）。各个物料的配料流程由各自的配料仪表完成，工控机只用于判断该物料处于哪个配料阶段，是否配料完毕，是否超差等位信号，配料算法在仪表内固化，只需调整相应的配料参数。

2　工控机+板卡控制方式

工控机 +板卡控制方式根据重量采集方式不同又可细分为两种：

（1）工控机 +板卡+称重模块。这种控制方式中各物料秤斗的称重传感器接入称重模块，称重模块的输出信号接入工控机的模数板（A/D），由工控机软件计算物料重量并在上位机软件界面显示；通过数字量输入输出板卡（I/O）监控各配料机构的启停等状态， 其输入端接控制面板上各个按钮和各种限位信号，输出接中间继电器，再控制配料机构。由于该控制方式中整个控制核心为工控机，控制软件设计对抗干扰等因素要求较高，一旦工控机系统出故障，由于重量信息无法显示，故整个系统将会瘫痪而无法生产。

（2）工控机+板卡+称重仪表。这种控制方式中各物料秤斗的称重传感器接入称重仪表，由相应称重仪表进行称重显示，控制软件通过串口读取各仪表的物料重量，进行再计算；通过数字量输入输出板卡（I/O）监控各配料机构的启停等状态，其输入端接控制面板上各个按钮和各种限位信号，输出接中间继电器，再控制配料机构。该控制方式在工控机出故障时可转为全手动生产，缺点是输入输出板卡（I/O）限制了物料种类，不宜扩展。

3　工控机+PLC+称重仪表控制方式

工控机+PLC+称重仪表这种控制方式根据在工控机还是在 PLC 又可细分为偏软和偏 PLC 解决方案：

3.1偏软件解决方案

控制逻辑由工控机的上位机软件完成，PLC 输入端接各种限位和按钮，同时和工控机一直保持通信，告诉软件现在什么物料处于什么状态，工控机通过串口直接读取各个物料秤的实时值，发出计量信号，启动、点动、停止……，相比第一种控制方式，软件要模拟仪表实现读秤、配料（不仅仅是加法、减法）、通信、数据统计分析、归档打印等诸多功能。用什么算法去实现配料过程？怎么实现？是否高效可靠的实现？等问题都对软件编写者提出很高的要求。但是这种控制的优点是显而易见的，基于工控机的强大的硬件优势秒杀称重仪表和 PLC，再多的需求不是问题，可能最后的问题是：如何用最可靠的方式实现算法的最优化。

3.2偏 PLC 解决方案

PLC 为工业控制而生，有很高的可靠性。称重仪表连接传感器采集秤值同时与 PLC 连接实现自动控制，由 PLC 控制各个执行机构动作，上位机从 PLC 统一采集运行信息，完成生产监视、数据管理功能。这里上位机实现的方式很多，可以基于 Windows 编程语言来实现，也可以根据选用的 PLC 配合组态软件二次开发。但是一般 PLC 都不带显示功能，脱离工控机无法实现运行过程的监视。

4　工控机+远程 I/O 模块控制方式

与前面的控制方式相比较，这种控制方式将“控制权”下放给各个身处“现场”的 I/O 模块。I/O 模块是可编程控制的，里面的程序也决定了哪些情况 I/O 模块可以自己决定怎么处理，哪些问题需要“上报”给主控工控机征求“上面”意见来处理。I/O 模块直接放置在各控制现场，采集信息准确，受到的干扰小。除了必须有高可靠性的 I/O 功能硬件外，通信技术也是直接影响系统性能的关键因素之一。可以选择以太网（EtherNet）方式，各现场采集站只需用双绞线连接集线器（HUB）就可与远程的主控进行联网通讯。这种方式适用于距离 180 米以内的控制系统。也可借助于光电转换器将电气信号转换成光信号经光纤向外传输，另一端也安装一个光电转换器，将光信号解析成电气信号，通讯距离可达40 公里。这种控制方式在空间跨度很大的生产区域内尤为适用，因为各个联络点的通讯只需要一根屏蔽双绞线（光纤）即可完成，大大减少了布线强度与成本。

5　结束语

上述四种控制形式从成本、实现的优越性多方面来说各有不同，根据不同的侧重需求才能决定哪种是更好的方案。笔者认为工控机+PLC+称重仪表结构的控制方式最适合混凝土搅拌站，由于工业现场环境恶劣，工控机抗震、抗粉尘和耐压波动性较好，而 PLC 控制具有可靠性高、功能完善、编程简单的优点，PLC 厂商也越来越注重网络接口的实现，与工控机易于实现操作和管理的配合。一旦工控机出现故障，临时也可用 PLC+称重仪表进行半手动生产。

［通讯地址］河南省洛阳市孟津县朝阳镇洛阳佳一机电设备有限公司（471131）

董中伟 (1973－)，男，本科。工作于洛阳佳一机电设备有限公司 多年来一直致力于商品混凝土搅拌站设备控制的开发设计工作。