基于DCS的混凝土搅拌站测控系统设计

康浩萌 唐祥智

（沈阳理工大学辽宁，沈阳 110159）

基于DCS的混凝土搅拌站测控系统设计

康浩萌 唐祥智

（沈阳理工大学辽宁，沈阳 110159）

现代化建设对混凝土的需要量越来越高，传统的混凝土搅拌站控制系统自动化水平低，生产效率和质量偏低。本文提出一种基于DCS的混凝土搅拌站测控系统，利用DCS系统集散控制，集中管理的特点，可大大提升搅拌站自动化程度，具有操作简单、效率高、安全可靠等优势

DCS；测控系统；混凝土；搅拌站

1 引言

随着现代城市化建设的推进，混凝土是现代化建设必不可少的材料。传统混凝土搅拌站控制设备多为手动电气控制，需要现场人员进行手动控制混凝土搅拌过程。传统生产方式的生产效率低，管理操作繁琐，混凝土质量无法精确控制。自动化测控系统可有效改善混凝土搅拌效率，其中分布式控制系统（Distributed Control System）可实现自动称重、投料、搅拌、出料等操作，实现生产和管理相分离，不仅可保证产品质量、降低生产成本、保证安全生产，而且可将实际生产与生产统计、财务管理、销售及原料管理等系统进行融合，统一管理，实现生产的自动化和智能化。

2 系统整体设计

分布式控制系统（Distributed Control System）又称为集散控制系统，其中主要原理是通过现场设备的分散控制，以分散设备的故障风险，而对于设备的管理是采用集中管理的方式，这样一方面分散控制增强了系统可靠性，另一方面集中管理提升了管理效率。

图1 DCS测控系统原理框图

集散控制系统原理框图如图1所示，集散控制系统与集中控制系统不同，它可包含若干个PLC控制的分布式子系统，各个PLC控制子系统之间互相独立，互不干扰，各自完成所负责的任务，一个子系统出现故障不会影响其他设备的正常运行。分散式子系统通过现场总线与操作站实现通信，操作站可对分散式子系统下达指令，同时可获得分散子系上传的数据，实现对数据的采集与处理，以达到集中管理的目的。DCS系统从下至上主要包括以下几个部分：

2.1 现场控制器

现场控制器负责连接和控制现场设备执行机构和传感器，混凝土搅拌站以PLC作为现场控制器。PLC因其结构灵活紧凑、抗噪防尘、抗干扰能力强，相对与其他处理器在工业控制领域具有绝对优势。PLC主要需要控制挂载的现场设备有称重传感器、搅拌电机、继电器等设备。PLC配备了模拟输入输出端口、数字输入输出端口，可实现与各种控制方式的现场设备的连接控制，内部高速的运算处理能力，可完成PID等控制算法的设计。另外，PLC支持图形设计、BASIC和C语言设计，设计方式灵活，便于工程技术人员的程序设计。

2.2 通信网络

通信网络主要是负责实现上位的操作台和下位的PLC控制子系统之间的通信，是现场设备与控制管理中心之间的通信桥梁，DCS系统的通信网络与计算机网络不完全相同，主要采用现场总线方式，通信网络对通信的实时性和可靠性要求更高，一般需要冗余结构布置。工业现场总线包括基金会现场总线、CAN、Lonworks、DeviceNet、PROFIBUS等若干种，其中PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准，主要用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域，该系统选用PROFIBUS总线。

2.3 操作站

操作者通俗上又可称为上位机，主要由主机、键盘、鼠标、显示器、打印机等设备组成，主要负责完成两方面的工作。一方面是获取现场PLC系统上传的工作数据，实现数据的采集处理，同时下传混凝土搅拌配方，下达任务命令。另一方面需要具备易与操作和观测的人机界面，以便操作人员进行混凝土配方的配置，生产过程的监控，生产运行状态的记录、保存以及打印等操作，以保证混凝土生产的安全、高效、可靠。操作站主机一般选用可靠度较高的工控机，上位机操作软件可选择组态软件，例如WinCC等，操作站的数量需根据管理需要配置，最少需一台计算机。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括两个部分：PLC软件和上位机组态软件。PLC作为现场子系统的控制器，需要完成对现场设备的控制、监测、数据采集、故障报警等任务，主要包括混凝土称重数据采集，混凝土搅拌电机控制，以及加水和卸货电磁阀等的控制，另外需要连接现场总线，实现与上位机的通信，以实时接收和上传数据。PLC控制部分主程序流程图如图2所示。

图2 PLC控制部分主程序流程图

上位机（即工控机）的人机界面软件要求人机交互友好、功能齐全，可利用WinCC组态软件进行编制。利用组态软件标准控件，可完成数据连接与接收，图形动态显示，数据自动存储，自动报警，故障排查等功能。结合混凝土具体生产操作流程以及管理要点，合理规划软件界面布局。上位机软件可采用工作流程式的设计方法，以图形的方式形象地描述搅拌站供料和搅拌的过程，通过直观的图形结构表现形式，逻辑流程关系符合一般人为习惯，可以让操作人员直观看清整个生产流程。菜单操作尽量采用键盘或鼠标快捷方式操作，减少汉字或字母的输入，以减少错误率，提高操作效率。尽量提升系统自动化和智能化程度，减少操作人员的操作工作量和监控强度，增强系统可靠安全性。

4 结论

基于DCS的混凝土搅拌站测控系统充分利用了PLC高可靠性，运算处理能力强，产品标准化程度高便于配套选型，编程形式简单灵活等优点，同时采用可靠性强的工业型计算机作为操作台，以现场总线的方式进行联网，组建自动化混凝土搅拌测控系统。相对于传统的电气式控制方式，自动化程度得到大幅度提升，生产效率明显挺高。同时人性化的操作界面，直观的图形动态展现形式和存储打印功能，使得系统操作简单、易于维护管理，有效提高了系统可靠性。

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TU7

B

1007-6344（2016）02-0090-01

康浩萌（1993.11--） 男，山东省滨州市人，大学本科，沈阳理工大学测控技术与仪器专业。

唐祥智（1993.9--） 男，四川省广安市人，大学本科，沈阳理工大学测控技术与仪器专业。