摘 要： 通過對混凝土攪拌站系統的研究，采用以PLC為下位機、以工控機為上位機的混凝土攪拌站自動控制方式。系統以PLC為控制核心，WinCC為上位機的監(jiān)控軟件。通過應用PC Access軟件成功實現了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。詳細闡述了PLC模塊選擇、系統控制方案和WinCC的畫面組態(tài)。該系統具有生產效率高、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。
關鍵詞： PLC； 攪拌站； WinCC； PC Access； 通信
混凝土攪拌站最初是以單機的形式出現，各工地自拌自用。隨著計算機技術和測控技術的發(fā)展，高可靠性、高自動化的控制系統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的性價比也與企業(yè)的生存緊密地聯系在一起。因此，研究一種低成本、高可靠性的攪拌站自動控制系統，具有極為廣闊的市場前景。
1 系統控制方式選擇
混凝土攪拌站主要由攪拌主機、物料稱量系統、物料輸送系統、物料貯存系統和控制系統組成，是一個受多環(huán)節(jié)制約的復雜系統。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+智能板卡”方式以及“ 工控機+PLC”方式[2]。本文采用第3種控制方式，以PLC為下位機，以工控機為上位機。PLC負責控制配料及生產動作全過程，工控機上強大的組態(tài)軟件可以下達生產任務至PLC，顯示生產動畫流程，記錄存儲各種數據，打印報表，實現對生產流程的實時監(jiān)控。
2 PLC控制設計
2.1 PLC模塊的選擇
選擇PLC模塊時，應對混泥土攪拌站的生產流程有所認識，進而確定所需I/O點數。系統以3種骨料、3種水泥、1種粉料、1種添加劑和水作為標準配制為例，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, 調試和故障診斷方便, 具有靈活的中斷和強大的通信功能[4]。
系統模擬輸入量包括砂石、水泥、粉煤灰、水、外加劑等重量。開關輸入量包括攪拌機開、半開和關、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字開關量等。開關量輸出包括各骨料門給料、各螺旋機的開關、水計量泵、外加劑量泵、各秤斗開門、攪拌機門開關等[5]。
根據整個攪拌站的工藝流程及實際需要, 最終確定本系統需要配置的I/O點為34個數字量輸入和32個數字量輸出,9個模擬量輸入。 考慮到系統的擴展, 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系統控制方案
PLC 程序設計的總體思路是程序能使混凝土攪拌站的生產流程按照要求進行循環(huán)動作。以下是整個控制系統的幾處關鍵程序設計。
自動/手動程序設計：控制系統具備自動、手動兩種工作模式, 且兩者間的關系是彼此獨立又相互制約的。進入自動模式，PLC依據已經編寫好的程序自動控制混凝土的生產。進入手動模式則可對PLC程序進行分段操作，便于設備的現場安裝調試和日常維護。
(1)配料控制程序設計：配料過程控制是混凝土生產的核心部分，其配料精度的高低直接決定了混凝土品質的好壞，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，進行快速配料。當稱重傳感器測得的重量為配方設定值的80%時，關閉大門，只開小門進行慢速精確配料，從而實現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效率，一般在攪拌機進行混凝土攪拌時，下一個生產循環(huán)的骨料、粉料等的稱重計量同時進行。
(3)斷電保護程序設計：由于混凝土攪拌站的工作流程是連續(xù)循環(huán)進行的，因此遇到斷電情況后再起動必須仍然恢復斷電前的狀態(tài)。程序設計選擇具有斷電保護的內部輔助保持繼電器和數據，將氣缸、電磁閥或電機的運行狀態(tài)和參數進行保存，實現斷電保護。
(4)故障自動報警設計：為了保證設備的正常運行, 設計了故障自動報警程序。利用PLC通過設備上安裝的限位開關和傳感器對各執(zhí)行機構的狀態(tài)進行監(jiān)控。當故障出現時，產生故障碼輸出和聲光報警。通過PLC 與上位機通信，上位機的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，恢復程序的運行。
3上位機畫面組態(tài)
3.1上下位機通信
本文中采用的是S7-200系列PLC，因此選用最常見的PPI協議實現通信。但是由于WinCC不能直接監(jiān)控S7-200系列PLC組成的控制系統，因此必須應用S7-200 OPC Server接口軟件來實現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，鼠標右擊MicroWin，對PG/PC接口進行設置，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”，將已經編寫好的PLC程序導入。在右側的數據窗口中創(chuàng)建新項目，并依據PLC程序填寫其“地址”和“數據類型”，如1號骨料倉小門地址為“Q0.0”，數據類型為“BOOL”。
最后，將PC Access界面中建立的項目變量導入WinCC中，如圖2所示。
3.2流程畫面組態(tài)
組態(tài)軟件是數據采集監(jiān)控系統SCADA的軟件平臺工具，是工業(yè)應用軟件的一個組成部分。它具有豐富的設置項目，使用靈活，功能強大[7]。
WinCC項目一般包含流程畫面、報警畫面、配方畫面、參數畫面及報表畫面，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，依據混凝土的實際生產流程從中選擇所需的料倉、料斗、螺旋機等圖形進行生產流程畫面的組態(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定骨料、水泥等物料的重量；下排的“輸入/輸出域”顯示經水泥稱、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中已經定義1號骨料倉大門的地址位是Q0.3，當Q0.3值為“0”時，1號骨料倉大門的狀態(tài)為關閉，倉門的圖形顏色為紅色；當Q0.3值為“1”時，1號骨料倉大門的狀態(tài)為打開，其所對應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。
為了實現攪拌機扇葉的旋轉動作，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”，對其進行組態(tài)，將3張CAD圖片分別導入其中。打開“狀態(tài)顯示”進行組態(tài)，0、1、2這3種狀態(tài)分別對應扇葉的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)中對其當前狀態(tài)進行c動作編寫，實現攪拌機扇葉在變量“開始攪拌”數值為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為下位機控制系統配料過程,應用 WinCC 組態(tài)軟件開發(fā)設計了上位機監(jiān)控系統,實現了對混凝土攪拌站生產過程的動態(tài)監(jiān)控、故障報警、配方管理等功能。通過上位機良好的人機界面，實現了混凝土生產過程的遠程操作,操作人員可實時處理現場出現的問題，為混凝土的品質提供了保證,并提高了混凝土的生產效率。
參考文獻
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[6] 朱曉會. 基于PLC和WinCC的塔機智能監(jiān)控管理系統研究[D]. 山東：山東建筑大學，2012.
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[8] 王山, 方敏. 基于PLC與WinCC的采煤機監(jiān)控系統[J].微型機與應用,2013,32(13):101-103,106.