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1、概述

攪拌設(shè)備是將各種物料進(jìn)行計(jì)量、輸送和混合攪拌的大型成套設(shè)備，這些物料一般包括骨料（砂石）、粉料（水泥、粉煤灰、礦粉）、水、外加劑等[1]。從攪拌設(shè)備的生產(chǎn)工藝上看，主要有攪拌站、攪拌樓兩大形式，目前多以攪拌站為主。

攪拌設(shè)備的發(fā)展歷史已有一百多年了，但在我國的發(fā)展是從上世紀(jì)五十年代開始。從參考國外產(chǎn)品的狀態(tài)開始，逐步發(fā)展到標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)和生產(chǎn)，我國的攪拌設(shè)備技術(shù)已達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平，特備在生產(chǎn)效率和控制技術(shù)上有自己獨(dú)特的地方[2]。但由于發(fā)展迅速和國內(nèi)一些客觀思想，攪拌站技術(shù)在一些基礎(chǔ)研究、安全設(shè)計(jì)等方面還需進(jìn)行深入的探究，對計(jì)量系統(tǒng)的研究和改進(jìn)就是其一。通過在硬件和控制技術(shù)的發(fā)展，使攪拌站的質(zhì)量更加穩(wěn)定和可靠。

2、計(jì)量系統(tǒng)

攪拌站傳統(tǒng)的計(jì)量方法有兩種：

一種是采用稱量模塊（或稱重傳感器）+顯示終端（儀表）：通過采集稱量模塊的模擬量或數(shù)字量信號，經(jīng)傳輸把實(shí)際工況要求呈現(xiàn)在顯示終端，這個過程一般需要PLC和PC來處理實(shí)際稱重任務(wù)。

另一種是采用控制器直接或間接利用稱重模塊信號進(jìn)行處理：直接利用PLC進(jìn)行處理，或者利用顯示終端顯示+PLC或IPC等處理的辦法[3]。

2.1方式一

由于顯示終端可以快速進(jìn)行各種計(jì)量功能且該計(jì)量技術(shù)已經(jīng)很成熟，具體產(chǎn)品包括儀表和承重模塊，如圖1所示；圖2為常見的稱重顯示控制器組成的計(jì)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

如圖3中所示，稱重控制模式為PLC+PC+終端儀表，其工作原理為：通過[PLC]啟動顯示終端[儀表]開始工作，由顯示終端[儀表]完成配料中稱量（粗稱、精稱）的工作；配料完成后[儀表]將配料信息再反饋給控制系統(tǒng)[PC]；顯示終端[儀表]具有配料（和配料狀態(tài)顯示保持功能），同時具有參數(shù)設(shè)置、配方操作、秤校訂等設(shè)置功能。

除PC、PLC外，其中的關(guān)鍵部件為稱重模塊和顯示終端儀表。顯示終端比較好的品牌有常州托利多（合資），典型的攪拌站設(shè)備制造商有三一重工、南方路機(jī)等。

該技術(shù)降低了對控制系統(tǒng)的要求，但在核心技術(shù)掌握（需要二次開發(fā)）、升級服務(wù)等方面存在局限，同時還存在的以下技術(shù)問題：

(1)校秤操作比較麻煩。當(dāng)秤參數(shù)變化時，對計(jì)量系統(tǒng)影響比較大，有時甚至是致命的。有些廠家升級了智能儀表，具備一定的智能診斷功能，如秤系數(shù)維護(hù)、量程判斷等。隨著科技發(fā)展，需要進(jìn)一步提供完善的智能診斷，如秤系數(shù)自動診斷、動態(tài)差值檢測等。

(2)由于設(shè)計(jì)幾部分的連接，除稱重模塊和顯示終端的連接外，一般需要處理PLC、PC和終端儀表之間的通訊；而通訊本身容易受如感應(yīng)雷、感應(yīng)電磁等干擾而出現(xiàn)異常；當(dāng)然也會引入部分線路故障。

2.2方式二

針對以上方法的不足，國際上一些混凝土攪拌站廠商如LIEBHEER、AMMANN、SCHWING等采則用第二種計(jì)量算法[4]，且目前使用狀況良好；該算法易于實(shí)現(xiàn)通訊、網(wǎng)絡(luò)升級、智能診斷等，為客戶提供更好的升值服務(wù)。也有攪拌站控制系統(tǒng)專業(yè)廠家也采用類似處理方式，如DORNER控制系統(tǒng)。國內(nèi)還有一些攪拌設(shè)備制造商對該升級算法進(jìn)行了改進(jìn)和簡化：將稱重信號用簡化的儀表終端進(jìn)行顯示，用PLC進(jìn)行控制算法，如徐州利勃海爾。

該類算法既有傳統(tǒng)計(jì)量儀表的優(yōu)點(diǎn)，又充分適應(yīng)了科技的發(fā)展，但硬件、技術(shù)要求比較高，開發(fā)周期相對較長。目前國內(nèi)廠家成熟運(yùn)用該成套實(shí)現(xiàn)方案的廠家比較少。

本文立足于此類方式，根據(jù)對攪拌站行業(yè)計(jì)量過程工藝的掌握，設(shè)計(jì)一種用于使用PLC+PC直接實(shí)現(xiàn)儀表功能的}昆凝土攪拌站控制計(jì)量單元。

3、新型計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

具體如圖4所示：

通過PLC+PC的組合，利用PLC機(jī)型內(nèi)部邏輯關(guān)系運(yùn)算實(shí)現(xiàn)終端儀表稱重功能，簡化控制構(gòu)成、減少通訊／線路故障、提高響應(yīng)效率；利用PC的監(jiān)控管理系統(tǒng)作用實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模擬量運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和智能診斷及其實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)具有完全的自主性能，易于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和網(wǎng)絡(luò)功能；同時節(jié)約硬件成本。

3.1功能框架

根據(jù)計(jì)量功能，將各單元之間的關(guān)系表示如圖5所示：

組成框架說明：

(1)配方：接受PC下傳配方、對配方的有效性進(jìn)行處理（判斷和排隊(duì)），擴(kuò)展一配方管理；(2)輸入邏輯判斷：外部檢測／處理信號判斷；(3)輸出邏輯判斷：輸出邏輯處理判斷（手自動、濾波、落差）；(4)控制參數(shù)：濾波參數(shù)／落差參數(shù)；(5)診斷：硬件故障、通訊故障、輸入／輸出異常，返回上位機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互；(6)校秤：線性標(biāo)定，擴(kuò)展一一秤系數(shù)管理。

3.2功能實(shí)現(xiàn)

如圖4、圖5所示，考慮設(shè)計(jì)一個稱重計(jì)量系統(tǒng)，基本原理為：

通過PLC直接采集稱重模塊輸入的稱量模擬量或數(shù)字量信號，然后在PLC內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)配方計(jì)算、配重運(yùn)算、校秤和故障診斷等功能，利用PC實(shí)現(xiàn)一般的參數(shù)輸入、狀態(tài)顯示／診斷等人機(jī)交互功能，其具體實(shí)現(xiàn)為：

(1)將稱重模塊輸出的信號直接引入PLC對應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)稱重信號的采集。如果輸入的信號為非標(biāo)模擬量信號，可通過信號轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理；必要的，可加入濾波信號處理單元，實(shí)現(xiàn)對干擾信號的過濾。

(2)由PC輸入生產(chǎn)配方傳至PLC中。配方如含水率、百分比等數(shù)值的計(jì)算可由PC進(jìn)行，亦可由PLC進(jìn)行；同時可易于實(shí)現(xiàn)配方的一般性故障判斷診斷；同時可利用PC人機(jī)交互的優(yōu)勢進(jìn)行完全多配方系統(tǒng)管理如刪減、修改、查詢等等。同時，可考慮PC網(wǎng)絡(luò)功能自動將配方參數(shù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理。

(3)由PC輸入配重控制的如精／粗稱比例或絕對值、穩(wěn)秤時間等控制參數(shù)，PLC根據(jù)生產(chǎn)工藝要求對稱重任務(wù)逐一進(jìn)行稱量。同時，稱量過程中，可不斷檢測稱重信號的穩(wěn)定狀態(tài)并給出處理辦法如斷路停止、稱量超差報(bào)警等，超差數(shù)值可在PC上設(shè)定；依據(jù)稱量結(jié)果，易于實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)或自動處理如扣秤或補(bǔ)料、落差手動或自動調(diào)整。

(4)配重結(jié)束后，各種配重信息如稱量數(shù)據(jù)、故障信息直接傳人PC。由于PLC控制配重的各種信息狀態(tài)直接和PC通信，易于實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)功能；同時易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

3.3落差算法

落差算法的優(yōu)異與否直接影響成品混凝土的質(zhì)量，而且對攪拌站的生產(chǎn)效率起著一定的提高作用。落差調(diào)整計(jì)算方法可采用模糊PID控制、差值修訂法[5]等。

3.4校秤

稱重模塊的校訂，直接通過PC操作即可實(shí)現(xiàn)，可采用普通的2點(diǎn)校秤原理。同時，記錄校訂的結(jié)果，易于對秤系數(shù)進(jìn)行維護(hù)管理：在稱重單元不發(fā)生變化情況下，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡單拷貝即可實(shí)現(xiàn)；對同類型的配置，簡單修正即可。

同時，可通過PC對校秤結(jié)果進(jìn)行管理和分析，如秤系數(shù)值存在較大差異時，實(shí)施提供報(bào)警提醒信息；當(dāng)稱量出現(xiàn)異常如超差等，即時提醒操作員進(jìn)行干預(yù)或維護(hù)。擴(kuò)展地，可通過網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)秤系數(shù)的監(jiān)管和故障分析。

4、結(jié)語

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用PLC+PC的控制運(yùn)算模式，可利用PLC內(nèi)部程序設(shè)計(jì)替代終端儀表稱重功能，降低了電氣／通訊儀器儀表故障的可能性、提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；

(2)實(shí)現(xiàn)了配方計(jì)算、配方管理、等操作的網(wǎng)絡(luò)化管理；網(wǎng)絡(luò)化的功能，還能便于遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時故障分析處理；

(3)實(shí)現(xiàn)了稱重運(yùn)算邏輯組織，包括精粗稱、落差計(jì)算、時序控制等，實(shí)現(xiàn)了稱重過程的實(shí)施監(jiān)控和過程診斷，實(shí)現(xiàn)了稱重的人機(jī)交互如扣秤/超差處理等；提高了校秤操作的簡易性和稱量數(shù)據(jù)管理的便捷性。

綜上所述，本設(shè)計(jì)算法具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣型，不僅對提高攪拌站整體質(zhì)量和技術(shù)水平有著積極得意義，更能為客戶創(chuàng)造出更多的價值。

 

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