组态控制在混凝土搅拌楼系统中的应用

1 序言

混凝土搅拌楼是国家基本建设的“常规武器”，其先进程度，标志着一个国家建筑制造业的水平。国外混凝土搅拌楼体现了机电一体化技术，其微控技术成熟可靠，物料的配比、容量变更控制十分准确，有些还增加了搅拌机动态负荷监测、混凝土物料稠度控制、除尘、消声、废水处理等装置，混凝土泵送技术日臻成熟，最大水平泵送距离达 4000m，泵送量达 180m3/h。我国混凝土搅拌楼经历了引进——吸收消化——部分国产——全部国产——改进提高等发展过程，但整体存在着技术水平参差不齐、新技术含量不高、普及率不高、地区差
异较大、智能化程度不高和环保性能不高等缺点，与国外差距越来越明显，所以研究混凝土搅拌楼的控制有很广泛的应用前景和理论上的科学价值。

本文研究的是上位机采用 MCGS嵌入版工业组态软件绘制动态监控面板，硬件控制面扳采用高性能嵌入式一体化工控机昆仑通态 nTouch TPC064-TB33触摸屏，组成混凝土搅拌楼嵌入式控制系统。下位机由PLC 控制，通过组态软件与 PLC的通讯，实现混凝土搅拌楼的全自动化控制，完成系统运行状态的实时显示、报表显示、多样化报警、数字校称、配方管理等功能。

2 混凝土搅拌楼嵌入式控制系统的硬件组成结构

根据混凝土搅拌楼的生产流程和控制要求，混凝土搅拌楼控制系统要将骨料、水泥、水、外加剂进行计量和搅拌，实现智能化、多功能、安全、高效、全自动的控制，不仅能够自动控制和监视混凝土搅拌楼的生产流程，而且能够实现混凝土生产的数据管理。

混凝土搅拌控制系统具体控制原理为（1）上位机控制：由全中文嵌入版工控组态软件 MCGS和触摸屏实现。上位机部分是整个生产的指挥中心，控制仪表与PLC，同时监控整个生产运行。上位机部分实现人机对话、输入生产参数及用户参数、从下位机读取信息进行监控、故障报警、控制打印机打印数据、贮存数据、实现触摸屏数据导出至计算机中长期保存等功能。（2）下位机控制：由日本三菱 PLC实现混凝土搅拌楼的实时自动控制、接收上位机的信息、通过输入信号，经逻辑判断后输出控制中间继电器等功能。24V直流电源作为输出输入中间继电器的隔离电源。控制仪表与 PLC同听命于上位机，其中仪表主要负责按配方控制生产，触发相应中间继电器动作，控制配料过程；PLC主要负责除配料外整个生产的进行。

3 混凝土搅拌楼嵌入式控制系统的软件开发

3.1 操作系统和应用软件的选择

为了实现嵌入式系统在混凝土搅拌楼领域的应用，操作系统选用了微软公司最新推出的嵌入式实时操作系统 windows ce.net。它包括了创建一个基于 windows ce的定制设备所需的一切，具备完整的操作系统特性和端对端的开发环境，具备强大的联网能力、强劲的实时性和小内存体积占用以及丰富的多媒体和 web浏览功能。应用软件选择国内嵌入式组态软件的首开先河者——昆仑通态自动化软件科技有限公司推出的 MCGS嵌入版组态软件。MCGS嵌入版组态软件是基于 RTOS（real-time multi-tasks operating system）实时多任务操作系统。体系结构分为组态环境和运行环境两部分，组态环境相当于一套完整的工具软件，可以在 PC机上运行，用简单的模块化设计帮助用户设计和构造自己的应用系统，组态好的应用系统通过串口或以太网下载到嵌入式操作系统 windows ce中实时运行。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。两部分互相独立又紧密相关。经过现场的长期实际运行，系统稳定性好、可靠性高，为用户创造了良好的经济效益[1]。

3.2  MCGS组态软件开发系统运行监控界面

本系统运行图采用了三维动画，适时模拟运行，直观方便，操作简单。配方编辑和生产参数（落差值、小投值、PLC参数、仪表参数）采用对话框方式出现，对于数据的查看和修改都很方便。生产数据管理系统提供了生产日期、用户名、两种查询方式，还有数据统计及数据备份，其中数据统计可以对耗材的消耗量进行统计。用户信息可以所有用户信息进行输入和管理，以备生产时调用。系统调试可以使用户对系统的线路进行调试。混凝土搅拌楼嵌入式控制系统的运行监控界面如图 1所示，用户可以在此画面中选择配方，修改罐容比，生产立方数及编辑货单参数，显示各机构的执行状态，控制整个混凝土搅拌楼的运行。


运行图中定货号由系统自动生成，10位数据，前 6位为系统日期，后四位为序号。在生产数据浏览报表中的定货号是递增的。如果需要半自动生产时，将旋钮打到“半自动”档（中间档），然后按“自动计量”按钮，系统会按照仪表中设定的配方计量物料，完毕后按“自动投料”按钮，投料完毕后按“自动出砼”按钮。在上位机故障时或生产特殊要求时，可以在半自动状态下控制生产。

在主菜单上点击“PLC”/“PLC输出测试”，进入 PLC输出测试界面。按照按钮上的中文标识操作，当按下与流程图中相应设备配合的按钮时，此时，按钮由紫色变成蓝色，相应的状态指示灯由红色变成绿色，控制该设备的继电器处于接通状态，可根据该设备动作是否准确来判断系统的输出接线正确与否.[3]操作示意图如图 2如示，PLC参数的设定及修改如图3所示：
 


控制系统与外部硬件设备PLC的连接是在MCGS设备窗口中建立的，能使系统能够从PLC读取数据并控制 PLC的工作状态，实现对工业过程的实时监控。实现设备驱动的方法是根据PLC的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之中，以对象的形式与PLC建立数据的传输通道连接。系统运行过程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现

对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。 通过以上设计方案的实现，系统完成了丰富、生动的多媒体画面、多样化的报警、数字校秤、常用参数设置、系统调试、自动加减水、报表功能，具有数字显示，查询，分析，统计，打印等功能 ,还有配方管理功能，可设置存储 100种以上配方；完善的安全机制，用户能够根据不同等级的管理人员，设置不同操作权限；全自动/半自动/手动切换方便等功能。

4 结束语

本文内容是混凝土搅拌楼控制系统项目的一部分，采用新的工业控制技术解决了上位机组态软件与下位机 PLC通讯的关键技术，是混凝土搅拌楼控制系统新的发展方向.该系统解决方案达到了预期效果，实用性强、安全性高、监控界面友好、操作方便、运行可靠，已在国家标准混凝土搅拌楼技术条件的起草单位辽宁阜新恒泰机械有限责任公司试运行成功，并批量生产。

本文作者创新点是解决了上位机组态软件与下位机 PLC通讯的关键技术，实现了工业控制技术在混凝土搅拌楼控制系统中的首次应用，达到了智能化、多功能的全自动控制。