CN103302747A - 混凝土搅拌站控制系统 - Google Patents

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周爱明
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Abstract

本发明公开一种混凝土搅拌站控制系统,包括控制系统以及分别连接于控制系统的物料储存系统、运送系统、计量系统、搅拌系统;该物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场设备上设有多个称重传感器、料位计、变频器和电磁阀;该控制系统包括上位机和下位机,该上位机通过工业交换机完成与下位机之间的通信,实现对整条生产线的监控;该下位机有多个配料控制器,各配料控制器包括ARM主控模块和连接于ARM主控模块的称重模块、给料模块、通信模块,称重模块连接现场设备上的称重传感器、给料模块连接现场设备上的料位计、电磁阀和变频器,由ARM主控模块完成对物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场控制。

Description

混凝土搅拌站控制系统技术领域[0001] 本发明涉及自动检测领域技术,尤其是指一种混凝土搅拌站控制系统。背景技术[0002] 搅拌站的控制系统是以生产过程中所需要的时序要求为依据,通过一系列相互关联的程序,实现对机械各部分动作的协调控制。[0003] 在搅拌站的产生初期,控制系统多采用继电器控制的方式,通过继电器触点的通断完成对接触器、电磁阀以及强电元件的远程控制。该控制系统一般都配置一个固定的操作台,动作执行都需要人工控制,操作管理不方便,生产效率很低。加上继电器的使用寿命较短、动作具有滞后性,很难满足高速控制的要求。[0004] 因此,研究开发计量准确、稳定可靠、高智能化的新型搅拌站自动控制系统具有非常广阔的需求市场。发明内容[0005] 有鉴于此,本发明针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种混凝土搅拌站控制系统,其实现混凝土搅拌站的自动控制和监控,性能优越、经济高效、稳定可靠。[0006] 为实现上述目的,本发明采用如下之技术方案: 一种混凝土揽祥站控制系统,包括控制系统以及分别连接于控制系统的物料储存系统、运送系统、计量系统、搅拌系统;该物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场设备上设有多个称重传感器、料位计、变频器和电磁阀;该控制系统包括上位机和下位机,该上位机通过工业交换机完成与下位机之间的通信,实现对整条生产线的监控;该上位机以工控机为核心,并配置键盘、鼠标、显示器、打印机;该下位机有多个配料控制器,各配料控制器包括ARM主控模块和连接于ARM主控模块的称重模块、给料模块和通信模块,称重模块连接现场设备上的称重传感器、给料模块连接现场设备上的料位计、电磁阀和变频器,由ARM主控模块完成对物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场控制。[0007] 优选的,所述称重模块包括选择信号放大与滤波电路和A/D转换电路,该选择以及信号放大与滤波电路连接称重传感器,使得称重传感器产生的毫伏级的电压称重信号,经过放大、滤波电路,过滤掉高频干扰信号,达到ARM主控模块内部的对输入信号的电平要求,并通过A/D转换电路将物料重量的模拟量信号转化为ARM主控模块可以处理的数字量信号。[0008] 优选的,所述运送系统采用大小阀门的方式供应骨料,对于骨料供料,所述给料模块包括下料阀门控制电路和输送皮带机开关控制电路,通过光电耦合器和RC吸收回路,完成弱电对强电的控制。[0009] 优选的,所述运送系统采用变频器控制交流调速电机的方式供应水泥、掺合剂、水和液态添加剂,针对于此,所述给料模块包括变频器控制电路和D/A转换器,变频器控制电路通过D/A转换器输出0-5V的模拟电压,完成对变频器的控制,从而控制给料速度。[0010] 优选的,所述通信模块包括以太网接口电路,该以太网接口电路通过工业以太网络连接上位机,完成与外部控制网络的通信功能。[0011] 优选的,所述计量系统包括计量斗、称重传感器和A/D转换器。[0012] 优选的,所述称重传感器包括骨料秤、水泥秤、粉煤灰秤、水秤、外加剂秤及粉剂秤。[0013] 优选的,所述上位机有监控系统,该监控系统包括可视化动态界面模块、通信模块、数据管理模块和可实现网络异地远程控制的网络发布模块。[0014] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果,具体而言,由上述技术方案可知: 该控制系统包括上位机和下位机,该上位机通过工业交换机完成与下位机之间的通信,实现对整条生产线的监控;该下位机有多个配料控制器,各配料控制器以ARM主控模块为主控单元,保证混凝土搅拌站能高效地完成混凝土配料、物料传输、混凝土搅拌及混凝土出料等主要功能,同时对系统运行状态进行监控、对故障进行分析进行数据统计及报表生成工作。[0015] 此外,该称重模块通过具有微调补偿电路的并联传感器组以及滤波放大电路,保证了物料的称重精度。通过以太网通信模块,将上位机和配料控制器之间的数据通信方式,由传统的小数据量串口传输方式转变为高速可靠的以太网传输。[0016] 上位机开发了混凝土生产的监控和数据采集系统,通过动态的可视化的界面模拟生产现场的运行状况,完成配方输入、历史数据的查询、报表打印、事故报警等功能,从而实现对整套混凝土生产线的监控。由于上位机内嵌网络发布模块,用户还可通过Internet网络实现对混凝土搅拌站的远程控制。[0017] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效,下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。附图说明[0018] 图1是本发明之实施例的搅拌站的工艺流程图; 图2是本发明之实施例中骨料称重流程图; 图3是本发明之实施例中搅拌流程图; 图4是本发明之实施例中搅拌系统的物料称量结构图; 图5是本发明之实施例中控制系统结构框图; 图6是图5中配料控制器的结构框图。[0019] 附图标识说明: 10、物料储存系统 11、粉料仓 12、骨料仓 20、运送系统 21、平皮带 22、斜皮带 23、螺旋输送机 30、计量系统 31、骨料秤 32、水泥秤 33、粉煤灰秤 34、水秤 35、外加剂秤 36、粉剂秤 40、搅拌系统 50、控制系统 51、上位机 511、工控机 512、键盘 513、鼠标 514、打印机 515、显不器 516、工业交换机 52、下位机 521、配料控制器 5211、ARM主控模块 5212、称重模块 5213、给料模块 5214、通信模块具体实施方式[0020] 请参照图1所示,其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构,包括有物料储存系统10、运送系统20、计量系统30、搅拌系统40及控制系统50。[0021] 其中,物料储存系统10包括粉料仓11和骨料仓12。骨料仓12与地仓结合使用,同时可存储四种骨料(中石子、小石子1、小石子2、黄砂)。粉料包括水泥和粉煤灰,储存方式为圆筒形水泥仓。[0022] 运送系统20包括平皮带21、斜皮带22、螺旋输送机23等,上料可采用装载机上料,各料仓下有两弧形卸料门实现快慢下料,秤斗的骨料通过平皮带21、斜皮带22运送至中途斗。输送方式为螺旋输送机23。[0023] 所述计量系统30包括骨料秤31、水泥秤31、粉煤灰秤33、水秤34、外加剂秤35及粉剂秤36,计量采取重力计量,本发明采取称重传感器和料位计。为保证秤斗物料偏载的影响,增加调理接线盒以保证均衡性。[0024] 如图2所示,本实施例采用定量称重方式对混凝土搅拌站物料计量系统30进行设计,再通过合理的控制算法,使配料过程得到精确、高速控制。将物料称重和输送过程分开进行,计量斗能直接测量出物料的总重量,再通过采取合理的控制措施对称重过程进行补偿,有效保证了配料精度。加上定量称重时只需要采用一套称重传感器,配置成本低。[0025] 采用定量称重方式时,称重传感器只加载于物料计量斗,称量时,物料由储料仓完全落入计量斗,称重传感器定时对计量斗进行封闭式计量,直到物重达到设定值,关闭料仓的下料底门,完成一次称量过程,然后再开启计量斗底门,开始物料的输送过程。[0026] 在混凝土配料过程中,每种物料都有着相应的给料方式。骨料一般通过开启储料仓的落料阀门直接供料,水泥等粉状物料通常由存料仓底部的螺旋输送机23进行螺旋式送料,液态物料采用调速水泵进行流量控制。尽管各种给料装置的驱动电路不尽相同,但所有物料都采用定量的动态称重方式,称重原理和控制方法都是统一的,称重系统都由计量斗、称重传感器、A/D转换器及相应的处理电路组成。[0027] 混凝土的计量系统如图3所示。配料控制器511是运算控制的核心,内部Flash存储器集成称重控制算法。配料控制器511通过功率驱动电路对储料斗底部的给料阀门、螺旋输送机23或变频调速水泵进行控制,计量斗内的物重信息由称重传感器和相关处理电路再反馈给配料控制器,组成一个闭环反馈的物重称量控制系统50。例如,在水泥物料的称量过程中,控制器将计量斗内的物重信息和物料重量的目标值进行对比分析,及时调节螺旋输送器的电机转速,从而调节水泥的给料流量。[0028] 如图1所示,所述搅拌系统40配备多重轴端密封保护装置及风压保护装置,有效杜绝漏浆现象发生;独有监控系统可监控减速箱、卸料泵、润滑油泵等重要部件运行状态;配备380V AC电动时控润滑油泵;可选配搅拌机称重保护装置;重型设计,运行稳定。搅拌系统40的搅拌流程如图4所示。[0029] 所述控制系统50采用集中操作、分散控制的原则,主要包括上位机51和下位机52两大层次,总体结构如图5所示。上位机51是以工控机511为核心,并配置键盘512、鼠标513、打印机514、显示器515等设备,通过人机交互界面的开发,用工业交换机516完成与下位机52之间的通信,实现对整条生产线的监控。下位机52采用ARM芯片为中央控制单元,结合相关的外围电路以及现场设备如传感器、料位开关、底门电磁阀、变频器完成对搅拌过程的现场控制,并且采用模块化的设计思想,将配料控制器分成ARM主控模块5211、称重模块5212、给料模块5213和通信模块5214。[0030] 所述ARM主控模块5211以ARM7为内核,由于自身集成256KB的Flash存储器,为实时操作系统的移植和下位机52混凝土生产控制程序的存储提供了足够空间,配料控制器通过执行存储器中控制程序,完成对生产方案、物料重量等相关数据的运算和处理。[0031] 所述称重模块5212主要包括称重传感器的选择信号放大与滤波电路设计,使得传感器产生的毫伏级的电压称重信号,经过放大、滤波电路,过滤掉高频干扰信号,达到ARM芯片主控单元内部的A/D转换器对输入信号的电平要求,最终将物料重量的模拟量信号转化为ARM芯片可以处理的数字量信号。[0032] 所述给料模块5213主要由变频调速电路和阀门控制电路组成,用于控制各物料仓的给料速度。对于骨料而言,采用大小阀门的方式供料,给料模块5213主要包括下料阀门控制电路和输送皮带机开关控制电路的设计,通过光电祸合器和RC吸收回路,完成弱电对强电的控制。对于水泥、掺合剂、水和液态添加剂,都采用变频器控制交流调速电机的方式供料,给料模块5213包括变频器的选型和变频器控制电路的设计,控制电路通过D/A转换器输出0-5V的模拟电压,完成对变频器的控制,从而控制给料速度。[0033] 所述通信模块5214完成与外部控制网络的通信功能,主要包括以太网控制芯片的选择和接口电路的设计。以太网接口电路是与上位机51通信的唯一渠道,各配料控制器和上位机51之间通过工业以太网络进行数据交换,可以克服传统串行通信的不足,也便于系统的扩展。[0034] 下位机52控制系统50主要负责协调上位工控机511和其他各模块之间的工作时序,完成对上位机51生产方案的接收和物料称重信号的采集,并根据智能称重算法,通过相应的外围电路实现对物料计量和生产搅拌的控制。根据选用的硬件系统,下位机52的软件设计包括操作平台的构建,生产控制程序的实现以及通信系统的设计三方面。[0035] 上位机51监控系统具有动态的可视化的界面,负责向下位机52传送生产方案,完成对现场生产数据的接收和显示,实时地反映生产线的运行情况,并对整个生产线进行实时诊断和报警,可以使操作人员直观的了解现场的生产情况。一个生产周期结束后,监控系统自动储存生产记录,并提供对历史数据的查询以及生产报表的打印。本实施例采用亚控科技的优秀组态软件一组态王为集中监控平台,通过组态王的WEB功能,还可实现网络异地远程控制。监控系统主要由可视化动态界面模块、通信模块5214、数据管理模块和可实现网络异地远程控制的网络发布模块四个部分组成。[0036] 可视化动态界面模块主要完成上位机51人机交互界面的开发。通过按钮、图片、动画以及相关文字等图像元素,绘制出监控软件的基本界面,完成对基本的操作界面及监控画面的设计,然后对图形元素的属性进行选择,建立相应的动画连接。[0037] 通信模块5214主要负责监控系统与下位机52之间的数据交换。由于组态王自身带有驱动开发模块,支持多种通信协议,可以与多种工控设备连接,该部分主要根据ModbusTCP/IP通信协议标准以及组态王驱动程序的开发流程,完成工控机511与配料控制器之间的网络通信。[0038] 数据管理模块的数据库是整个监控系统的核心,是指导生产的决定因素。该部分通过对系统结构功能的分析,主要完成对系统的“内存变量”以及与下位机52通信的“V0变量”等实时数据的定义,将监控界面与下位机52控制设备的现场变量进行动态链接,并根据采集的现场数据,使监控画面和现场生产情况达到同步的动态模拟效果。[0039] 网络发布模块使用户可通过浏览器远程登录监控软件,实现混凝土生产过程的异地监控。本部分包括对连接端口的设置、用户权限的管理以及监控画面的发布等部分。[0040] 综上所述,本发明的设计重点在于,本系统是一个多开关量输入输出的实时控制系统50,保证混凝土搅拌站能高效地完成混凝土配料、物料传输、混凝土搅拌及混凝土出料等主要功能,同时对系统运行状态进行监控、对故障进行分析进行数据统计及报表生成工作。[0041] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:包括控制系统以及分别连接于控制系统的物料储存系统、运送系统、计量系统、搅拌系统;该物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场设备上设有多个称重传感器、料位计、变频器和电磁阀;该控制系统包括上位机和下位机,该上位机通过工业交换机完成与下位机之间的通信,实现对整条生产线的监控;该上位机以工控机为核心,并配置键盘、鼠标、显示器、打印机;该下位机有多个配料控制器,各配料控制器包括ARM主控模块和连接于ARM主控模块的称重模块、给料模块、通信模块,称重模块连接现场设备上的称重传感器、给料模块连接现场设备上的料位计、电磁阀和变频器,由ARM主控模块完成对物料储存系统、运送系统、计量系统和搅拌系统的现场控制。
2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述称重模块包括选择信号放大与滤波电路和A/D转换电路,该选择以及信号放大与滤波电路连接称重传感器,使得称重传感器产生的毫伏级的电压称重信号,经过放大、滤波电路,过滤掉高频干扰信号,达到ARM主控模块内部的对输入信号的电平要求,并通过A/D转换电路将物料重量的模拟量信号转化为ARM主控模块可以处理的数字量信号。
3.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述运送系统采用大小阀门的方式供应骨料,对于骨料供料,所述给料模块包括下料阀门控制电路和输送皮带机开关控制电路,通过光电耦合器和RC吸收回路,完成弱电对强电的控制。
4.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述运送系统采用变频器控制交流调速电机的方式供应水泥、掺合剂、水和液态添加剂,针对于此,所述给料模块包括变频器控制电路和D/A转换器,变频器控制电路通过D/A转换器输出0-5V的模拟电压,完成对变频器的控制,从而控制给料速度。
5.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述通信模块包括以太网接口电路,该以太网接口电路通过工业以太网络连接上位机,完成与外部控制网络的通信功能。
6.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述计量系统包括计量斗、称重传感器和A/D转换器。
7.根据权利要求6所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述称重传感器包括骨料秤、水泥秤、粉煤灰秤、水秤、外加剂秤及粉剂秤。
8.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站控制系统,其特征在于:所述上位机有监控系统,该监控系统包括可视化动态界面模块、通信模块、数据管理模块和可实现网络异地远程控制的网络发布模块。
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