CN103885383A - 一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法及系统 - Google Patents

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刘尹霞
马恒
王楠
姚鹏媛
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辽宁工程技术大学
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Abstract

本发明涉及一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法及系统,解决了现有自动配料方法及系统集中控制、集中操作,对通信的可靠性要求较高,实时控制效果差的问题。启动利用通讯电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连的PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器输出控制多个中间继电器,以向混凝土搅拌站内各执行部件发出控制指令,使各执行部件按照上位机设定的生产参数进行动作。从而提高自动配料系统的稳定性和精确性、通信的可靠性和实时性,对生产过程实现集中操作、监视和管理及分散控制,不仅能够自动控制和监视混凝土搅拌站的生产流程,而且能够实现混凝土生产的数据管理。

Description

一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及自动配料控制方法及系统,特别是一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法及系统。
背景技术
[0002]目前,我国混凝土搅拌站正向智能化、环保化、高精度化、标准化、国产化、中小型化、普及化方向发展,所以对于混凝土搅拌站的控制技术的研究具有广泛的应用前景和重要的科学价值。混凝土搅拌站配料过程是在动态过程中高速运行的,为了保证配料精度就必须提高配料过程的实时性。现有的混凝土搅拌站控制系统多采用“工控机+智能配料仪表+可编程序控制器PLC”的控制方式或是“工控机+智能板卡”的控制方式,以上两种方式均为集中控制、集中操作,对通信的可靠性要求较高,并且由于通信造成延时,故不能很好的完成实时控制。
发明内容
[0003] 本发明的目的是解决现有自动配料方法及系统集中控制、集中操作,对通信的可靠性要求较高,实时控制效果差的问题,提供一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法及系统,以提高自动配料系统的稳定性和精确性、通信的可靠性和实时性,对生产过程实现集中操作、监视和管理及分散控制,不仅能够自动控制和监视混凝土搅拌站的生产流程,而且能够实现混凝土生产的数据管理。
[0004] 发明的技术方案是:
一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特殊之处是,包括如下步骤:步骤1、通过上位机设定配料所需的配方数据和生产参数,并发出生产指令,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成;
步骤2、启动利用通讯电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连的PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器输出控制多个中间继电器,以向混凝土搅拌站内各执行部件发出控制指令,使各执行部件按照上位机设定的生产参数进行动作;
步骤3、利用称重传感器实时检测各原料仓送至相应的计量仓中的原料名称和重量信息并发送至PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器将各个称重传感器传送的原料信息与上位机设定的配方数据进行分析比较,当原料信息与配方数据相一致时,所述PLC可编程控制器向对应的原料仓发出控制仓门关闭信号,否则继续开放原料仓向计量仓中投放原料,直至所有原料仓仓门关闭;
步骤4、所述PLC可编程控制器向原料输送装置发出控制指令将对应原料运至中途缸,所述原料为骨料;
步骤5、所述PLC可编程控制器发出卸料指令,待相应的计量仓和中途缸向搅拌机卸料完毕后,通过上位机进行搅拌时间的设定,而后启动搅拌机开始搅拌至搅拌完成。
[0005] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,所述PLC可编程控制器利用安装于各个执行部件处的限位开关检测其是否执行到位。
[0006] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,所述称重传感器的传送信号通过信号放大单元放大后输入PLC可编程控制器。
[0007] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,各原料仓向相应的计量仓中下料时,利用迭代学习控制方法对配料偏差进行动态修正,具体为,当配料系统的下料误差小于设定误差上限时,停止对提前下料量进行调整,所述提前下料量是指上段时间连续N次以上下料误差小于设定的误差下限的下料提前量的平均值,N > 3次。以实现不需要建立详细的物理模型、不依赖于控制对象的物理参数,具有运算简单、实时控制、鲁棒性强的优点。
[0008] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,还包括如下步骤:所述PLC可编程控制器控制各执行部件动作过程中,所述上位机监控生产状态;待生产完成后读取所述PLC可编程控制器的配料数据后将其存储于数据管理系统。
[0009] 一种混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特殊之处是,包括:
用于设置并发送配料所需的配方数据、生产参数信息的上位机,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成;
用于检测由各原料仓送至相应的计量仓中的原料重量并生成原料信息实时发送的称重传感器;
与所述上位机和称重传感器分别相连,用于接收上位机和称重传感器传送的信息并经逻辑判断后发出控制指令的PLC可编程控制器;
与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连,用于执行PLC可编程控制器的控制指令的中间继电器,所述控制指令包括继续向计量仓中投放原料至配方数据要求、计量完成停止投放原料、输送原料至中途缸、向搅拌机中卸料、搅拌机搅拌和停止搅拌。
[0010] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,还包括与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连、用于检测各执行部件是否执行到位且向PLC可编程控制器发送控制行程信息的限位开关。
[0011] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,还包括连接在所述称重传感器与PLC可编程控制器之间的信号放大单元。
[0012] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,所述称重传感器设于各计量仓下部设置的称重秤上。
[0013] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,所述执行部件包括利用电磁阀控制的气动仓门和利用接触器控制的电动机,所述气动仓门分别设置在各原料仓、计量仓、中途缸、搅拌机和各称重秤出口,所述电动机为二个,分别为原料输送机构驱动电机和搅拌机搅拌机构驱动电机。
[0014] 上述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,所述PLC可编程控制器利用通信电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连接。
[0015] 本发明的有益效果是:
1、采用主控工控机、PLC可编程控制器和辅控触摸屏相配合的控制方法,即无按钮、无仪表控制方式,实现了集中操作、分散控制,对混凝土搅拌站实现智能化、多功能、安全、高效、全自动的控制。所谓分散控制就是控制功能分散在不同的控制器中完成,利用通信技术实现各部分之间的联系和协调,也达到了分散危险的目的,安全可靠性更高。其控制操作功能在主控工控机或辅控触摸屏上完成,通过通信电缆将生产指令传递到PLC可编程控制器中,PLC可编程控制器用于实现混凝土搅拌站的实时自动控制,接收上位机的信息、外部输入信号,经逻辑判断后输出控制中间继电器。不仅能够自动控制和监视混凝土搅拌站的生产流程,而且能够实现混凝土生产的数据管理,这种集散系统(DCS)不仅能控制还能管理,结合了 4C技术,是种新型的计算机综合控制系统。
[0016] 2、辅控触摸屏取代外挂式称重仪表实现数据显示功能,弥补了没有显示仪表的不足,同时减少中间沟通环节,触摸屏模拟按钮取代操作台按钮,所有手动控制部分均可在触摸屏上完成,其通过通讯电缆与PLC可编程控制器交换数据,大大简化了系统配线,减轻了日常维护工作量,取消了仪表,降低了系统硬件成本支出,适用于对配料系统功能要求较多的商品混凝土的配制。
[0017] 3、王控工控机作为系统的指挥中心,而PLC可编程控制器作为系统的控制中心,二者分工明确,控制与配料过程同在PLC可编程控制器内完成,程序的内部协调性好,生产过程中可以随时加水减水,摆脱了系统对工控机的过份依赖。另外,由于PLC可编程控制器的稳定性远远高于工控机,故不会出现系统瘫痪、病毒感染等问题,基本上是免维护的。
[0018] 4、主控工控机和辅控触摸屏,二者同时与PLC可编程控制器交换数据,一机双控、同步显示,大大提高了系统稳定性;当主控工控机发生故障的情况下,辅控触摸屏可取代主控工控机完成全自动生产功能,解决了工控机故障时导致搅拌站停产的问题。
[0019] 5、PLC可编程控制器本身不具备人机交互功能,编写的程序只能后台运行,在生产工艺参数较多需要灵活调整的情况下,使用触摸屏来实现人机交互相就是一种很好的选择。通过辅控触摸屏和PLC可编程控制器结合使用,可以在辅控触摸屏中设定配方及各种生产参数,并可实时监控到系统运行状态,显示秤上数据,模拟动画显示等功能。
[0020] 6、上位机控制部分具有功能控制生产过程,传递配方数据、生产参数;读取下位机数据、监控生产状态、存储及打印生产数据、故障报警等功能。
附图说明
[0021] 图1是本发明的控制系统的结构示意图;
图2是本发明的控制系统的配料偏差动态修正原理图;
图3是本发明的控制工艺流程图;
图4是本发明的控制系统的运行监控主界面示意图;
图5是本发明的控制系统的称重数据显示界面示意图;
图6是本发明的配料控制主流程框图;
图7是本发明的配料控制流程框图;
图8是本发明的改变下料量时的迭代控制效果图;
图9是本发明的改变物料性质时的迭代控制效果图。
具体实施方式
[0022] 如图1所示,该混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,包括用于设置并发送配料所需的配方数据、生产参数信息的上位机,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成;用于检测由各原料仓送至相应的计量仓中的原料重量并生成原料信息实时发送的称重传感器;与所述上位机和称重传感器分别相连,用于接收上位机和称重传感器传送的信息并经逻辑判断后发出控制指令的PLC可编程控制器;与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连,用于执行PLC可编程控制器的控制指令的中间继电器,即PLC可编程控制器的CPU输入、输出单元以及扩展输出单元分别连接多个控制各执行部件的中间继电器,其中24V直流电源作为输出输入中间继电器的隔离电源。所述控制指令包括继续向计量仓中投放原料至配方数据要求、计量完成停止投放原料、输送原料至中途缸、向搅拌机中卸料、搅拌机搅拌和停止搅拌。还包括与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连、用于检测各执行部件是否执行到位且向PLC可编程控制器发送控制行程信息的限位开关;连接在所述称重传感器与PLC可编程控制器之间的信号放大单元。所述PLC可编程控制器利用二根串行通信电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连接,二根串行通信电缆一端接在PLC通讯端口 1、2上,另一端分别接到主控工控机COM 口与辅控触摸屏COMl通讯口上。所述称重传感器设于各计量仓下部设置的称重秤上。所述执行部件包括利用电磁阀控制的气动仓门和利用接触器控制的电动机11,所述气动仓门分别设置在各原料仓、计量仓、中途缸、搅拌机和各称重秤出口,所述电动机为二个,分别为原料输送机构驱动电机和搅拌机搅拌机构驱动电机。
[0023] 本实施例中,主控工控机的液晶显示器显示分辨率为1024*768,小于此分辨率会造成某些界面显示不全;键盘、鼠标实现人机对话,输入生产数据及用户参数。辅控触摸屏工作电源为DC24V ;工作温度:0〜50°C,不结露;相对湿度:5%-90%,无凝霜;冷却方式:自然风冷。功耗:低于30W ;操作系统:预装Windows CE嵌入版;应用软件:预装MCGS嵌入版组态软件运行环境。其读取PLC可编程控制器内数据并显示各原料称重秤重量,参见图5,方便手动操作,同时能设定配方,并带有模拟运行图,参见图4,在上位机暂时故障的情况下启动全自动生产。
[0024] 图1中显示了七种控制流。具体分析如下,I为双向流——主控工控机向PLC可编程控制器写入配方及参数等数据;主控工控机读取PLC可编程控制器配料数据及生产参数、运行状态点、秤上重量、动画显示及报警提示;II为双向流一辅控触摸屏向PLC可编程控制器写入配方、发出启动生产信号;辅控触摸屏读取PLC可编程控制器运行状态点,秤上重量及动画显示;111为单向流一PLC可编程控制器输出点控制中间继电器运行;IV为单向流一中间继电器控制电磁阀、电机接触器运行;V为单向流一信号放大单元采集称重传感器信号,进行放大、转换成重量显示为单向流——PLC可编程控制器采集模似信号放大单元放大后的信号进行数据处理;VII为单向流——PLC可编程控制器采集外部限位开关信号,如搅拌机门、各秤门信号等进行逻辑判断。
[0025] 该混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,包括如下步骤:
步骤1、通过上位机设定配料所需的配方数据和生产参数,并发出生产指令,所述配方数据包括原料名称和原料重量,所述生产参数包括各种时间的设置、零区范围精称值设定和含水率及其他参数的设置,本实施例中具体有22种生产参数的设置,如骨料和干粉投放延时、骨料全投空后延时、中途缸投放时间、粉料破拱时间、水泥、煤灰、水、液剂投放延时、混凝土搅拌时间、主机首次开门时间、二次开门时间、油泵工作停止时间、斜皮带铺料时间、骨料提前投放时间、提前投骨料水泥计量剩余量、秤限位开关、骨料粗称精称、声音报警开关、零区范围(关门值)及延时关门设定、骨料精称值设定、超重报警百分比设定、物料名称设定、搅拌机罐容比(方)、发货单存档说明、发货单打印设置、骨料含水率设定,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成。
[0026] 步骤2、启动利用通讯电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连的PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器输出控制多个中间继电器,以向混凝土搅拌站内各执行部件发出控制指令,使各执行部件按照上位机设定的生产参数进行动作。
[0027] 步骤3、各个称重传感器实时检测各个原料仓送至相应的计量仓中的原料名称和重量信息并发送至PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器将各个称重传感器传送的原料信息与上位机设定的配方数据进行分析比较,当原料信息与配方数据相一致时,所述PLC可编程控制器向对应的原料仓发出控制仓门关闭信号,否则继续开放原料仓向计量仓中投放原料,直至所有原料仓仓门关闭。
[0028] 步骤4、所述PLC可编程控制器向原料输送装置发出控制指令将对应原料运至中途缸,所述原料为骨料。
[0029] 步骤5、所述PLC可编程控制器发出卸料指令,待相应的计量仓和中途缸向搅拌机卸料完毕后,通过上位机进行搅拌时间的设定,而后启动搅拌机开始搅拌至搅拌完成。
[0030] 还包括如下步骤:所述上位机监控生产状态;待生产完成后读取所述PLC可编程控制器的配料数据后将其存储于数据管理系统。
[0031] 配料控制过程中,所述称重传感器的传送信号通过信号放大单元放大后输入PLC可编程控制器。所述PLC可编程控制器利用安装于各个执行部件处的限位开关检测其是否执行到位。
[0032] 本实施例中,混凝土搅拌站采用四种骨料、三种水泥、两种煤灰、三种液附剂、两种粉剂和水作为标准原料,配料工艺流程如图3所示,骨料、粉剂、水泥、煤灰、水及液剂实现自动计量和自动投料,控制各种原料的投放顺序,避免搅拌机电流过大。当各种原料全部投入搅拌主机完毕时,按照设定好的搅拌时间开始搅拌,搅拌均匀后搅拌时间到,完成自动卸料到指定罐车。生产批次未完成时秤中物料投空时就可进行下盘物料的计量,以提高生产效率和计量精度。主控工控机和辅控触摸屏上均可监控系统运行情况,如图4所示。搅拌站设有骨料中间暂存斗(中途缸),骨料单独计量,每种骨料对应一台秤;水泥秤一台,累加计量;水秤一台,累加计量;液剂秤一台,累加计量;粉剂秤一台,累加计量;煤灰秤一台,累加计量,如图5所示,主控工控机或辅控触摸屏上均具显示功能。
[0033] 如图6、图7所示,本实施例中,主程序流程包括开始生产一〉各物料称量一〉各物料仓门关一〉卸料完毕一〉搅拌时间设定一〉拌料过程,具体配料流程是手动接通操作台电源,工控机上电,进入搅拌站控制系统程序,工控机及触摸屏上各秤重量显示初始状态为无料,在运行配方管理中选定所需配方数据,在流程图中输入生产参数,在定单管理中详细填写送货订单,启动生产。确认骨料秤、粉剂秤、水秤、添加剂(煤灰、液剂)秤门关与否,实现骨料、粉剂、水及添加剂的自动计量和自动投料,当各种物料全部投入主机完毕时,按照设定好的搅拌时间开始搅拌计时,当搅拌时间到且允许卸料时,按照设定好的卸料速度及开门时间自动卸料。另外,在配料控制过程中利用迭代学习控制方法在配料过程中对配料偏差进行动态修正。具体为,当配料系统的下料误差小于设定误差上限时,停止对提前下料量进行调整,所述提前下料量是指上段时间连续N次以上下料误差小于设定的误差下限的下料提前量的平均值,N ^ 3次。由于配料系统每次下料具有极大的重复性,即使每次搅拌所需物料量不一样,根据物料量的总量除以配料次数得到每次配料量,在多次配料时让每次的配料量一致, 可以认为一段时间内其提前下料量是基本不变的。因此若有N次的下料误差小于设定的误差下限,将这几次下料时的提前量进行平均,该平均值为系统该段时间内应有的提前量。接下来一段时间,可以将该平均值作为提前下料量,只要下料误差不超过设定的误差上限,就一直将此量作为提前下料量。直到下料误差超过设定范围,利用学习增益L重新调整提前量。当配料要求发生变化时,如下料量或物料性质变化时,配料控制系统需要重新确定提前量,使系统快速到达新的稳定状态。若改变期望下料量,如前10次下料量为5000kg,后10次改变为3000kg,控制效果如图8所示,迭代学习控制情况为在设定的期望下料量刚开始改变时,误差比较大,不过经过两次迭代后,系统迅速趋于稳定状态。若改变物料性质,前10次物料为砂子,后10次改变为水泥,控制效果如图9所示,迭代学习控制情况为刚开始改变物料时,提前关门量相差较大,但是经过几次迭代之后,误差迅速变小并迅速趋于稳定状态。从以上两组实验数据图可以看出,此控制方法具有良好的适应能力。当下料量改变或者物料性质改变时,开始有比较大的误差,经过迭代后系统能够迅速的趋于稳定状态,取得了良好的效果,提高了配料控制系统的稳定性、实用性和安全性。

Claims (10)

1.一种混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1、通过上位机设定配料所需的配方数据和生产参数,并发出生产指令,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成; 步骤2、启动利用通讯电缆分别与主控工控机和辅控触摸屏相连的PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器输出控制多个中间继电器,以向混凝土搅拌站内各执行部件发出控制指令,使各执行部件按照上位机设定的生产参数进行动作; 步骤3、利用称重传感器实时检测各原料仓送至相应的计量仓中的原料名称和重量信息并发送至PLC可编程控制器,所述PLC可编程控制器将各个称重传感器传送的原料信息与上位机设定的配方数据进行分析比较,当原料信息与配方数据相一致时,所述PLC可编程控制器向对应的原料仓发出控制仓门关闭信号,否则继续开放原料仓向计量仓中投放原料,直至所有原料仓仓门关闭; 步骤4、所述PLC可编程控制器向原料输送装置发出控制指令将对应原料运至中途缸,所述原料为骨料; 步骤5、所述PLC可编程控制器发出卸料指令,待相应的计量仓和中途缸向搅拌机卸料完毕后,通过上位机进行搅拌时间的设定,而后启动搅拌机开始搅拌至搅拌完成。
2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特征在于:所述PLC可编程控制器利用安装于各个执行部件处的限位开关检测其是否执行到位。
3.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特征在于:所述称重传感器的传送信号通过信号放大单元放大后输入PLC可编程控制器。
4.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特征在于:各原料仓向相应的计量仓中下料时,利用迭代学习控制方法对配料偏差进行动态修正,具体为,当配料系统的下料误差小于设定误差上限时,停止对提前下料量进行调整,所述提前下料量是指上段时间连续N次以上下料误差小于设定的误差下限的下料提前量的平均值,N ^3次。
5.根据权利要求1所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制方法,其特征在于:还包括如下步骤:所述PLC可编程控制器控制各执行部件动作过程中,所述上位机监控生产状态;待生产完成后读取所述PLC可编程控制器的配料数据后将其存储于数据管理系统。
6.一种混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特特征在于,包括: 用于设置并发送配料所需的配方数据、生产参数信息的上位机,所述上位机由主控工控机和辅控触摸屏组成; 用于检测由各原料仓送至相应的计量仓中的原料重量并生成原料信息实时发送的称重传感器; 与所述上位机和称重传感器分别相连,用于接收上位机和称重传感器传送的信息并经逻辑判断后发出控制指令的PLC可编程控制器; 与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连,用于执行PLC可编程控制器的控制指令的中间继电器,所述控制指令包括继续向计量仓中投放原料至配方数据要求、计量完成停止投放原料、输送原料至中途缸、向搅拌机中卸料、搅拌机搅拌和停止搅拌。
7.根据权 利要求6所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特征在于:还包括与所述PLC可编程控制器和混凝土搅拌站内各执行部件分别相连、用于检测各执行部件是否执行到位且向PLC可编程控制器发送控制行程信息的限位开关。
8.根据权利要求6所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特征在于:还包括连接在所述称重传感器与PLC可编程控制器之间的信号放大单元。
9.根据权利要求6所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特征在于:所述执行部件包括利用电磁阀控制的气动仓门和利用接触器控制的电动机,所述气动仓门分别设置在各原料仓、计量仓、中途缸、搅拌机和各称重秤出口,所述电动机为二个,分别为原料输送机构驱动电机和搅拌机搅拌机构驱动电机。
10.根据权利要求6所述的混凝土搅拌站触屏式配料控制系统,其特征在于:所述PLC可编程控制器利用通信电缆 分别与主控工控机和辅控触摸屏相连接。
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