一種混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 摘要：介紹了一種適合水泥制品行業(yè)使用的混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本攪拌站采用工控電腦+PLC+數(shù)字化智能儀表的集散控制方式，工控電腦負(fù)責(zé)自動(dòng)邏輯控制、生產(chǎn)過程動(dòng)畫顯示、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理，PLC負(fù)責(zé)IO數(shù)據(jù)輸入輸出轉(zhuǎn)換，數(shù)字化儀表負(fù)責(zé)稱重傳感器數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和傳輸。所有的控制邏輯用工控軟件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)功能模塊分區(qū)清晰，外圍無復(fù)雜的邏輯電路，故障少且故障點(diǎn)查找十分簡單。工控機(jī)程序采用VC+編程，配比數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)采集的稱量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ACCESS數(shù)據(jù)庫中，供查詢、分析和管理用。 關(guān)鍵詞：工控機(jī)，PLC，VC+，多線程，串口通信，數(shù)據(jù)庫中圖分類號(hào)：G250文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 在水泥制品行業(yè)中，混凝土攪拌站是關(guān)鍵設(shè)備，性能好壞關(guān)系到產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，這里介紹一種適合水泥制品行業(yè)使用的攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。水泥制品行業(yè)對(duì)攪拌站要求是多方面的，用在商品混凝土攪拌控制方面，要求攪拌站要以很高的效率連續(xù)進(jìn)行攪拌控制，不一定每斗料都控制得很精確，只要在一個(gè)可接受的誤差范圍內(nèi)就可以，但是一車料總的配比量必須很精確，這樣經(jīng)過攪拌運(yùn)輸車一路的攪拌，還可以使不同次攪拌出來的混凝土料繼續(xù)攪拌均勻，因此每一車不同盤次攪拌的料可以通過根據(jù)前盤的誤差，在一定范圍內(nèi)調(diào)整后盤的配比的方式，使前面各盤誤差為零，達(dá)到控制整車誤差的目的。在水泥管道、建筑管樁、地鐵管片等的工廠預(yù)制生產(chǎn)方面，則要求每一盤攪拌好的混凝土料都要很精確，因?yàn)檫@些攪拌好的混凝土料會(huì)被立即輸送到設(shè)備或模具里生產(chǎn)成產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中，對(duì)混凝土配比的調(diào)用和管理，對(duì)實(shí)際攪拌數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和利用，對(duì)實(shí)際砂、石、水泥等物料的實(shí)時(shí)用量和庫存量掌握和管理，都需要功能強(qiáng)大和易于使用的管理控制系統(tǒng)。因?yàn)樾枰た仉娔X直接進(jìn)行實(shí)時(shí)配料控制，本系統(tǒng)電腦控制軟件采用VC+6.0進(jìn)行編程,保證控制程序運(yùn)行快速、穩(wěn)定,滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制的需要。控制軟件運(yùn)行在win2000操作系統(tǒng)下,采用標(biāo)準(zhǔn)windows窗口操作方式,采用圖形界面和動(dòng)畫控件技術(shù),使得運(yùn)行狀態(tài)顯示直觀,操作和掌握非常容易，通過不同的菜單，可以打開不同的設(shè)置和管理窗口，很方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制模式的切換、各種控制參數(shù)的設(shè)置、配方的編輯和調(diào)用、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查詢和管理等工作。一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)以工控電腦為中心，自動(dòng)控制軟件是系統(tǒng)的核心。所有的秤重傳感器輸出電壓通過數(shù)字化秤重儀表進(jìn)行采集和處理，然后通過串口連續(xù)高速的傳給工控電腦，工控電腦通過多串口卡連接不同的秤重儀表，通過連續(xù)高速讀串口數(shù)據(jù)的方式實(shí)時(shí)獲得各秤的重量數(shù)據(jù)用于按一定的控制方式進(jìn)行秤量控制。工控機(jī)的控制指令經(jīng)過編碼，連續(xù)發(fā)送給PLC，PLC接收到工控機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀后進(jìn)行解碼，然后根據(jù)指令打開和關(guān)閉相應(yīng)的輸出點(diǎn)進(jìn)行控制。同時(shí)PLC每接收到一幀工控機(jī)的數(shù)據(jù)，即刻將PLC輸入端子的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行編碼回傳給工控機(jī)，讓工控機(jī)獲得PLC輸入端子的狀態(tài)。這些端子狀態(tài)根據(jù)接入點(diǎn)的不同，分別反映了斗門的開關(guān)狀態(tài)和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等。通過和秤重儀表、PLC的通信，工控機(jī)獲得了進(jìn)行自動(dòng)控制需要的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過各種運(yùn)算和邏輯判斷，又以通信的方式通過PLC進(jìn)行各種控制，并將控制狀態(tài)以動(dòng)畫的方式在電腦控制界面里顯示出來。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)涉及到VC+界面編程、通信編程、數(shù)據(jù)庫編程、多線程編程和PLC軟件編程等，電腦程序編制采用了模塊化技術(shù)，利用C+特性，將各種功能模塊編制成不同的類，通過實(shí)例化類進(jìn)行調(diào)用和重復(fù)使用。二、工控機(jī)程序開發(fā)2.1界面編程 系統(tǒng)顯示主界面是一個(gè)FormView類窗口，窗口背景是攪拌控制系統(tǒng)模擬圖做成的位圖，在窗口相應(yīng)位置疊加上數(shù)碼顯示控件、輸入控件、按鈕控件、動(dòng)畫控件。系統(tǒng)菜單分三級(jí)，主菜單為系統(tǒng)管理，控制參數(shù)，生產(chǎn)管理和系統(tǒng)幫助，系統(tǒng)管理二級(jí)子菜單包含人員管理、運(yùn)行管理、配方管理、計(jì)劃管理、數(shù)據(jù)庫管理等?？刂茀?shù)二級(jí)子菜單，包含時(shí)序設(shè)置、抖動(dòng)時(shí)間設(shè)置、稱量提前量設(shè)置、扣秤提前量設(shè)置、自動(dòng)/手動(dòng)切換等。生產(chǎn)管理二級(jí)子菜單包含生產(chǎn)調(diào)度、送貨單打印、當(dāng)天生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等。系統(tǒng)幫助二級(jí)子菜單包含系統(tǒng)使用說明，系統(tǒng)注冊(cè)等。為方便菜單調(diào)用，設(shè)計(jì)了右鍵下拉菜單，常用功能菜單放在下拉菜單中，每一個(gè)菜單鍵對(duì)應(yīng)打開一個(gè)對(duì)話框，完成配方管理和調(diào)用、生產(chǎn)計(jì)劃制定、生產(chǎn)控制參數(shù)的設(shè)置等工作。主界面如圖1 圖12.2主控模塊編程程序主執(zhí)行循環(huán)放在CFrameWnd類中進(jìn)行，程序的稱量控制、時(shí)序邏輯控制和各種對(duì)話框的調(diào)用等均放在類中進(jìn)行。在該類的 OnCreate中初始化了一個(gè)基本定時(shí)器SetTimer(TIME_SEQUENCE,50,AutoCycle);時(shí)間設(shè)定為50ms，每50ms都會(huì)調(diào)用一次循環(huán)控制模塊，所有需要循環(huán)反復(fù)觸發(fā)的事件都放在這個(gè)函數(shù)內(nèi)進(jìn)行，如和PLC之間的串口通信、刷新顯示LED控件、稱量控制和其它的邏輯時(shí)序控制等。各事件不同的觸發(fā)間隔時(shí)間可以通過計(jì)數(shù)的方法在該函數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，如：需要一秒鐘刷新顯示一次LED控件，就可以通過設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)變量，每循環(huán)一次計(jì)數(shù)值加50，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于1000時(shí)，執(zhí)行一次刷新顯示操作，然后將計(jì)數(shù)變量值清零重新進(jìn)行計(jì)數(shù)累加。讀秤重儀表串口的操作放在一個(gè)單獨(dú)創(chuàng)建的輔助線程內(nèi)進(jìn)行，線程函數(shù)為DWORD WINAPI ThreadProc(HWND hSendWnd),線程函數(shù)里面是一個(gè)do。while（）無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，每次循環(huán)讀各儀表串口一次，然后休眠15ms以后重復(fù)循環(huán)（休眠是為了避免輔助線程獨(dú)占了CPU時(shí)間）。圖2是建立輔助線程和主循環(huán)函數(shù)定時(shí)設(shè)置的部分代碼。 圖2 主循環(huán)定時(shí)和建立輔助線程部分代碼 2.3 秤量控制邏輯編程稱量控制功能代碼放在專門的類中，并在CFrameWnd的循環(huán)控制函數(shù)中進(jìn)行實(shí)例化調(diào)用。該類包含了全部的配料控制函數(shù)，有上料提前量控制、卸料提前量控制、抖動(dòng)上料控制、抖動(dòng)卸料控制、提前量參數(shù)自動(dòng)修正等功能函數(shù)模塊。本控制系統(tǒng)對(duì)秤量控制分為上料控制過程和卸料控制過程，秤量重量以實(shí)際卸料量為準(zhǔn)。上料配料時(shí)，打開配料門，物流開始進(jìn)入秤量斗，當(dāng)秤斗實(shí)時(shí)重量 + 提前量 >= 配方重量時(shí)，關(guān)閉配料門，當(dāng)門完全關(guān)閉后延時(shí)一定時(shí)間，儀表傳回的穩(wěn)定的稱量重量值就是落入秤斗的實(shí)際物料量，每次上料、卸料配料結(jié)束，調(diào)用提前量參數(shù)自動(dòng)修正模塊，根據(jù)實(shí)際物料量和配方要求量之間的誤差對(duì)配料提前量參數(shù)運(yùn)用逐次逼近的方式進(jìn)行加減修正，以備下次控制使用（提前量每次的修正量可在界面中設(shè)置）。卸料配料時(shí)，根據(jù)秤斗里的物料重量和配方要求量的比較結(jié)果選擇控制方式，秤斗物料重量 配方重量時(shí),不能將秤斗的物料全部卸出放入攪拌機(jī)，此時(shí)就要考慮將多出的物料留著秤斗內(nèi)，控制過程是：打開卸料門卸料，當(dāng)秤斗實(shí)時(shí)重量 - 卸料提前量 <= 留料量時(shí)，關(guān)閉秤斗門。此時(shí)實(shí)際進(jìn)入攪拌機(jī)的物料量就是此次完整的配料過程實(shí)際秤量量，這個(gè)實(shí)際秤量量是計(jì)算得到的值，作為實(shí)際稱量量存入數(shù)據(jù)庫?？刂葡到y(tǒng)還設(shè)有抖動(dòng)補(bǔ)料和抖動(dòng)卸料功能供用戶選用，當(dāng)被選中使用時(shí)，如果上料配料時(shí)落入秤斗的物料量小于配方量或卸料配料時(shí)秤斗內(nèi)留料量偏多時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制上料或卸料斗門進(jìn)行脈動(dòng)式的開關(guān)門操作，模仿人工點(diǎn)動(dòng)控制，讓秤量斗內(nèi)的物料一點(diǎn)一點(diǎn)的添加或減少（每次點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行上料或卸料的時(shí)間的長短可以控制每次進(jìn)入或卸出秤量斗的物料量，抖動(dòng)時(shí)間可以在界面中設(shè)置），直到達(dá)到誤差允許范圍，保證實(shí)際配料的精準(zhǔn)。 2.4 串口編程本系統(tǒng)工作的時(shí)候通過多串口卡上Com3到Com15的13個(gè)串口同時(shí)讀13個(gè)稱重儀表傳來的重量數(shù)據(jù)，并通過工控電腦上的Com1口對(duì)PLC進(jìn)行高速讀寫操作。在這個(gè)工程中，選擇了利用windows 通信API進(jìn)行串口通信編程。該方式是windows2000下效率較高的一種方式。采用多線程和消息機(jī)制，使用異步（重疊）I/O操作，在創(chuàng)建端口時(shí)，CreatFile（）函數(shù)的dwFlagesAndAttributes參數(shù)必須設(shè)為FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)示，讀寫串口函數(shù)必需制定OVERLAPPEN結(jié)構(gòu)。異步讀串口函數(shù)部分代碼如圖3 圖3 異步讀串口函數(shù)代碼2.5 數(shù)據(jù)庫編程本系統(tǒng)配料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用ACCESS數(shù)據(jù)庫，ACCESS是小型數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)量逐漸增多的情況下，其處理速度會(huì)越來越慢，但數(shù)據(jù)庫有不需要建服務(wù)器、使用維護(hù)簡單、對(duì)使用人員要求低等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中可以揚(yáng)長避短，本系統(tǒng)ACCESS數(shù)據(jù)庫每月自動(dòng)生成新的數(shù)據(jù)庫文件，使用過程中不需要定期清里數(shù)據(jù)庫，并通過生成合并數(shù)據(jù)庫的方式滿足跨月跨年查詢的要求。這種設(shè)計(jì)對(duì)攪拌配料數(shù)據(jù)查詢會(huì)比較慢，但是綜合使用性能很好，完全滿足水泥制品行業(yè)攪拌站生產(chǎn)使用。每月生成新數(shù)據(jù)庫的方法是：建立一個(gè)只有數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的空數(shù)據(jù)庫文件作為自動(dòng)生成數(shù)據(jù)庫的模版文件，如：MixData.mdb。使用數(shù)據(jù)庫前，先取得當(dāng)前時(shí)間，然后以當(dāng)前時(shí)間的年和月組合為新數(shù)據(jù)庫的文件名，比如：201403.mdb，如果同名的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)存在就什么都不做，否則就用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫為模板建一個(gè)以年月為名稱的新數(shù)據(jù)庫文件，然后再打開數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各項(xiàng)操作。建庫代碼如圖4圖4生成數(shù)據(jù)庫代碼對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作采用ADO方法，ADO是最新的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，它使用更加簡單、更加靈活的對(duì)象模型，使用ADO作為數(shù)據(jù)訪問接口是目前比較推崇的方法。使用ADO對(duì)象前，需要使用 圖5 的語句 圖5導(dǎo)入ADO庫代碼將ADO庫文件導(dǎo)入到工程中。然后使用ADO庫里的三個(gè)基本接口_ConnectionPtr接口、_RecordsetPtr接口和_CommandPtr接口指針對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀、寫和查詢等操作。三、PLC程序開發(fā) PLC使用的是S7-200的CPU，程序在西門子的編程軟件上進(jìn)行編制，采用梯形圖方式，程序功能主要是和工控電腦通信，接收工控電腦傳來的指令信息，解碼后控制相應(yīng)的輸出端子打開或關(guān)閉實(shí)現(xiàn)操作控制功能。每接收到一幀工控機(jī)的指令碼，就將輸入端子的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行編碼打包后回傳給工控電腦。程序采用自由口模式進(jìn)行串口通信編程，使用自由口通信時(shí)首先要把通信口定義為自由口模式，通過設(shè)置特殊標(biāo)志字節(jié)smb130，對(duì)端口1的通信協(xié)議、波特率、字符位數(shù)、校驗(yàn)選擇等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過SMB186、SMB187、SMB188、SMB189、SMW190、SMW192、SMW194等特殊標(biāo)志字或字節(jié)可以設(shè)置接收控制信息，如：設(shè)置信息開始符、結(jié)束符、空閑時(shí)間、要接收的字符數(shù)等，然后利用指定的中斷服務(wù)程序調(diào)用RCV指令將數(shù)據(jù)接收存放到指定的接收緩沖區(qū)內(nèi)，通過XMT指令將含有編碼打包好的輸入端口狀態(tài)字符的緩沖區(qū)的內(nèi)容發(fā)送出去。四、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)過多年的使用和不斷改進(jìn)，該系統(tǒng)操作簡單、功能完善、生產(chǎn)效率高,符合水泥制品行業(yè)的特殊要求。實(shí)現(xiàn)了從配料、計(jì)量、誤差修正、投料、數(shù)據(jù)記錄、攪拌計(jì)時(shí)直到出砼的全過程的自動(dòng)控制,具有可靠的安全連鎖和人工干預(yù)功能。軟件的秤量控制部分是特別設(shè)計(jì)的,除了具有普通控制系統(tǒng)的配料提前量控制功能外,還有超秤自動(dòng)扣秤功能和模擬手工操作的抖動(dòng)補(bǔ)料和抖動(dòng)卸料功能,更采用了獨(dú)特的扣秤提前量雙參數(shù)自動(dòng)選擇功能，做到了小扣秤量和大扣秤量時(shí)都能確保秤量精度?？刂葡到y(tǒng)的配料控制功能保證無論秤斗內(nèi)有無余料都可進(jìn)行配料操作，可以在配料過程中隨時(shí)停止配料操作，可中途修改配比后重新啟動(dòng)自動(dòng)配料操作，使得絕大多數(shù)情況下無需手動(dòng)操作，保證配料數(shù)據(jù)的完整準(zhǔn)確。配料數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用微軟ACCESS數(shù)據(jù)庫,便于在廣泛使用的OFFICE軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理。具有完備的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出功能 ，能方便的進(jìn)行配料記錄的管理應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫不需要專人定期維護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。參考文獻(xiàn)Visual C+ 串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐 李現(xiàn)勇Visual C+6.0 數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐 求是科技 編著 責(zé)任編輯 張力科可編程控制器入門教程 編著鐘肇新 王灝