混凝土搅拌站(楼)控制系统选型原则.doc

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混凝土搅拌站（楼）控制系统选型

第五节混凝土搅拌站电气控制系统

一、混凝土搅拌站（楼）控制系统的现状个发展

1进口控制系统发展状况介绍

2国内主流的搅拌站控制系统介绍

3各种控制模式的性能比较

二、搅拌站电气系统培训案例（以可编程控制器为中心的计算机控制系统）

（一）、搅拌站电气系统

（二）、搅拌站电气系统硬件

（三）、搅拌站软件

（四）、搅拌站电气系统的功能及系统操作

（五）、搅拌站计算机监控及管理系统

（六）、搅拌站调试

一、混凝土搅拌站（楼）控制系统的现状个发展

我们国家从1978年开始研究商品混凝土技术，到1987年商品混凝土技术通过原国家建设部技术鉴定，并确定在全国大力推广商品混凝土，到如今已有30多年的发展历程了。

伴随着商品混凝土行业的发展，商品混凝土的技术也在不断发展和完善，其中搅拌站的自动控制系统最为显著。

从90年代以前，由进口设备自动控制系统一统天下的局面，到1994年我国首次研究成功混凝土计算机自动控制系统后，现在进口控制系统在国内只有寥寥无几的现状，说明国内在这一方面的发展是多么迅猛。

但是我们在埋头苦干的同时，也应该举目远眺看看国际上搅拌站的自动控制系统发展得怎样，以便取长补短，把我们的事业做到更好，更完善。

1进口控制系统发展状况介绍

1.1上世纪八十年代进口搅拌站的自动控制系统

图一上世纪八十年代进口的板卡式自动控制系统

图一是上世纪八十年代自动化程度比较高的系统，主要是通过电子电路组成的板卡，再由单板机进行自动控制，这是计算机控制的最初模式。

备注1：

单板机，将微型计算机的整个功能体系电路（CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路）全部组装在一块印制电路板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。

功能比单片机强，适于进行生产过程的控制。

单片机就是一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。

单片机由于体积小，成本低等特点，大量用于生活设备现代化中。

像日常生活中的智能电器，汽车等。

备注2：

板卡是一种印制电路板，简称PCB板，制作时带有插芯，可以插入计算机的主电路板（主板）的插槽中，用来控制硬件的运行，比如显示器、采集卡等设备，安装驱动程序后，即可实现相应的硬件功能。

1.2上世纪九十年代初期进口搅拌站的自动控制系统

图二上世纪90年代初期以计算机为中心的板卡式自动控制系统

图二是当时比较典型的自动控制系统，从图中可以看出，称量传感器通过放大器放大后，由仪表显示，仪表给出标准电压或电流信号给计算机的模数转换板卡，计算机根据板卡的信号设定值，和来自数字量板卡的输入信号发出控制指令，最后通过数字量板卡输出端来控制现场控制对象。

备注3：

A、称重显示器，是电子衡器中显示被称物的质量和称量状态的仪表。

它称量速度慢，功能单一，准确度低，现已基本被淘汰。

现用称重显示器为数字显示式。

工作原理：

数显器接受处理的是称重传感器输出的电信号。

电信号有模拟量也有数字量，最常见的是几至几十毫伏的模拟电压。

激励电源供给称重传感器工作电源，同时供给A/D（模/数）转换单元基准电压，其稳定度一般在0.1%以上。

放大单元通常采用测量放大器结构，接受、放大称重传感器的信号。

放大倍数一般为数百倍。

滤波单元滤掉从机外混入的和放大器自身产生的电噪声。

A/D转换单元把模拟量转换成数字量，转换位数通常取二进制数14位以上。

数据处理单元是以微处理器为核心，使用外围支持芯片组成的，它在程序的控制下完成采集数据、运算、存贮等一系列操作，处理结果送到相应接口上。

显示单元以数字、文字或图表等形式显示出称量值和称量状态，并可通过接口与外部设备联络。

称重显示器

B、称重显示控制器（称重仪表，称重显示控制仪表），

称重仪表仪表也叫称重显示控制仪表，是将称重传感器信号（或再通过重量变送器）转换为重量数字显示，并可对重量数据进行储存、统计、打印的电子设备，常用于工农业生产中的自动化配料、称重，以提高生产效率。

总的来说就是比称重显示器多了自动控制和数据处理功能。

皮带秤仪表（又名皮带秤控制器）JY500B1皮带秤仪表是专门针对皮带称设计的一种高精度，高可靠性，高性能控制仪表。

具有高可靠性，控制算法先进，操作简单，适应能力强等特点。

是设计专用于各种散状、粉状物料的给料，在给料过程中对其物料进行连续动态称量、累计和流量控制，专门用于皮带秤、定量给料机、配料秤、失重秤、螺旋秤的计量控制仪表。

该称重给料仪表适合定量给料机、配料皮带称、电子计量皮带称，皮带速度检测装置等。

具有信号采集、误差校正、状态判断、数据处理、运行显示、PID调节、DCS通讯等多种功能。

采用全数字与参数输入设置方式，系统具有实物标定和模拟标定功能。

数据存储采用了FLASH方式，系统掉电时能自动保存各种过程数据，重新上电后，系统保持在原来的过程参数上运行，使用DCS可实现远程控制操作，仪表运用了高可靠的器件，同时与先进的抗干扰技术相结合，对静电、火花、电磁干扰等有极高的抵抗能力。

皮带秤仪表（皮带秤控制器）

C、称重显示器发展趋势

1、加大科技投入，加强基础研究；在计量称重控制领域中，目前已经广泛采用新技术，如：

控制数学模型的建立、系统理论、模糊理论、人工智能、神经网络、数字滤波、振动理论、阻尼技术、自诊断与自适应技术等。

2、研制开发具有自主知识产权的称重显示控制器，走内引外联发展之路。

①称重显示控制器走模块化、智能化发展的路子，采用可靠性高的PLC及集

成化芯片（模块）作为控制仪表硬件。

②关键的控制思想、控制策略、技术标准等（软件）由设备生产制造厂家提出，采用OEM（集成制造）技术与专业称重仪表厂家合作，在生产技术、称重显示器工艺等方面有新的突破。

可以借鉴国外同行的经验，有的公司，往往自己并不生产控制仪表，而仅仅提供方案、设计思想、软件，而具体称重显示器制造（硬件）则交与专业称重显示器生产厂家制造，发挥各自的优势

3、统一产品标准。

研发具有功能多样化，特别是具有总线功能的新产品。

D、放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。

增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。

1.3上世纪九十年代中后期进口搅拌站的自动控制系统

图三、上世纪九十年代中后期以计算机为中心的自动控制系统

系统不用数字量输入输出板卡，而是直接通过PLC（可编程逻辑控制器）的专用总线连接PLC，这一进步为以后真正的工业控制总线结构打下基础。

1.42000年初期进口搅拌站的自动控制系统

图四、2000年初期进口搅拌站的自动控制系统

从图四可以看出，计算机控制系统和PLC的通讯完全是用profibus工业控制总线，使系统的可靠性和稳定性得到根本的改善，由于在称重信号处理方面还没有使用profibus工业控制总线，因此可称之为准工业控制总线的计算机控制系统，这是一种自动控制模式和自动控制理念上的进步。

1.5现在进口的搅拌站自动控制系统

图五、工业控制总线结构的计算机自动控制系统

图六、工业控制总线结构的计算机自动控制系统

从图五可以看出现场的输入输出数字信号和称重的模拟信号全部通过WAGO可编程控制器，可编程控制器和计算机系统的通讯完全是用profibus工业控制总线实现；

图六是采用总线分布式模式，现场按需要设计几个分控制柜，在分控制柜直接安装了WAGO可编程控制器和控制电器，现场的输入输出设备直接接到分控制柜，分控制柜和主控制室只要连接一对通信电缆和三相电源就行了，由于电线连接所产生的故障问题基本上没有了，维护修理也更方便了。

2国内主流的搅拌站控制系统介绍

2.1以计算机为中心的板卡式控制系统（众多厂家仍在使用）

图七、以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）

图七的形式是典型的板卡式控制模式，数字量的输入输出通过板卡实现，模拟量的信号处理是采用放大器，称量控制是由放大器通过模数转换板卡使称量信号进入计算机使称量信号进入计算机，由计算机通过输出板卡进行控制。

这种控制方式称之为一计算机为中心的自动控制系统，即集中控制系统。

这种控制方式的优点是控制方式灵活，成本低，目前在国内使用相当普遍。

这种控制方式无仪表、无PLC，将控制任务全部集中在工控机中，自动操作由工控机程序完成，手动操作通过点击操作台按钮完成，工控机除完成管理功能之外，还参与生产控制的全过程。

工控机扩展槽中插有各种板卡，实现模拟量数据采集、开关量输入、输出控制，输出信号能直接驱动24V中间继电器。

以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）原理图

这种控制方式的指挥与控制中心均为工控机，中间继电器、电磁阀、电机接触器等为执行中心。

控制原理见上图

以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）控制流分析

控制流

方向

控制流意义

1

单向

工控机输出板卡控制中间继电器运行

2

单向

中间继电器控制电磁阀、电机接触器运行

3

单向

模拟信号放大板采集称重传感器信号，进行信号放大

4

单向

工控机AD卡采集模似信号放大板放大后的信号进行数据处理

5

单向

工控机输入板卡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

优点：

因所有控制全部在工控机中完成，不与外部设备通讯，排除了通讯的不稳定因素，数据采集、存储、报表处理全部由工控机完成，程序协调性较好。

控制流相对简单且都为单方向，所有中间继电器全部受工控机输出板卡控制，配线相对简单。

2.2以可编程控制器为中心的计算机自动控制模式

图八、以仪表+PLC为中心的自动控制系统

图九、以仪表+PLC为中心的自动控制系统

图八、图九是目前常用的两种自动控制模式，主要特点是在任务单和配比选好后，计算机提前把称量所需的各种控制参数输入到电子仪表，在生产中都由可编程控制器根据电子仪表给出的控制指令进行控制，计算机在生产中作为上位机使用，也就是把需要统计的数据进行记录和管理。

所以称之为“仪表+PLC为中心的计算机自动控制系统”。

其优点是：

工作稳定，抗干扰性能强，称量半自动控制系统功能。

图十、以PLC为中心的自动控制系统

图十一、以PLC为中心的放大器式自动控制系统

图十、图十一是另两种常用的控制模式。

数字量的输入输出通过PLC，模拟量的信号处理采用智能称重仪表，再从智能称重仪表中取出与重量对应的标准信号进入PLC的AD模块参与称量控制，还有一路进入计算机进行显示和数据库存储，生产中计算机主要作为上位机使用，其作用有两个：

一是在生产前根据配合比，把各种参数输入到PLC；二是生产中记录称量的实际值，给出各种统计表格。

这种系统是以PLC为中心的计算机自动控制系统。

图十和图十一不同的地方是图十的系统使用专用的称重仪表，图十一的系统使用放大器解决称重传感器来的信号。

（一种典型的以PLC为中心的自动控制系统）：

工控机+智能配料仪表+可编程控制器控制方式

工控机即工业控制计算机，在控制结构中称为上位机。

工控机主要完成两个任务，第一个任务是对整个生产进程的监视和控制。

监视功能就是通过与PLC以及称重终端的通讯，将现场的情况和称重的数据进行采集后通过动画模拟等直观的手段显示出来。

控制功能就是将各种控制参数和指令发送给称重终端仪表和PLC，来对生产的过程进行控制；另一个任务是记录配料数据、客户资料等信息，最后形成各种生产报表资料，出货单的打印也由其来完成。

这种控制系统被称为分布式集散控制系统。

可编程控制器（PLC）在控制系统中又称下位机。

PLC采集来自现场的各种信号，并根据操作人员通过控制面板和上位计算机发出的指令，来控制各种执行元件如电机、电磁阀等去执行生产进程所需要的各种动作，完成生产任务。

以PLC为