混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

1、混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展摘要 本文介紹分析了混凝土攪拌站進口自動控制系統(tǒng)從八十年代以來的各種模式，同時對目 前國內(nèi)常用的自動控制系統(tǒng)的各種模式進行了分析對比， 希望通過這些分析對比， 使國內(nèi)在 混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)發(fā)展方面能借鑒國際上的先進經(jīng)驗取長補短，迅速發(fā)展。 關(guān)鍵詞： 混凝土，攪拌站，自動控制系統(tǒng)。我們國家從 1978 年開始研究商品混凝土技術(shù)，到 1987 年商品混凝土技術(shù) 通過原國家建設(shè)部技術(shù)鑒定，并確定在全國大力推廣商品混凝土，到如今已有 30 多年的發(fā)展歷程了。 伴隨著商品混凝土行業(yè)的發(fā)展， 商品混凝土的技術(shù)也在 不斷發(fā)展和完善， 其中攪拌站的自動控制系統(tǒng)最為顯著。

2、從 90 年代以前，由進 口設(shè)備自動控制系統(tǒng)一統(tǒng)天下的局面， 到 1994 年我國首次研究成功混凝土計 算機自動控制系統(tǒng)后，現(xiàn)在進口控制系統(tǒng)在國內(nèi)只有寥寥無幾的現(xiàn)狀，說明國 內(nèi)在這一方面的發(fā)展是多么迅猛。但是我們在埋頭苦干的同時，也應(yīng)該舉目遠 眺，看看國際上攪拌站的自動控制系統(tǒng)發(fā)展得怎樣，以便取長補短，把我們的 事業(yè)做到更好，更完善。我在全國各地參與改造了大量的中外攪拌站，其中進口系統(tǒng)有ELBA、LIEBHERR、TaKa、 SeMen、Sttet 、日產(chǎn)、臺灣翊江 等等，其中有八十年代早期 進口的，有九十年代進口的 ，也有近幾年進口的最先進的攪拌站控制系統(tǒng)，還 有一些國產(chǎn)攪拌站。 不管是進口

3、的還是國產(chǎn)的，之所以要改造，一般有二個原 因，一是修理不方便或修理成本過高，二是原來的控制系統(tǒng)有這樣那樣的問題 不能穩(wěn)定可靠運行。要改造好這些控制系統(tǒng)，一定要把原來的控制系統(tǒng)認真分 析研究透徹才能進行改造， 為此也給了我們一個學(xué)習(xí)其它廠家控制系統(tǒng)的機會。 在此整理一些資料，以供大家分析研究參考。一進口控制系統(tǒng)發(fā)展情況介紹：1. 八十年代進口攪拌站的自動控制系統(tǒng)。圖一是八十年代自動化程度比較高的系統(tǒng)，主要是通過電子電路組成的板 卡，再由單板機進行自動控制，這是計算機控制的最初模式。2. 九十年代初期進口攪拌站的自動控制系統(tǒng)控制室1 1西門子PLC1171如采年/Si出抿W111控制計算杠1商菲|

4、 |打印機陵三訐算機汐臥可預(yù)卡式百鬲控劇累址圖二是當(dāng)時比較典型的自動控制系統(tǒng)，從圖中可以看出，稱量傳感器通過 放大器放大后，通過儀表顯示，儀表給出標準電壓或電流信號給計算機的模數(shù) 轉(zhuǎn)換板卡，計算機根據(jù)板卡的信號、設(shè)定值、和來自數(shù)字量板卡的輸入信號發(fā) 出控制指令，再通過數(shù)字量板卡輸出端口來控制現(xiàn)場控制對象。3. 九十年代中后期進口攪拌站的自動控制系統(tǒng)。圖三90年中后期代d計算機為中I的自動控制系統(tǒng)從圖三可以看出，系統(tǒng)不用數(shù)字量輸入輸出板卡。而是直接通過PLC的專用總線連接PLC，這一進步為以后的真正的工業(yè)控制總線結(jié)構(gòu)打下了基礎(chǔ)。4. 2000年初期進口攪拌站的自動控制系統(tǒng)。圖四 比血年初期以計算

5、機芮右心的工業(yè)控制總僉目乂三剖系貌從圖四可以看出計算機系統(tǒng)和PLC的通訊完全是用Profibus工業(yè)控制總線，使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了根本的改善，由于在稱量信號處理方面還 沒有使用Profibus工業(yè)控制總線，因此可稱之為準工業(yè)控制總線的計算機控制 系統(tǒng)，這是一種自動控制模式和自動控制理念上的進步。5. 現(xiàn)在進口攪拌站的自動控制系統(tǒng)刪1 怦弋和帀號現(xiàn)#1/曲號|電的吃目沖I/O*廉卜”；i/ulEk* | 川"岳41和星鼻*AGOhJ控制器 電器控制柜butfiH工業(yè)控制訐眞機IIBfir.-flllr總示m打E 機FM*/cE*lP團亠二 二業(yè)控制總踐蛤枸白卄負松二勻竺釗薑統(tǒng)從

6、圖五可以看出現(xiàn)場的輸入輸出數(shù)字量信號和稱重的模擬量信號全部通過WAGO可編程控制器，可編程控制器和計算機系統(tǒng)的通訊完全是用 Profibus工 業(yè)控制總線實現(xiàn)；圖十二采用的是總線分布式模式，現(xiàn)場按需要設(shè)計幾個分控 制柜，在分控制柜直接安裝了 WAGO可編程控制器和控制電器，現(xiàn)場的輸入 輸出設(shè)備直接接到分控制柜，各分控制柜和主控室只要連接一對通訊電纜和三 相電源就行了，這種總線分布式模式，達到了真正意義上的工業(yè)控制總線的計 算機控制系統(tǒng)，現(xiàn)場連線很少，節(jié)省了大量的銅線，由于電線連接所產(chǎn)生的故 障問題基本沒有了，修理維護也更方便了。二.國內(nèi)主流攪拌站控制系統(tǒng)介紹。1證垛豹兀怔1tU=F!=

7、5;<#«« |、f-一 沖控制檢卡工業(yè)挖帶 /|忸尸處打陽|扌空制宮1. 以計算機為中心的板卡式控制模式m.tr朝計樣機垢 中山的板卡武自 動耳空制 兵詵圖六的形式是典型的板卡式控制模式，數(shù)字量的輸入輸出是通過板卡實現(xiàn)，模擬量的信號處理是采用放大器，稱量控制是由放大器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 卡使稱量信號進入計算機，由計算機通過輸出板卡進行控制。這種控制方 式稱之為以計算機為中心的板卡式自動控制系統(tǒng)。這種控制模式的優(yōu)點是 控制靈活，成本低，目前國內(nèi)使用相當(dāng)普遍。2. 以可編程控制器為中心的計算機自動控制模式。圖七，圖八是目前常用的二種自動控制模式，主要特點是在任務(wù)單和配合 比選

8、好后，計算機提前把稱量所需的各種控制參數(shù)輸入到電子秤儀表，在生產(chǎn) 中都由可編程控制器根據(jù)電子秤儀表給出的控制指令進行控制，計算機在生產(chǎn) 時是作為上位機在使用，也就是把有關(guān)需要統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行記錄和管理。所以 稱之為“儀表+PLC為中心的計算機自動控制系統(tǒng)”。其優(yōu)點是：工作穩(wěn)定，抗 干擾性能強，有稱量半自動控制功能。I£-可鱉套E刊# 'Ll.：A|觀勵化僧號| |卿訥I號| 電干卉館辭：圖九，圖十是另二種常用的控制模式，數(shù)字量的輸入輸出通過PLC，模擬量的信號處理是采用智能稱重儀表，再從儀表中取出與重量對應(yīng)的標準信號進入PLC的AD模塊參與稱量控制，還有一路是進入計算機進行顯示

9、和數(shù)據(jù)庫儲存， 生產(chǎn)中計算機主要是作為上位機使用，其作用有二個：一是在生產(chǎn)前根據(jù)配合 比，把各種參數(shù)輸入到PLC，二是生產(chǎn)中記錄稱量的實際值，給出各種統(tǒng)計表 格。這種系統(tǒng)是以PLC為控制中心的計算機自動控制系統(tǒng)。圖九，圖十不同 的地方是圖九的系統(tǒng)使用專用的稱重儀表，圖十的系統(tǒng)使用放大器解決稱量傳 感器來的信號。3. 準工業(yè)控制總線的計算機自動控制模式。圖十一是近年來用得較多的較先進的控制系統(tǒng)。數(shù)字量的輸入輸出均通過 中間繼電器隔離再與PLC連接，模擬量信號的處理是采用智能稱重儀表， 再從 儀表中直接取出與重量對應(yīng)的數(shù)字信號 （或使用Can bus總線）進入計算機，計 算機對PLC的控制是通過可

10、編程控制器的專用工業(yè)控制總線進行控制。這種控 制方式可稱之為準工業(yè)控制總線計算機自動控制系統(tǒng)模式 （相當(dāng)于2000年初 進口系統(tǒng)的控制模式）。這種控制模式的優(yōu)點是控制靈活，反應(yīng)速度快，穩(wěn)定性 好，抗干擾性強，缺點是專用總線成本比較高。 三各種控制模式的性能比較。對于自動控制技術(shù)，說到底關(guān)鍵技術(shù)就在三個方面，一是對模擬量（傳感 器來的信號）的處理模式，二是對數(shù)字量的處理模式，三是各種數(shù)據(jù)的傳輸模 式。各種 控制模式 的性能比較如下：1. 采用板卡控制模式的特點： 國內(nèi)第一代混凝土計算機自動控制系統(tǒng)就是 使用的板卡控制模式， 八十年代進口系統(tǒng)也是板卡控制模式， 這種模式 目前國內(nèi)使用還是很普遍。主

11、要優(yōu)點是：編程簡單，控制簡單，反應(yīng)速 度快，修理方便，價格便宜； 存在問題是：（1）抗干擾能力比較差， 生產(chǎn)中常會出現(xiàn)因干擾使某個控制點失控的現(xiàn)象； （ 2）特別是用模擬量 板卡時，數(shù)字顯示波動比較大，要達到精確計量比較難； （3）維修成本 高，一塊板卡，損壞一個點就需要換一塊板卡， 如果遇到不是常規(guī)產(chǎn)品， 用戶就麻煩了，（4）板卡和計算機連接的多根扁平線很容易接觸不良， 導(dǎo)致系統(tǒng)故障頻率比較高。2. 采用可編程控制器（PLC）控制模式的特點：目前采用PLC已成為主流 控制模式了， PLC 的特點就是抗干擾能力強， 工作穩(wěn)定，適應(yīng)各種控制 要求，電路接線又簡單， 所以進口攪拌站控制系統(tǒng)自九十年

12、代后都是采 用 PLC 控制模式了。 PLC 使用中最顯著的特點是電氣方面的故障少了， 基本可達到免維護的效果。使用以 PLC 為控制中心，目前有二種模式： 一是儀表 +PLC 為中心的計 算機自動控制系統(tǒng)，二是純以 PLC 為控制中心的計算機自動控制系統(tǒng)。第一種模式的原理是： 每一個任務(wù)單在生產(chǎn)前， 要先把有關(guān)控制參數(shù)先 寫進儀表的程序里才能生產(chǎn)，這會帶來一個問題，連續(xù)生產(chǎn)時，如果下一 車有些參數(shù)有變化，就必須等上一車生產(chǎn)完后，把不同參數(shù)改寫進儀表的 程序里才能生產(chǎn)下一車混凝土，這樣會影響生產(chǎn)效率。第二種模式的原理是： 在每一個任務(wù)單生產(chǎn)前， 也要把有關(guān)控制參數(shù)先 寫進 PLC 的程序里才能

13、生產(chǎn)， 產(chǎn)生的問題和上面的一樣； 這種模式的模擬 量常使用 PLC 的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，由于 PLC 的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部使用的是 八位譯碼器，在生產(chǎn)時會出現(xiàn)顯示遲緩，譯碼精度低的現(xiàn)象（一般電子秤 專用儀表都使用 16 位以上的譯碼器）。3. 使用儀表控制模式的特點：現(xiàn)在電子秤專用儀表都配有微處理器芯片， 屬于智能儀表，對于溫度變化，傳感器非線性度補償，元件的熱嘈聲處 理都做得很好， 而且生產(chǎn)廠家都必須通過國家計量認證， 符合國家計量 法要求。 使用儀表的優(yōu)點是計量精度和穩(wěn)定性好， 對于傳感器異常故障 能給予報警， 能反應(yīng)稱重的實際情況， 對于攪拌站的質(zhì)量控制和材料核 算都有很大的幫助， 當(dāng)計算機有

14、故障時也能手動進行生產(chǎn)； 缺點是儀表 的成本比較高。4. 使用放大器控制模式的特點：放大器接線方便，調(diào)試也簡單；存在問題 是：零點漂移大，非線性誤差大，溫度漂移大，造成計量精度和穩(wěn)定性 都不理想， 當(dāng)多個傳感器組成一個秤時， 對于其中一個傳感器的故障難 以發(fā)現(xiàn)。5. 以計算機為控制中心控制模式的特點： 這種模式的控制系統(tǒng)， 其輸入輸 出和稱量信號采樣都是由計算機完成， 系統(tǒng)允許多任務(wù)同時工作， 因此 在生產(chǎn)的同時可以及時調(diào)整影響稱量控制精度的有關(guān)參數(shù)， 在生產(chǎn)不同 配合比時照樣可以連續(xù)生產(chǎn)， 控制靈活是最大的優(yōu)點， 但是抗干擾性比 較差，外界如有強的干擾源存在（例如使用變頻器，軟啟動等）容易造 成誤動作。6. 工業(yè)控制總線計算機自動控制模式的特點上面已作介紹， 是目前最理想 的控制系統(tǒng)。國內(nèi)的混凝土計算機自動控制系統(tǒng)已在各廠家廣泛研制成功，而且各具特色，技術(shù)都趨于成熟，為中國的混凝土自動控制技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻。但是 國內(nèi)常用的控制模式還是停留在進口控制系統(tǒng)八、九十年代的水平，使用工業(yè) 控制總線的計算機自動控制系統(tǒng)還是比較少，只有個別外資企業(yè)的