隨著(zhù)城市現場(chǎng)化建設的不斷發(fā)展，以往那種由工地自行生產(chǎn)混凝土的方式由于其質(zhì)量難以保證、噪聲及粉塵污染大，因而必將為自動(dòng)控制的混凝土攪拌站所取代。自動(dòng)控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)良穩定、生產(chǎn)成本低、環(huán)保性能良好等特點(diǎn)，正在成為混凝土生產(chǎn)的主流。

我們設計的混凝土攪拌站計算機控制系統是一套用于生產(chǎn)混凝土的自動(dòng)化電子配料、控制裝置，它由工控機、操作臺及配電柜三部分組成，能夠按照給定的配方，自動(dòng)、連續地控制各部分組成，連續地控制各部分物料稱(chēng)量、投料、攪拌和出料。同時(shí)，本系統的軟件還具有財務(wù)管理、生產(chǎn)統計、誤差分析及原材料消耗統計等一系列管理功能。另外，在研制混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統的過(guò)程中，還著(zhù)重考慮了如何提高系統的可靠性和精度的問(wèn)題。

1 系統硬件結構

系統結構如圖1所示。

1.1 工控機

為了保證整個(gè)控制系統的可靠性，選用研華工控機作為上位機，內裝MOXA四端口串行擴展卡、64入/64出的光隔離開(kāi)關(guān)量輸入/輸出卡和并行擴展卡。因為工控機和置于操作臺中的四臺稱(chēng)重配料儀距離很近，采用RS232C通訊協(xié)議。光隔離開(kāi)關(guān)量輸入/輸出卡用于生產(chǎn)流程控制和生產(chǎn)過(guò)程輸入。工控機另接兩臺EPSON300K 24針打印機，用于打印報表和票據。

1.2 稱(chēng)重配料儀

稱(chēng)重配料儀包括骨料磅表、水泥磅表、水磅表、藥水磅表，由直流電源、A/D轉換器、微處理器、鍵盤(pán)、顯示器、串行接口、存儲器和光電隔離控制接口幾個(gè)部分組成（其中的藥水磅無(wú)A/D轉換，由微處理器直接計輸入脈沖）。稱(chēng)重配料儀系統結構如圖2所示。

1.3 控制執行單元和過(guò)程輸入單元

置于操作臺和配電柜內，工控機和稱(chēng)重配料儀的控制輸出信號經(jīng)晶體管放大后驅動(dòng)24伏中間繼電器，由中間繼電器再驅動(dòng)各種交流接觸器來(lái)驅動(dòng)幾百瓦到60千瓦的各種負載。另外，各種生產(chǎn)過(guò)程信號及警信號經(jīng)過(guò)電平轉換后由工控機內的I/O板獲取，再由軟件進(jìn)行分析處理。

1.4 操作臺及配電柜

由空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、熱繼電器等組成的強電控制柜能實(shí)現各種設備電機運轉的驅動(dòng)和短路保護、電機過(guò)載保護。操作臺上，有自動(dòng)/手動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)、各種功能按鈕和開(kāi)關(guān)以及各種急停按鈕。整個(gè)操作臺上的各種按鈕和開(kāi)關(guān)組成了一個(gè)工藝流程模擬屏，自動(dòng)操作時(shí)各種設備和生產(chǎn)流程由工控機軟件控制，操作臺上的工藝流程模擬屏具有顯示設備的運行狀態(tài)的功能。手動(dòng)操作時(shí)操作臺可用來(lái)調試設備或手動(dòng)生產(chǎn)。

2 系統軟件設計

2.1 上位機

上位機軟件在Windows環(huán)境下，采用Delphi語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現全漢化用戶(hù)界面，采用事件驅動(dòng)技術(shù)。程序由生產(chǎn)模塊、參數設定、配方管理、物料管理、客戶(hù)管理、田螺車(chē)管理和工程項目管理及各種統計報表等模塊組成，具有界面友好、操作簡(jiǎn)便、功能強大等特點(diǎn)。

·生產(chǎn)模塊：操作者只需選擇客戶(hù)、工程、配方和國螺車(chē)號，輸入此車(chē)生產(chǎn)量，程序即可自動(dòng)安排生產(chǎn)槽數，根據砂含水量自動(dòng)調整水和砂量，并計算出每槽需稱(chēng)的各種物料量。自動(dòng)完成整車(chē)混凝土的生產(chǎn)并打印和存儲每槽生產(chǎn)數據和打印此車(chē)發(fā)票。整個(gè)生產(chǎn)流程和數據以及報警信息都用動(dòng)態(tài)方式顯示給操作者。

·配方管理：可預設和管理多達一百個(gè)配方，并設密碼防止誤修改和刪除。

·物料管理：管理物料進(jìn)料和進(jìn)行物料用量統計，有效防止物料供應商少料。

·客戶(hù)管理：可進(jìn)行用戶(hù)管理，記錄客戶(hù)信息、統計客戶(hù)混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·工程項目管理：可按工程項目進(jìn)行管理，統計客戶(hù)的某一工程混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·田螺車(chē)管理：可統計每輛田螺車(chē)的出車(chē)次數、行駛里程、車(chē)輛狀況等，用于考核司機。

·各種統計報表：可打印多達二十種統計報表，可按時(shí)間、票據號碼等不同方式檢索，供攪拌站管理人員使用。

2.2 下位機（稱(chēng)重配料儀）

系統軟件主要由主程序、中斷服務(wù)程序和其它子程序組成。軟件采用模塊化設計，包括通訊模塊、顯示模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊和控制模塊等。各模塊源程序用符合ANSI標準的C語(yǔ)言編寫(xiě)，然后由FranklinC51編譯器生成一個(gè)可重新定位的目標文件，再將目標文件固化進(jìn)89C51的ROM中即可。

稱(chēng)重配料儀不但具有一般電子稱(chēng)的所有功能，如顯示重量值等，還可以設定一些參數。它的主要功能是通過(guò)串行口接收工控機發(fā)送的各種物料的稱(chēng)量值，等接收到工控機的開(kāi)始稱(chēng)料命令后，稱(chēng)重配料儀根據程序進(jìn)行稱(chēng)重配料，并且同時(shí)將程序進(jìn)程和物料凈重發(fā)送給工控機，實(shí)現稱(chēng)重配料功能。

3 其它技術(shù)措施

3.1 增強可靠性的措施

為了提高系統的可靠性，在設計中采用了如下措施：

·工控機和稱(chēng)重配料儀等弱電部分采用單獨供電。

·弱電部分供電通過(guò)在線(xiàn)式1KWUPS，既凈化了弱電供電電源，又可保證工控機不會(huì )因為突然掉電而丟失數據。

·要求整個(gè)系統接地電阻小于1Ω。

·工控機和稱(chēng)重配料儀中控制輸出及報警輸入全部采用光電隔離技術(shù)，有效防止外部干擾信號進(jìn)入。

·交流接觸器全部安裝阻容吸收。

·中間繼電器線(xiàn)包全部安裝二極管吸收回路。

·各種弱電傳輸電纜全部采用屏蔽線(xiàn)，并且屏蔽層單端接地。

·稱(chēng)重配料儀硬件設計上有WatchDog，并在軟件設計中采用容錯技術(shù)。

·在稱(chēng)重配料儀的印刷線(xiàn)路板設計中，采用了布較粗的地線(xiàn)，模擬地與數字地一點(diǎn)接地，并合理布置芯片位置。

實(shí)踐證明以上措施是行之有效的，對保證系統正?？煽康剡\行起很大的作用。

3.2 提高精度和生產(chǎn)速度的技術(shù)措施

主要是通過(guò)提高稱(chēng)重配料儀的稱(chēng)量精度和速度來(lái)實(shí)現。這是在保證生產(chǎn)速度的條件下節紅水泥和確?；炷临|(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

3.2.1 A/D轉換器的選擇

為了保證系統的數據采集精度，本系統中的稱(chēng)重配料儀采用了AD公司的AD7712轉換芯片。AD7712是24位的A/D轉換器，它采用了∑-Δ轉換技術(shù)，具有高精度、低噪聲、抗干擾能力強的特點(diǎn)。

3.2.2 自動(dòng)配料控制方法的選擇

影響配料誤差的主要原因為：料斗門(mén)或螺旋給料器的動(dòng)作滯后時(shí)間和空中余料（沖量）的隨機變化。為此，對不同類(lèi)型的物料，分別采用不同的辦法。

·對水泥、粉煤灰采用變速給料來(lái)減少沖量影響。稱(chēng)量時(shí)，先高速給料，達到設定值的90%左右后自動(dòng)變?yōu)榈退倥淞?，?shí)現精稱(chēng)。

·對骨料（大石、小廠(chǎng)、砂）采用大小閘口和逐次逼近的精稱(chēng)方法。精稱(chēng)時(shí)大小閘口全開(kāi)，快速達到關(guān)閘值（設定值-經(jīng)驗空中余量*大值）后關(guān)閉閘口，穩定后根據與目標值的差距量自動(dòng)計算出脈沖補料時(shí)間，然后用小閘口補料，一般經(jīng)過(guò)1～2次補料就能完成精稱(chēng)配料。

·對水采用粗、細管加水方案，實(shí)現流量精稱(chēng)。

通過(guò)以上技術(shù)措施，不但提高了稱(chēng)量精度，而且保證了生產(chǎn)速度。

本文介紹了混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統通過(guò)了技術(shù)鑒定，已應用于香港、深圳、順德等多個(gè)混凝土攪拌站，并合部通過(guò)ISO9002認證，已累計正常生產(chǎn)幾十萬(wàn)立方商品混凝土，符合有關(guān)要求。