隨著城市現(xiàn)場化建設(shè)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，因而必將為自動控制的混凝土攪拌站所取代。自動控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良穩(wěn)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(shè)計(jì)的混凝土攪拌站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一套用于生產(chǎn)混凝土的自動化電子配料、控制裝置，它由工控機(jī)、操作臺及配電柜三部分組成，能夠按照給定的配方，自動、連續(xù)地控制各部分組成，連續(xù)地控制各部分物料稱量、投料、攪拌和出料。同時(shí)，本系統(tǒng)的軟件還具有財(cái)務(wù)管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、誤差分析及原材料消耗統(tǒng)計(jì)等一系列管理功能。另外，在研制混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)的過程中，還著重考慮了如何提高系統(tǒng)的可靠性和精度的問題。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 工控機(jī)

為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，選用研華工控機(jī)作為上位機(jī)，內(nèi)裝MOXA四端口串行擴(kuò)展卡、64入/64出的光隔離開關(guān)量輸入/輸出卡和并行擴(kuò)展卡。因?yàn)楣た貦C(jī)和置于操作臺中的四臺稱重配料儀距離很近，采用RS232C通訊協(xié)議。光隔離開關(guān)量輸入/輸出卡用于生產(chǎn)流程控制和生產(chǎn)過程輸入。工控機(jī)另接兩臺EPSON300K 24針打印機(jī)，用于打印報(bào)表和票據(jù)。

1.2 稱重配料儀

稱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(zhuǎn)換器、微處理器、鍵盤、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A/D轉(zhuǎn)換，由微處理器直接計(jì)輸入脈沖）。稱重配料儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 控制執(zhí)行單元和過程輸入單元

置于操作臺和配電柜內(nèi)，工控機(jī)和稱重配料儀的控制輸出信號經(jīng)晶體管放大后驅(qū)動24伏中間繼電器，由中間繼電器再驅(qū)動各種交流接觸器來驅(qū)動幾百瓦到60千瓦的各種負(fù)載。另外，各種生產(chǎn)過程信號及警信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后由工控機(jī)內(nèi)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

由空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器等組成的強(qiáng)電控制柜能實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動和短路保護(hù)、電機(jī)過載保護(hù)。操作臺上，有自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、各種功能按鈕和開關(guān)以及各種急停按鈕。整個(gè)操作臺上的各種按鈕和開關(guān)組成了一個(gè)工藝流程模擬屏，自動操作時(shí)各種設(shè)備和生產(chǎn)流程由工控機(jī)軟件控制，操作臺上的工藝流程模擬屏具有顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的功能。手動操作時(shí)操作臺可用來調(diào)試設(shè)備或手動生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 上位機(jī)

上位機(jī)軟件在Windows環(huán)境下，采用Delphi語言編寫，實(shí)現(xiàn)全漢化用戶界面，采用事件驅(qū)動技術(shù)。程序由生產(chǎn)模塊、參數(shù)設(shè)定、配方管理、物料管理、客戶管理、田螺車管理和工程項(xiàng)目管理及各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表等模塊組成，具有界面友好、操作簡便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。

·生產(chǎn)模塊：操作者只需選擇客戶、工程、配方和國螺車號，輸入此車生產(chǎn)量，程序即可自動安排生產(chǎn)槽數(shù)，根據(jù)砂含水量自動調(diào)整水和砂量，并計(jì)算出每槽需稱的各種物料量。自動完成整車混凝土的生產(chǎn)并打印和存儲每槽生產(chǎn)數(shù)據(jù)和打印此車發(fā)票。整個(gè)生產(chǎn)流程和數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息都用動態(tài)方式顯示給操作者。

·配方管理：可預(yù)設(shè)和管理多達(dá)一百個(gè)配方，并設(shè)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(tǒng)計(jì)，有效防止物料供應(yīng)商少料。

·客戶管理：可進(jìn)行用戶管理，記錄客戶信息、統(tǒng)計(jì)客戶混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·工程項(xiàng)目管理：可按工程項(xiàng)目進(jìn)行管理，統(tǒng)計(jì)客戶的某一工程混凝土用量等，供攪拌站管理人員使用。

·田螺車管理：可統(tǒng)計(jì)每輛田螺車的出車次數(shù)、行駛里程、車輛狀況等，用于考核司機(jī)。

·各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表：可打印多達(dá)二十種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可按時(shí)間、票據(jù)號碼等不同方式檢索，供攪拌站管理人員使用。

2.2 下位機(jī)（稱重配料儀）

系統(tǒng)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(shè)計(jì)，包括通訊模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊等。各模塊源程序用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言編寫，然后由FranklinC51編譯器生成一個(gè)可重新定位的目標(biāo)文件，再將目標(biāo)文件固化進(jìn)89C51的ROM中即可。

稱重配料儀不但具有一般電子稱的所有功能，如顯示重量值等，還可以設(shè)定一些參數(shù)。它的主要功能是通過串行口接收工控機(jī)發(fā)送的各種物料的稱量值，等接收到工控機(jī)的開始稱料命令后，稱重配料儀根據(jù)程序進(jìn)行稱重配料，并且同時(shí)將程序進(jìn)程和物料凈重發(fā)送給工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)稱重配料功能。

3 其它技術(shù)措施

3.1 增強(qiáng)可靠性的措施

為了提高系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)中采用了如下措施：

·工控機(jī)和稱重配料儀等弱電部分采用單獨(dú)供電。

·弱電部分供電通過在線式1KWUPS，既凈化了弱電供電電源，又可保證工控機(jī)不會因?yàn)橥蝗坏綦姸鴣G失數(shù)據(jù)。

·要求整個(gè)系統(tǒng)接地電阻小于1Ω。

·工控機(jī)和稱重配料儀中控制輸出及報(bào)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，并且屏蔽層單端接地。

·稱重配料儀硬件設(shè)計(jì)上有WatchDog，并在軟件設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)技術(shù)。

·在稱重配料儀的印刷線路板設(shè)計(jì)中，采用了布較粗的地線，模擬地與數(shù)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(tǒng)正常可靠地運(yùn)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

主要是通過提高稱重配料儀的稱量精度和速度來實(shí)現(xiàn)。這是在保證生產(chǎn)速度的條件下節(jié)紅水泥和確保混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇

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

3.2.2 自動配料控制方法的選擇

影響配料誤差的主要原因?yàn)椋毫隙烽T或螺旋給料器的動作滯后時(shí)間和空中余料（沖量）的隨機(jī)變化。為此，對不同類型的物料，分別采用不同的辦法。

·對水泥、粉煤灰采用變速給料來減少沖量影響。稱量時(shí)，先高速給料，達(dá)到設(shè)定值的90%左右后自動變?yōu)榈退倥淞?，?shí)現(xiàn)精稱。

·對骨料（大石、小廠、砂）采用大小閘口和逐次逼近的精稱方法。精稱時(shí)大小閘口全開，快速達(dá)到關(guān)閘值（設(shè)定值-經(jīng)驗(yàn)空中余量*大值）后關(guān)閉閘口，穩(wěn)定后根據(jù)與目標(biāo)值的差距量自動計(jì)算出脈沖補(bǔ)料時(shí)間，然后用小閘口補(bǔ)料，一般經(jīng)過1～2次補(bǔ)料就能完成精稱配料。

·對水采用粗、細(xì)管加水方案，實(shí)現(xiàn)流量精稱。

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

本文介紹了混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)通過了技術(shù)鑒定，已應(yīng)用于香港、深圳、順德等多個(gè)混凝土攪拌站，并合部通過ISO9002認(rèn)證，已累計(jì)正常生產(chǎn)幾十萬立方商品混凝土，符合有關(guān)要求。