摘要：混凝土攪拌站是集中攪拌混凝土的聯(lián)合裝置，其在工程建設(shè)中有著至關(guān)重要的意義?；炷翑嚢枵局饕晌锪戏Q量系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、攪拌主機(jī)、控制系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等主系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備組成，執(zhí)行著物料稱量、配料、攪拌、輸送、貯料及卸料等操作，每一步工序都對(duì)混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，尤其是原材料占比和稱重的精度，以及原料的混合程度影響混凝土的質(zhì)量，從而影響工程的質(zhì)量。本方案控制系統(tǒng)采用禾川Q0-1200PAC，依托PAC強(qiáng)大的橫縱向集成實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌站的現(xiàn)場操縱與集群數(shù)字化管控，通過OPC_UA與MES對(duì)接達(dá)到企業(yè)級(jí)的統(tǒng)一業(yè)務(wù)統(tǒng)籌規(guī)劃與運(yùn)營。

　　隨著PC和PLC在技術(shù)上的差別越來越小，并且隨著PLC采用了商業(yè)化(COTS)硬件以及PC能采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，新一代控制器——可編程自動(dòng)化控制器PAC結(jié)合了PC與PLC兩者間的優(yōu)勢(shì)應(yīng)需而生。PAC代表著可編程控制器的最新技術(shù)，它未來發(fā)展的關(guān)鍵取決于嵌入式技術(shù)的引入。

　　PAC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是嵌入式軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中具有代表意義的是CPU技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用與嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、軟邏輯編程技術(shù)的嵌入式組態(tài)軟件的發(fā)展。通過PAC通用輕便的控制引擎、系統(tǒng)開放性和靈活性使用通用、標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，保證了用戶的多樣化功能需求以及企業(yè)級(jí)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫集成，優(yōu)化了工廠的流程，提高了系統(tǒng)效率，降低操作成本，如圖1所示。

　　混凝土攪拌站集機(jī)械、電氣、液壓、組態(tài)、通信和計(jì)算機(jī)等多方面的技術(shù)于一體，具有物料計(jì)量、配料、攪拌、監(jiān)控于一體的的功能?，F(xiàn)有的混凝土攪拌站主要是PLC+HMI(觸摸屏)的控制方式，而現(xiàn)在越來越多的企業(yè)渴望自己的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營能夠數(shù)字化改造升級(jí)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取業(yè)務(wù)需求、生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并依托運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能現(xiàn)場設(shè)備大腦就要有更高的循環(huán)速率、更強(qiáng)的算法適用性、更多模擬功能以及能更好地和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成。采用PAC作為控制核心更能滿足和適應(yīng)企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)整體數(shù)字化的需求。

　　1 攪拌站控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

　　混凝土是世界上最大宗的人造材料，它以水泥、砂、石、水、外加劑和摻合料按一定比例配制而成。攪拌站的工作原理是：碎石、砂子等骨料經(jīng)裝載機(jī)運(yùn)到配料站的儲(chǔ)料倉中，根據(jù)產(chǎn)品配方不同，經(jīng)稱重傳感器計(jì)量后，送到皮帶機(jī)料斗，再由上料皮帶機(jī)把料斗中的骨料送至攪拌機(jī)上部的待料斗;同時(shí)，螺旋輸送機(jī)控制水泥倉中的水泥輸送至水泥稱量斗，而供液系統(tǒng)將水和添加劑分別輸送至水稱量斗和添加劑稱量斗。待物料全部稱量好后，按一定的順序打開待料斗氣動(dòng)門、水泥稱量斗、粉煤灰稱量斗、水稱量斗、添加劑稱量斗的氣動(dòng)球閥，同時(shí)，開啟待料斗、水泥稱量斗、粉煤灰稱量斗振機(jī)，進(jìn)水管加壓泵，使各物料進(jìn)入攪拌機(jī)中攪拌，攪拌好后經(jīng)攪拌機(jī)出料門通過出料斗進(jìn)入混凝土輸送車運(yùn)走。

　　2 攪拌站工作流程分析

　　(1)原材料的準(zhǔn)備階段：原材料的準(zhǔn)備階段完成攪拌過程所需原來的定位存儲(chǔ)，骨料經(jīng)過堆料場定位存儲(chǔ)于骨料倉儲(chǔ)存;水泥及摻合料分別定位存儲(chǔ)于粉料罐;水及液體外加劑定位存儲(chǔ)于水池和外加劑罐。

　　(2)原材料的計(jì)量階段：該階段主要完成原料計(jì)量。攪拌站啟動(dòng)后，由空壓機(jī)、皮帶機(jī)和主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，從而開始計(jì)量工序。計(jì)量骨料時(shí)，打開骨料倉料門，將骨料投入計(jì)量斗，經(jīng)過骨料的粗秤和精秤后關(guān)閉料門。計(jì)量水泥及摻合料及重量時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)料倉下的螺旋輸送機(jī)，水泥計(jì)量斗和摻合料計(jì)量斗分別稱量輸送過來的水泥和摻合料，稱量完畢后立即關(guān)閉螺旋輸送機(jī)。計(jì)量水及液體外加劑時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的泵送裝置，將外加劑泵送至相應(yīng)的計(jì)量斗，同樣，稱量完畢后須立即關(guān)閉泵送裝置。

　　(3)原材料的輸送階段：輸送階段完成原材料的定向運(yùn)輸，骨料從計(jì)量斗卸料門卸載到平皮帶機(jī)上，由平皮帶機(jī)將運(yùn)送至斜皮帶機(jī)上，再由斜皮帶機(jī)轉(zhuǎn)入骨料待料斗。

　　(4)原材料的卸料階段：卸料階段將原材料投入至相應(yīng)的容器，例如水和外加劑在卸料氣動(dòng)蝶閥動(dòng)作后被投到水計(jì)量斗中。

　　(5)攪拌階段：攪拌階段將各種原料混合均勻，卸入的不同原料按照控制系統(tǒng)的設(shè)定攪拌不同的時(shí)間，各種原材料的由攪拌機(jī)拌合后，形成相應(yīng)的混凝土。

　　(6)成品料卸料階段：成品料卸料階段是最后一道工序，在攪拌完成后，打開卸料門，將成品混凝土卸至攪拌運(yùn)輸車中。卸料過程中，時(shí)間及卸料狀態(tài)(半開門、全開門)是可以調(diào)整的，這個(gè)需要根據(jù)具體的使用狀況來調(diào)整。卸完料后關(guān)閉卸料門，重新開始一個(gè)新的工作流程，如圖2所示。

　　3 攪拌站控制系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)

　　攪拌站由 1臺(tái)PAC(禾川 Q0-1200D)、1個(gè)HCQX-AD04-D模擬量輸入模塊、16點(diǎn)數(shù)字量輸入輸出模塊各一個(gè)、1臺(tái)觸摸屏(TP2570)、4個(gè)稱重傳感器、和放料閥門、傳送帶、攪拌電機(jī)等設(shè)備組成。 觸摸屏與PAC之間采用ModbusTCP通訊。與生產(chǎn)有關(guān)的配方參數(shù)由上位監(jiān)控系統(tǒng)輸入，并保存到PAC中，以滿足不同用戶需求，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，如圖3所示。

　　物料重量壓力信號(hào)采用電流方式作為輸入信號(hào)，單極性模擬量輸入信號(hào)數(shù)值范圍是0-32000對(duì)應(yīng)著輸入電流信號(hào)4-20mA。如圖4是模擬量輸入的接線以及電控系統(tǒng)的整體IO接線布局，如圖5、表1所示。

　　4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

　　為了使PAC 完成混凝土攪拌站整個(gè)生產(chǎn)過程的現(xiàn)場控制功能，PAC 需要采集各秤的重量信號(hào)及其它傳感器和行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)，并對(duì)此進(jìn)行處理后，輸出對(duì)電磁閥、電動(dòng)機(jī)等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，具體實(shí)施如下：碎石料斗秤、沙料斗秤等由稱重傳感器感應(yīng)的信號(hào)分別經(jīng)稱重變送器進(jìn)入PAC。各秤斗稱量時(shí)，達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止給料。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。如圖6、圖7、圖8所示。輸入電流信號(hào)通過LIN_TRAFO功能塊轉(zhuǎn)化為物料的實(shí)際重量并作為系統(tǒng)判斷依據(jù)。

　　5 基于PAC混凝土攪拌站控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

　　基于PAC的混凝土攪拌站管控系統(tǒng)有著強(qiáng)大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集能力，PAC支持多種網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議且相比傳統(tǒng)PLC通訊能力更強(qiáng)，支持OPC_UA系統(tǒng)集成，強(qiáng)大的通訊能力讓PAC更適合數(shù)據(jù)交互大的應(yīng)用場景，可以與工廠的MES、ERP系統(tǒng)輕易集成，為混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字化集成打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。PAC強(qiáng)大的設(shè)備接入與系統(tǒng)集成能力能夠使能混凝土攪拌站智能化，可助力生產(chǎn)方實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能預(yù)警與診斷、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、設(shè)備管理與運(yùn)維等IIOT智能服務(wù)。堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)場層賦予了混凝土攪拌站集群系統(tǒng)強(qiáng)大的在線資源智能配置與調(diào)度能力。如用戶需要混凝土?xí)r，可在線申請(qǐng)預(yù)定，混凝土工作站則據(jù)目標(biāo)申請(qǐng)進(jìn)行資源分配和生產(chǎn)供給。以實(shí)現(xiàn)按需定時(shí)生產(chǎn)和供給，提高混凝土生產(chǎn)的實(shí)效維護(hù)與生產(chǎn)使用周期保障，這對(duì)混凝土的供應(yīng)的提質(zhì)增效有著重要的作用，如圖9所示。

　　6 結(jié)語

　　工業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)是時(shí)代發(fā)展的走向，它的根本是通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的提質(zhì)降本增效。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化的高效方法和途徑，但數(shù)字化不是目的，而是通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)智能，從設(shè)備點(diǎn)的智能到全局生產(chǎn)系統(tǒng)的智能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是數(shù)據(jù)，在此場景下，人、產(chǎn)品、系統(tǒng)、資產(chǎn)和機(jī)器之間建立了實(shí)時(shí)的、多角度的通訊和數(shù)據(jù)共享。建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)是現(xiàn)場層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與接入以及系統(tǒng)集成能力，而新一代控制器PAC正是為了實(shí)現(xiàn)這種需求而產(chǎn)生，即通過PAC建立起現(xiàn)場層設(shè)備強(qiáng)大的數(shù)字化系統(tǒng)接入與集成能力，如圖10所示。