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一站多機式混凝土攪拌系統設計

來源:網絡|發布時間:2021-03-12|瀏覽次數:
一站多機式混凝土攪拌系統設計本文作者:湯嘉立 左健民 張溯烈 單位:江蘇大學 機械工程學院 江蘇技術師范學院 計算機工程學院 常州市德明自控系統工程有限公司

混凝土攪拌站是一種用于連續生產大方量混凝土的大型成套設備,通過控制各種混合料的配比,將各種骨料、沙、水泥和外加劑等攪拌成混凝土[1]。作為核心的生產控制系統直接關系到混凝土的生產質量、工作效率和整套攪拌站設備的管理水平。因此,精確、高效、智能的自動化生產程序不僅能提高生產率,而且是生產優質高強混凝土的可靠保證。隨著計算機控制技術的不斷發展和集成電路芯片的更新換代,攪拌站生產控制系統經歷了從繼電器控制模式,單片機控制模式,可編程控制器(PLC)控制模式,工控機集中控制模式,發展到現在正趨于完善的現場總線型控制系統[2]。基于現場總線的控制系統己成為目前混凝土攪拌站的主要控制模式,具有自動化程度高、計量精度高、運行速度快、運行穩定可靠及數據管理能力強大等特點[3]。為滿足同一攪拌站多生產線(一站多機[4])的聯網生產要求,以PLC、工控機、ET200M、現場儀表和PROFIBUS總線連接構成集中式的控制網絡。選用研祥EVOC工業級計算機、西門子S7-300系列PLC[5]和ET200M分布式I/O等設備,根據一站多機式混凝土攪拌站工藝流程及系統需求,在站長室通過遠程監控計算機監控整個攪拌站的生產運營情況,中控室設立操作員站、工程師站和中央控制器組成管理網絡單元,多個分布式控制站組成現場網絡單元。系統上位機采用WinCC6.0作為人機接口,凈化工程www.schrjh.com,并嵌入GKHNT生產自控軟件,通過CP5611通訊卡和PROFIBUS協議與各級站進行數據通訊,從而完成數據的采集處理及控制功能[6]。

1工藝流程及主要功能需求

混凝土攪拌站由骨料配料、骨料送料、粉料貯料、粉料給料、水及外加劑管路、配料及卸料系統、攪拌及出料系統、氣路系統、控制系統及結構部件組成,根據工藝方式可分為單階式、雙階斜皮帶式、雙階提升斗式(平皮帶提升斗、提升斗帶電子秤)3種。其中,單階式攪拌站的砂、石、水泥等材料一次就提升到攪拌站最高層的中間斗,然后從配料稱量到攪拌成混凝土均借助物料自重下落,常適用于大型永久性攪拌站;雙階式攪拌站的砂、石、水泥等材料分兩次提升,第一次將物料提升至中間斗,經稱重配料后,第二次再將材料提升并卸入攪拌機,常適用于中小型攪拌站。某建材公司攪拌站采用兩套單獨運行的雙階提升斗式攪拌樓生產系統,配置如圖1所示。兩套系統單機運行,實際生產總能力為190m3/h左右。為提高自動化生產效率和管理水平,快速滿足施工現場的大量混凝土需要,該公司提出對兩套控制系統和相關生產配套設備進行技術改造。根據“一站多機”的控制思想和高產量、低成本、安全可靠的原則,應用先進控制方法進行控制系統改造。系統通過建立高速局域網和PROFIBUS總線,將原有兩套攪拌樓控制系統集群,組成整體生產數據網絡,并通過嵌入式的GKHNT自控軟件,實現整套系統的集中控制和統一調度。這樣,同一合同或任務單的生產任務可分配給兩條生產線同時聯網生產,由管理端進行實時控制。兩套控制系統既可以同時運行,凈化工程www.schrjh.com,也可一機單獨運行。另外,為了最大限度地滿足生產需求,系統支持8個骨料倉、6個水泥倉、2個粉料倉、4個外加劑倉和2個水倉;支持最多4個骨料秤、1個水泥秤、1個粉料秤、1個外加劑秤和1個水秤;支持流量計方式計量水和外加劑,支持3種外加劑的清洗方式設置;支持所有骨料倉的含水率自動檢測和混凝土坍落度的自動檢測;支持所有骨料秤、水泥秤、粉料秤投料超時振動控制;支持所有配合比物料的點動高精度稱量控制。

2總體設計方案及硬件配置

2.1網絡通信設計在多生產線聯網的“一站多機”生產狀態下,系統網絡通信主要包含以下3個方面:(1)稱重儀表、遠程設備與PLC從站間的通信。稱重儀表稱重時將電壓電流等模擬量轉變為數字量,通過控制器收集并向PLC從站發送請求,控制相應傳感器的啟動、停止等動作;遠程設備通過分布式I/O與PLC從站相連。(2)底層PLC與上位機間的通信。底層控制級PLC根據上層控制命令直接完成對攪拌站設備的控制,并把實時采集數據傳送給上位機。PLC組成的現場網絡是所有生產數據進行采集,處理,控制和傳輸的具體實現者,而上位機則是控制系統與操作者進行人機交互的樞紐。(3)上位機間的網絡通信。系統中可有多臺上位機,按照客戶機/服務器(Client/Server)的工作模式進行控制和管理。作為服務器的上位機負責多臺上位機系統之間的數據處理及與底層PLC網絡的數據通信;作為客戶機的上位機一般不與PLC直接通訊,通過訪問服務器的方式將數據處理結果存儲到服務器數據庫中。其中,工程師站或站長監控機可以對系統進行實際控制。例如設置配合比參數、任務單、開機、停機等;而有的上位機只能進行信息查詢、報表打印、實時監視等操作,并不能對實際生產產生影響。

2.2系統架構根據一站多機式工藝流程在兩個攪拌樓分別設立分布式遠程從站,連接現場儀表和遠程設備的采集和監測信號。通過PROFIBUS現場總線將PLC從站、遠程設備與中控室的操作員站、工程師站及PLC主站相連,通過工業以太網將中控器與站長監控機相連,由上位管理機完成各項管理操作。整個系統架構分為中央控制級與分布式現場級兩級控制網絡,實現兩條生產線的聯網生產、數據共享和統一調度。系統總體架構如圖2所示。中央控制級以上位機組為核心,主要為管理者提供人機交互界面,幫助操作者準確及時地實現對整個生產流程的控制和管理,分為中控室及站長室兩個部分。中控室設有操作員站、工程師站和PLC主站。其中操作員站和工程師站作為2類DP主站(DPM2),PLC主站作為1類主站(DPM1)。操作員站主要負責對兩條生產線的數據實時監控和管理;工程師站既擁有操作員站的全部功能權限(二者互為備用,以提高系統的可靠性),也可對系統組態、控制參數等信息進行在線設置和修改;PLC主站在設定周期內與分布式PLC從站不間斷地交互信息,并對PROFIBUS現場總線進行管控。站長監控機以工業以太網模式與中控室連接,便于攪拌站站長對整個生產流水線進行監控和管理,并根據實際情況實時發出操作指令。(2)分布式現場級。分布式現場級分為兩個下位控制區,潔凈室www.hrjhgs.com,分別采集處理對應生產線的現場參數,執行生產邏輯算法,向執行單元發出控制指令,完成相應的工藝任務。各PLC從站主要采集各傳感器信息,控制遠程設備的運行,并將信號處理后傳給中央控制器和上位機。

2.3主要硬件配置(1)中央控制室。工程師站和操作員站分別配置研祥EVOC(P43.2G、內存1GB)工控機和UPS不間斷電源,選用CP5611卡實現PROFIBUS現場總線通訊,CP1613卡實現工業以太網通訊。PLC主站選用西門子S7-300:處理器模塊CPU315-2DP,電源模塊PS307-10A,以太網通訊模塊CP343-1,32點DI模塊SM321四塊,32點DO模塊SM322四塊。票據打印機選用愛普生LQ-630K針式打印機。(2)分布式現場站。PLC從站也采用西門子S7-300,配置如下:處理器模塊CPU315-2DP,32點DO模塊SM322兩塊,32點DI模塊SM321兩塊,電源模塊PS307-10A,6臺MM440變頻器及PROFIBUS-DP接口模塊。為節省控制電纜和電柜成本,對離攪拌樓中心機房距離較遠的除塵器、鼓風機等設備配置2臺遠程分布式I/O設備ET200M,通過接口模塊IM153和PRO-FIBUS-DP總線連接,每個ET200M從站可擴展8個S7-300I/O模塊。骨料秤、水泥秤、水秤和外加劑秤等稱量儀表采用志美PT650D稱重顯示器。

3系統軟件設計控制系統軟件分為PLC現場控制軟件和上位機監控軟件。

3.1PLC現場控制軟件采用西門子STEP7軟件對PLC進行編程。STEP7是用于SIMATICS7-300/400站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件,可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進行編程操作。按照模塊化的程序設計思想,攪拌站PLC現場控制程序主要包括初始化程序、配合比傳送程序、儀表稱重程序、骨料粉料等進料配料、攪拌邏輯控制程序,以及與上位機通信程序等模塊。邏輯控制部分的程序流程如圖3所示。

3.2上位機監控軟件上位機監控采用西門子WinCC6.0組態軟件作為人機接口,并嵌入GKHNT生產自控軟件,可對整個生產流程進行實時監控、故障報警、數據查詢和報表打印等操作。實時生產界面如圖4所示。

4結束語

根據“一站多機”的設計思想,對混凝土攪拌站生產控制系統進行技術創新和改造。通過PROFIBUS-DP總線和工業以太網絡,將兩套攪拌樓控制系統集群,組成一個生產數據網絡,并通過嵌入式GKHNT生產軟件,實現了整體系統的集中式控制和統一調度。系統正式投產后半年以來運行穩定可靠,用戶反映良好,各項指標均達到設計要求:實際生產總能力穩定在220m3/h左右,生產效率比以前提高約16%;另外,車輛調度效率提高12%,差錯故障率降低約10%。 在线看日本免费不卡资源,日本免费网址大全在线观看,日本不卡免费一区二区

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