基于软PLC的混凝土搅拌站控制系统设计方案

陈海建/CHEN Hai-jian

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）

随着我国基建工程逐年增加，对混凝土的需求量也越来越大，同时对混凝土搅拌站生产效率、质量、稳定性也提出了更高的要求，搅拌站的控制系统在生产过程中扮演着关键作用，目前主流的混凝土搅拌站控制系统一般采用上位机+下位机的控制系统，虽然该系统能够达到混凝土搅拌站生产使用的基本工艺要求，但是存在建设成本高、通信能力不稳、可扩展性差、联网不方便的缺点。近几年来软PLC技术的快速发展，以其灵活、高效、低成本的优势在很多领域已得到广泛的应用，本文就软PLC在搅拌站自动控制系统的应用提出一种设计思路。

1 混凝土搅拌站工作流程和控制原理

混凝土搅拌站的生产过程可分为配料、投料、搅拌、卸料4个阶段。一般的搅拌站需有大石子、中石子、小石子、沙等4种骨料，粉煤灰、矿粉、水泥等3种粉料，引气剂、减水剂等两种外加剂，另外还包括搅拌站用水。

配料过程就是将料按设定的值投放到相应的秤的过程，投料过程是将各个秤中的料转运到搅拌主机内的过程，搅拌过程是将各种料按设定时间充分搅拌的过程，卸料过程是将搅拌好的混凝土卸入混凝土罐车内，工作流程如图1所示。

各料仓通过称重传感器将料仓重量的模拟信号传入控制器，控制器经过计算后，通过输出的开关量控制卸料门的开闭、输送设备的启停。

图1 混凝土搅拌站工作流程

2 软PLC技术

软PLC（也称为软逻辑SoftLogic）[1][2]是一于基于PC机开发结构的控制系统，它继承了传统硬PLC控制器在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的优点，通过利用软件技术实现将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软件PLC综合了计算机和硬PLC的数学运算、开关量控制、数值处理、模拟量控制、PID调节、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，内部集成的指令集、快速准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。所以软PLC不仅提供了硬PLC同样的功能，还发挥出了PC环境的各种优势。使用软件PLC代替硬件PLC有如下的优势。

1）用户可以自由选择PLC硬件。

2）用户可以获得PC领域技术/价格优势，而不受某个硬PLC制造商本身专利技术的限制。

3）用户可以少花钱但又很方便地与强有力的PC网络相连。

4)用户可以用熟悉的编程语言编制程序。

5)对较多I/O的PLC系统来说，用户可以节省投资费用。

目前，软PLC在欧美国家得到广泛应用。在美国底特律汽车城，软PLC已成功应用在汽车装配自动生产线、热处理工艺生产线。在国内也有多个版本软PLC产品在市场发行，如法国CJ International公司的ISaGRAF、德国KW-software公 司MULTIPROG wt32以 及Wonderware公司的InControl7.0等。目前国内已有一些的自动化软件公司（如北京亚控自动化软件科技有限公司）正在研究开发具有自主版权的中文软PLC产品。另外，也有一些自动化工程公司开始代理销售和推广这些商用化的软PLC产品。

3 控制系统整体方案

图3 搅拌站控制系统硬件结构示意图

根据搅拌站的工作流程，结合现有的软PLC技术，为达到控制系统高效、灵活、扩展性强的目的，本文提出采用软PLC+EtherCAT总线的新型搅拌站控制系统[3]，软PLC作为整个系统的控制核心，实现整个系统的逻辑计算、误差整定、信息数据的输出等，基于软PLC的人机界面可以实现系统数据的实时采集和监控，该系统具有很强的控制功能、很好的实时性、很短响应时间、同时人机界面交互性好，整个系统的硬件组成如图2所示。

图2 混凝土搅拌站控制系统硬件组成

4 控制系统硬件以及软件结构

4.1 控制系统硬件结构

搅拌站控制系统的硬件部分是控制系统实现的基础，通过研究软PLC与现场需要的控制内容，设计控制系统对电磁换向阀、称重传感器、中间继电器、信息输出、开关量输入和其他部件的控制方式，通过EtherCAT总线进行通信，实现搅拌站分布自动控制系统，硬件结构图如图3所示。

4.2 控制系统软件结构

在控制系统的软件开发过程中，本着快速、高效、易于扩展的设计理念，将特定的功能作为独立的函数模块进行编写，在控制过程中需要时进行调用，使用这种开发理念，使程序具有开放性、高效性，在程序的开发过程中，使用PLCopen标准库，在实现标准化开发过程中，减少了开发的工作量，缩短了开发时间。控制系统的程序流程图如图4所示。

5 结 语

随着基础设施建设的提速，对混凝土搅拌站的要求也越来越高，同时随着管理要求的提高，以往控制系统在自动化、信息化方面的欠缺也显现出来。通过基于软PLC的搅拌站控制系统能够充分发挥其灵活性、可靠性、价格低廉性，同时对于提高搅拌站生产效率、信息化集成都可以发挥重要的关键角色。

图4 搅拌站控制系统程序流程图