混凝土搅拌站配料控制系统的设计研究

朱振杰

摘 要：混凝土搅拌站，是专门用来对混凝土进行搅拌制造的，在混凝土搅拌站的运行中，最核心的技术当属于配料的控制系统。控制系统的作用在于对搅拌站起到总体的控制作用，尽力对混凝土的配比等方面进行整体设计。混凝土搅拌站设计对于配料控制系统的要求越来越高，控制系统的重要性也日益显现，本文旨在分析混凝土搅拌站中控制系统的相关设计内容。

关键词：混凝土;配料;设计

中图分类号：U25              文献标识码：A

最近，混凝土的使用变得越来越广泛。 在混凝土用于不同用途的过程中，对混凝土搅拌站控制系统的应用和设计提出了新的要求。 其意义在于调节搅拌站的控制功能和降低混凝土搅拌压力。 通过这种方式，生产出成本较高的混凝土，充分发挥了搅拌站控制系统的功能，充分利用混凝土搅拌站控制系统的设计，进一步优化和升级搅拌站控制系统。

一、土搅拌站控制系统分析

混凝土搅拌站采用更多的是工控机+ PLC +触摸屏控制。 工控机为了满足混凝土配置的要求，对搅拌站控制系统进行统一的指导。 它旨在控制生产过程的各个方面，并确保操作按照控制系统的统一指令进行。

PLC的主要作用是监督和管控混凝土搅拌站控制系统中混凝土的生产。 PLC的仿真模块具有程序控制的因素。 混凝土程序化处理的目的是确保控制系统具有严格的逻辑。 [1]监控器使用触摸屏技术。 其主要优点在于使用人机界面，使搅拌站控制系统更加稳定和安全。 其中的触摸屏的设计也大大简化了操作程序。

二、凝土搅拌站控制系统的相关设计

（1）总体设计

混凝土搅拌站控制系统主要作用在于将混凝土及各类所需材料，根据一定的比例，统一装卸到搅拌站内。搅拌站控制系统的设计，必须与动态称量系统进行配合使用，用来解决出现的配料时变性、非线性问题，避免超差这一情形，通过搅拌站控制系统来对混凝土配料的精度及准度进行精准的控制，以此来确保混凝土性能的稳定。控制系统的总体设计，需要着重参考的是对于配料精度的需求。[2]搅拌站在工作时，冲击力、空中落差，属于影响搅拌站控制系统设计的两大主要因素。举例说明空中落差对于搅拌站控制系统设计的影响：混凝土的某一项配料（如水泥、粉煤灰、矿粉），对于控制系统预先设定的指示，搅拌站的计量装置在该配料的比重达到设定的数值时，控制系统便会自动关闭计量装置，那么出料口与称斗之间残留的未处置完毕的配料则关闭在计量装置以外，这部分配料便属于空中落差的范围。为了最大限度地减小误差，混凝土搅拌站控制系统的设计中提出模糊控制+PID算法，此算法的主要目的在于优化搅拌站控制系统的运行环境。

模糊控制+PID算法的模式，具有混合型算法的一些特点，将控制系统的期望值进行模式化的操作，进行超调量的适度调节，与此同时，将该期待值作为控制系统的输入变量，输入后经过计算获得反馈值与期待值之间的偏差，经过百分比进行模糊化处理，将其作为另外一个输入量，控制系统在此类模式的运用与操作下，检测出期待值与反馈值之间的偏差百分比，当百分比处于切换标准时，采用PID控制，利用迭代自学习的方式，提前预测出空中的落差，以此来解决由于空中落差带来的误差影响。

（2）配置与算法

混凝土搅拌站控制系统的配置是指搅拌电机、水泵电机、电力传动装置及其辅助部件。控制系统的配置选择的是按照开关、功能布置指示灯来进行控制的PLC控制。PLC硬件是搅拌站控制系统中的核心与关键配置，具体如下：

1.1.中央处理装置。中央处理装置由基于PLC的混合站控制系统产生。S7-300设备装置作为控制系统的重点，对设备和混合站现场进行监控，作为辅助传感器，对数据进行收集和整理。

2.2.I/O系统。这是混合站控制系统的输入输出系统。设备的输入和输出在PLC设备的远程控制下进行。ET200是由站，Profibus总线，控制I/O数据，完成采集和控制输出;

3.3.HMI 部分。在控制系统中，需要设计两套具有相同配置的HMI服务器，以提高混合站控制系统的安全性性能。这两套同样配置的HMI服务器，其中一个用作备份，以一对一的方式运行。即使混合站控制系统的HMI服务器出现故障，也可以立即投入使用另一台备用服务器来保证控制系统正常的操作。

混凝土搅拌站控制系统的算法依赖于PLC编程软件。具备以上硬件和配置，安排PLC编程软件的操作。例如，在混凝土搅拌站控制系统算法中，采用西门子STEP7连接PLC硬件和软件完成编程操作。[3]对综合管理控制系统中的数据、设备等STEP7函数进行分析;配置通信数据和编程符号，规范控制功能;设计PLC硬件参数，保证软件功能匹配;编辑多功能语言程序;PLC硬件系统故障诊断，运行可靠性维护。

（3）监控系统

混凝土搅拌站控制系统的监控部分，用于监督现场的搅拌工艺以及设备的运行，全面掌握搅拌系统的运行。[4]搅拌站控制方面，工控机操作选用WINDOWS XP SP3，利用WinCC 构建人- 机界面，设计两台供备工控机，而且工控机上均安装监控软件，实时监督搅拌站现场的运行情况，记录好工况参数。

三、凝土搅拌站控制系统设计的注意事项

首先，要确定好混凝土搅拌站控制系统设计的可靠性。PLC设备是一个单独的接地方法，严格要求接地电阻不应超过1Ω。同时，为了实现控制系统运行的可靠性和安全性，接触器位置、装置上要安装电阻容量吸收装置、继电器线结合二极管操作的使用。控制系统的电缆结构，特别是弱电系统，采用屏蔽线设计，屏蔽层进行单端接地处理，保证了混合站控制系统的安全稳定运行。

二是注意測量的精度控制。对于混合站控制系统的误差，无论是静态的还是动态的，采用神经网络算法对误差进行补偿，保证系统测量结果的准确性，不影响混合站控制系统的运行。配料的称量操作，考虑到精度控制的要求，首先安排高速给予，进给量达到90%左右，改变到低速，符合精度标准。[5]骨料的精称，启动大、小双料仓，控水，使用粗管、细管，全面控制测量精度。

四、结语

混凝土搅拌站控制系统设计，是关乎混凝土搅拌安全与质量的关键步骤，切实操作好搅拌站控制系统，时刻警惕控制系统设计中的注意事项，加入新工艺切实提高混凝土的搅拌工作与水平，规范控制系统的各项操作，通过完善控制系统的各项操作，进而充分发挥混凝土搅拌站控制系统的真正作用与价值。

参考文献：

[1] 韩景云. 混凝土搅拌站控制系统软件设计[D]. 郑州大学，2010.（5）：45-47