混凝土搅拌站控制系统的现状和发展(2)

混凝土搅拌站控制系统的现状和发展摘 要本文介绍分析了混凝土搅拌站进口自动控制系统从八十年代以来的各种模式,同时对目前国内常用的自动控制系统的各种模式进行了分析对比，希望通过这些分析对比，使国内在混凝土搅拌站自动控制系统发展方面能借鉴国际上的先进经验取长补短，迅速发展。关键词:混凝土,搅拌站，自动控制系统.我们国家从1978年开始研究商品混凝土技术，到1987年商品混凝土技术通过原国家建设部技术鉴定，并确定在全国大力推广商品混凝土，到如今已有30多年的发展历程了。伴随着商品混凝土行业的发展，商品混凝土的技术也在不断发展和完善，其中搅拌站的自动控制系统最为显著。从90年代以前，由进口设备自动控制系统一统天下的局面,到1994年我国首次研究成功混凝土计算机自动控制系统后，现在进口控制系统在国内只有寥寥无几的现状，说明国内在这一方面的发展是多么迅猛。但是我们在埋头苦干的同时,也应该举目远眺,看看国际上搅拌站的自动控制系统发展得怎样，以便取长补短，把我们的事业做到更好,更完善。我在全国各地参与改造了大量的中外搅拌站，其中进口系统有ELBA、LIEBHERR、TaKa、SeMen、Sttet、日产、台湾翊江等等，其中有八十年代早期进口的，有九十年代进口的，也有近几年进口的最先进的搅拌站控制系统，还有一些国产搅拌站.不管是进口的还是国产的，之所以要改造，一般有二个原因,一是修理不方便或修理成本过高，二是原来的控制系统有这样那样的问题不能稳定可靠运行.要改造好这些控制系统，一定要把原来的控制系统认真分析研究透彻才能进行改造，为此也给了我们一个学习其它厂家控制系统的机会.在此整理一些资料，以供大家分析研究参考。一．进口控制系统发展情况介绍:1。八十年代进口搅拌站的自动控制系统。图一是八十年代自动化程度比较高的系统，主要是通过电子电路组成的板卡，再由单板机进行自动控制，这是计算机控制的最初模式。2。九十年代初期进口搅拌站的自动控制系统。图二是当时比较典型的自动控制系统，从图中可以看出，称量传感器通过放大器放大后，通过仪表显示，仪表给出标准电压或电流信号给计算机的模数转换板卡,计算机根据板卡的信号、设定值、和来自数字量板卡的输入信号发出控制指令，再通过数字量板卡输出端口来控制现场控制对象。3。九十年代中后期进口搅拌站的自动控制系统。从图三可以看出，系统不用数字量输入输出板卡。而是直接通过PLC的专用总线连接PLC，这一进步为以后的真正的工业控制总线结构打下了基础。4。2000年初期进口搅拌站的自动控制系统。从图四可以看出计算机系统和PLC的通讯完全是用Profibus工业控制总线,使系统的可靠性和稳定性得到了根本的改善,由于在称量信号处理方面还没有使用Profibus工业控制总线，因此可称之为准工业控制总线的计算机控制系统，这是一种自动控制模式和自动控制理念上的进步.5.现在进口搅拌站的自动控制系统。从图五可以看出现场的输入输出数字量信号和称重的模拟量信号全部通过WAGO可编程控制器,可编程控制器和计算机系统的通讯完全是用Profibus工业控制总线实现;图十二采用的是总线分布式模式，现场按需要设计几个分控制柜，在分控制柜直接安装了WAGO可编程控制器和控制电器,现场的输入输出设备直接接到分控制柜，各分控制柜和主控室只要连接一对通讯电缆和三相电源就行了，这种总线分布式模式，达到了真正意义上的工业控制总线的计算机控制系统，现场连线很少,节省了大量的铜线，由于电线连接所产生的故障问题基本没有了，修理维护也更方便了.二．国内主流搅拌站控制系统介绍.1. 以计算机为中心的板卡式控制模式。图六的形式是典型的板卡式控制模式，数字量的输入输出是通过板卡实现，模拟量的信号处理是采用放大器，称量控制是由放大器通过模数转换卡使称量信号进入计算机,由计算机通过输出板卡进行控制。这种控制方式称之为以计算机为中心的板卡式自动控制系统。这种控制模式的优点是控制灵活，成本低，目前国内使用相当普遍。2.以可编程控制器为中心的计算机自动控制模式。图七，图八是目前常用的二种自动控制模式，主要特点是在任务单和配合比选好后，计算机提前把称量所需的各种控制参数输入到电子秤仪表，在生产中都由可编程控制器根据电子秤仪表给出的控制指令进行控制，计算机在生产时是作为上位机在使用，也就是把有关需要统计的数据进行记录和管理.所以称之为“仪表PLC为中心的计算机自动控制系统”。其优点是：工作稳定，抗干扰性能强，有称量半自动控制功能.图九，图十是另二种常用的控制模式,数字量的输入输出通过PLC，模拟量的信号处理是采用智能称重仪表,再从仪表中取出与重量对应的标准信号进入PLC的AD模块参与称量控制，还有一路是进入计算机进行显示和数据库储存,生产中计算机主要是作为上位机使用，其作用有二个:一是在生产前根据配合比，把各种参数输入到PLC，二是生产中记录称量的实际值，给出各种统计表格。这种系统是以PLC为控制中心的计算机自动控制系统.图九，图十不同的地方是图九的系统使用专用的称重仪表，图十的系统使用放大器解决称量传感器来的信号。3．准工业控制总线的计算机自动控制模式.图十一是近年来用得较多的较先进的控制系统。数字量的输入输出均通过中间继电器隔离再与PLC连接，模拟量信号的处理是采用智能称重仪表,再从仪表中直接取出与重量对应的数字信号(或使用Canbus总线）进入计算机,计算机对PLC的控制是通过可编程控制器的专用工业控制总线进行控制。这种控制方式可称之为准工业控制总线计算机自动控制系统模式（相当于2000年初进口系统的控制模式）。这种控制模式的优点是控制灵活，反应速度快，稳定性好，抗干扰性强，缺点是专用总线成本比较高。三．各种控制模式的性能比较。对于自动控制技术,说到底关键技术就在三个方面，一是对模拟量（传感器来的信号）的处理模式，二是对数字量的处理模式，三是各种数据的传输模式。各种控制模式的性能比较如下：1.采用板卡控制模式的特点：国内第一代混凝土计算机自动控制系统就是使用的板卡控制模式,八十年代进口系统也是板卡控制模式，这种模式目前国内使用还是很普遍。主要优点是：编程简单,控制简单，反应速度快，修理方便，价格便宜;存在问题是:（1)抗干扰能力比较差，生产中常会出现因干扰使某个控制点失控的现象；（2)特别是用模拟量板卡时，数字显示波动比较大,要达到精确计量比较难；（3）维修成本高，一块板卡，损坏一个点就需要换一块板卡，如果遇到不是常规产品，用户就麻烦了,（4）板卡和计算机连接的多根扁平线很容易接触不良,导致系统故障频率比较高。2.采用可编程控制器（PLC)控制模式的特点:目前采用PLC已成为主流控制模式了,PLC的特点就是抗干扰能力强，工作稳定,适应各种控制要求,电路接线又简单,所以进口搅拌站控制系统自九十年代后都是采用PLC控制模式了.PLC使用中最显著的特点是电气方面的故障少了,基本可达到免维护的效果。使用以PLC为控制中心,目前有二种模式:一是仪表PLC为中心的计算机自动控制系统，二是纯以PLC为控制中心的计算机自动控制系统.第一种模式的原理是：每一个任务单在生产前,要先把有关控制参数先写进仪表的程序里才能生产，这会带来一个问题，连续生产时，如果下一车有些参数有变化，就必须等上一车生产完后，把不同参数改写进仪表的程序里才能生产下一车混凝土,这样会影响生产效率。第二种模式的原理是：在每一个任务单生产前,也要把有关控制参数先写进PLC的程序里才能生产,产生的问题和上面的一样；这种模式的模拟量常使用PLC的模数转换模块，由于PLC的模数转换模块内部使用的是八位译码器,在生产时会出现显示迟缓，译码精度低的现象（一般电子秤专用仪表都使用16位以上的译码器）。3.使用仪表控制模式的特点:现在电子秤专用仪表都配有微处理器芯片，属于智能仪表，对于温度变化,传感器非线性度补偿，元件的热嘈声处理都做得很好，而且生产厂家都必须通过国家计量认证，符合国家计量法要求。使用仪表的优点是计量精度和稳定性好，对于传感器异常故障能给予报警,能反应称重的实际情况,对于搅拌站的质量控制和材料核算都有很大的帮助，当计算机有故障时也能手动进行生产;缺点是仪表的成本比较高。4.使用放大器控制模式的特点：放大器接线方便，调试也简单；存在问题是：零点漂移大，非线性误差大，温度漂移大，造成计量精度和稳定性都不理想，当多个传感器组成一个秤时，对于其中一个传感器的故障难以发现。5.以计算机为控制中心控制模式的特点：这种模式的控制系统，其输入输出和称量信号采样都是由计算机完成,系统允许多任务同时工作,因此在生产的同时可以及时调整影响称量控制精度的有关参数,在生产不同配合比时照样可以连续生产，控制灵活是最大的优点，但是抗干扰性比较差，外界如有强的干扰源存在（例如使用变频器，软启动等)容易造成误动作。6.工业控制总线计算机自动控制模式的特点上面已作介绍，是目前最理想的控制系统。国内的混凝土计算机自动控制系统已在各厂家广泛研制成功，而且各具特色,技术都趋于成熟,为中国的混凝土自动控制技术的发展做出了贡献.但是国内常用的控制模式还是停留在进口控制系统八、九十年代的水平，使用工业控制总线的计算机自动控制系统还是比较少，只有个别外资企业的搅拌站上使用。由于目前工业控制总线价格还是相当高的，维护技术也有一定的难度，标准都是国外制定的，在国内推广上有困难，特别是在市场价格竞争的前提下,搅拌站的总体造价越来越低，对自动控制技术的发展有一定的影响.但是用“可持续发展的观点”看问题,混凝土自动控制系统下一步的发展方向是使用工业控制总线的自动控制模式，实现混凝土工厂化生产是混凝土自动控制技术的必然趋势，应该努力向这个目标靠拢。常州市德明自控系统工程有限公司总经理  张溯烈 2010—9—9