和利时LK系列PLC在混凝土搅拌站控制系统中的应用

摘  要 混凝土搅拌站控制系统是将砂石、水泥、水以及外加剂等原料按一定比例混合、搅拌，自动生产出混凝土的控制系统。混凝土生产的关键步骤就是按照一定比例混合生产原料，投料精度对于生产出的混凝土质量有着重要影响。目前搭建混凝土搅拌站控制系统主要有两种方式，一种是采用工控机搭配数据采集、控制等板卡作为系统硬件，用C++等编程软件制作上位机操作界面。还有一种就是采用PLC作为系统控制器，用组态软件编写上位机操作系统。PLC以其灵活、可靠等特点越来越多的应用在混凝土搅拌站系统中，和利时公司的LK系列PLC也以其强大的数据采集以及处理能力，在混凝土搅拌行业中有着很好的应用。

关键词  LK PLC；混凝土搅拌系统

1 引言

早期的混凝土主要由建筑工地自行生产，此种生产方式效率低、劳动强度大、生产环境恶劣，生产出的混凝土质量不容易控制，对生产工人的身体也有较大的危害。随着我国对混凝土的需求量越来越大，对其质量要求也越来越高，传统生产方式已经满足不了需求。对此在90年代后我国的混凝土搅拌站技术有了快速的发展，目前搭建混凝土搅拌站控制系统主要有两种方式，一种是采用工控机搭配数据采集、控制等板卡作为系统硬件，用C++等编程软件制作上位机操作界面。采用这种方式在初期投入成本上有一些优势，但是工控机以及采集卡在恶劣环境下长时间工作的可靠性较差，后期维护成本较高，C++编程、修改也比较复杂，系统的可扩展性与开放性也有很大的局限性。还有一种就是采用PLC作为系统控制器，用组态软件编写上位机操作系统。PLC以其灵活性、可靠性闻名，编程易于学习跟掌握，组态软件使用简单并有丰富的图库，可以方便的编制出功能强大的上位机操作系统。为了保证混凝土的生产质量，需要控制器有强大的模拟量处理能力以及快速的模拟量采集能力，和利时公司的LK PLC继承了和利时DCS模拟量处理能力强的优点，同时还有全通道（6通道）采样周期小于50ms的模拟量采集模块，这些为生产出高质量的混凝土提供了保障。下面就详细介绍一下采用和利时公司的LK系列PLC搭建的混凝土搅拌站控制系统。

2 混凝土搅拌站工艺

混凝土的原料一般包括砂石、水泥、矿粉、粉煤灰、膨胀剂、水、外加剂等。在搅拌站控制系统中各原料按照给定的配比进行称重配料，然后卸料至搅拌机进行混合搅拌，搅拌设定时间后出砼，最后由运输车运走。其生产工艺如图2-1所示：

图 2-1  混凝土搅拌站工艺流程

砂石等骨料的配料称重装置由给料阀门与计量斗组成，按照给定的配料比例，系统先将骨料投入到计量斗中，然后再将骨料卸放到传输皮带上，提升料斗将传输皮带上的骨料提升至骨料仓中等待卸料，卸料条件满足后将骨料仓中的骨料卸放到搅拌主机中。

水泥、矿粉、粉煤灰以及膨胀剂等粉料，按给定配比通过螺旋输送机加入到计量斗中，再通过计量斗把粉料卸放到搅拌机中。

外加剂与水都是通过水计量斗输送到搅拌主机中的，首先按设定比例配好水跟外加剂，然后通过外加剂计量斗把外加剂输送到水计量斗中，最后外加剂与水一起加入到搅拌主机中。搅拌站工艺示意图如图2-2所示。

图 2-2  搅拌站工艺示意图

为保证配料精度，系统会根据原料投入计量斗中的量去执行补料或扣料功能。当原料投入量在配料落差范围内，并且配料误差大于配料误差允许值时，系统会执行补料功能，补料功能是以点动的方式开启投料装置，缓慢加入原料使其投入量满足配料精度要求；当原料投入计量斗中的投入量大于配料设定值时，系统会在卸料的过程中执行扣料功能，扣料功能是以点动的方式开启卸料阀门，扣除多余原料供下一批次生产使用。

3 混凝土搅拌站控制系统设计

系统结构

此系统采用和利时公司的LK系列PLC作为控制器。控制系统结构如图3-1所示，在控制层配置一个控制站，负责与现场的I/O信号进行通讯，同时负责整个批次处理过程的控制；在操作层采用了1个操作员站（兼工程师站），用于操作搅拌站控制系统，同时又采用了一个15寸触摸屏作为系统备份，当操作员站出现故障时，可以使用触摸屏对系统进行操作，从而不会影响正常生产。操作员站、触摸屏与现场控制站通过工业以太网交换机进行数据交换，打印机负责打印日常报表。

图 3-1  搅拌站控制系统结构图