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干粉砂漿（又稱干混砂漿，D ry-m ixed M ortar）作為新型的綠色節(jié)能環(huán)保建筑材料，正逐步得到國(guó)家政策的強(qiáng)制推廣和使用。當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)正處于干粉砂漿研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的快速發(fā)展時(shí)期。在分析干粉砂漿生產(chǎn)工藝流程和相關(guān)控制要求的基礎(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了一套中小型干粉砂漿生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的主控制器采用PLC，使用高精度的稱重?cái)?shù)顯儀表作為稱重計(jì)量單元，PLC和稱重儀表之間采用RS-485串行通信。由PLC完成提升、振動(dòng)均料、混合攪拌和卸料等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。人機(jī)界面采用觸控式一體化工控機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)配方數(shù)據(jù)的編輯、下載，重要工藝參數(shù)的設(shè)定和工藝流程的監(jiān)視等。該控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行后證明能夠?qū)崿F(xiàn)干粉砂漿全自動(dòng)化的生產(chǎn)。
1　干粉砂漿工藝流程和控制要求
1.1　工藝流程簡(jiǎn)介
干粉砂漿一般由膠凝材料、骨料和各種添加劑等組成。膠凝材料的作用是將骨料和其它顆粒粘合在一起并粘結(jié)在基層上。干粉砂漿采用的膠凝材料主要有水泥、石膏和熟石灰等。干粉砂漿中的骨料大多是根據(jù)級(jí)配要求選取的一定粒徑等級(jí)的黃砂或人工砂等。干粉砂漿生產(chǎn)線主要包括儲(chǔ)料、稱重、上料、振動(dòng)均料、混合攪拌和卸料等幾個(gè)生產(chǎn)工藝流程。在進(jìn)行干粉砂漿生產(chǎn)時(shí)，先將主料（包括水泥、粉煤灰和黃砂等）和各種添加劑（附料）分別置于各自的儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)。位于在生產(chǎn)線底層的料倉(cāng)和配料稱量部分，通過(guò)提升上料裝置與上層的生產(chǎn)線部分相連。配料及稱量結(jié)束后，秤斗內(nèi)的原料用螺旋輸送機(jī)送入位于混合機(jī)上端的料斗內(nèi)。當(dāng)輸送完成后，料斗內(nèi)的原料在重力的作用下直接進(jìn)入混合機(jī)。經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間的混合攪拌后，將產(chǎn)品投入卸料斗內(nèi)，最后卸料斗內(nèi)的干粉砂漿可以進(jìn)入包裝系統(tǒng)。
1.2　控制要求
在對(duì)干粉砂漿生產(chǎn)工藝流程和工作過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，有如下主要的電氣系統(tǒng)控制要求：
1）系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種工作方式。手動(dòng)工作方式主要是在系統(tǒng)維護(hù)或軟件調(diào)試時(shí)使用；在正常生產(chǎn)過(guò)程中，一般采用自動(dòng)工作方式。因此，應(yīng)設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇和相應(yīng)按鈕并為各按鈕設(shè)置指示燈，以便系統(tǒng)運(yùn)作不正常時(shí)方便查錯(cuò)；
2）現(xiàn)場(chǎng)稱重儀表可完成各主料和附料的稱重計(jì)量，根據(jù)稱重信號(hào)和生產(chǎn)配方產(chǎn)生螺旋輸送機(jī)、閥門等的控制信號(hào)?？梢詣?dòng)態(tài)檢測(cè)和處理配料過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，稱重顯示儀表可以與PLC之間進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的高速串行通信；
3）PLC可實(shí)現(xiàn)對(duì)提升上料、振動(dòng)均料、混合攪拌、卸料等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)量的邏輯控制；
4）控制系統(tǒng)具備報(bào)警、故障處理和報(bào)警復(fù)位功能。
5）具有美觀、友好的人機(jī)界面。通過(guò)界面可以編輯、下載配方數(shù)據(jù)，顯示關(guān)鍵工藝參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)曲線和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線等，人機(jī)界面可與PLC進(jìn)行R S-485串行通信。
2　控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
按干粉砂漿生產(chǎn)線上述工藝流程和控制要求，選用PLC作為電氣系統(tǒng)的主控制器，并擴(kuò)展適當(dāng)?shù)腎/O模塊。PLC是由傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信和與D CS系統(tǒng)融合等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，PLC已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動(dòng)化強(qiáng)有力的工具。
系統(tǒng)的主控制器PLC通過(guò)RS-485串行通信口與上位工控機(jī)（或觸摸屏）相連，在工控機(jī)安裝了監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。稱重儀表采集現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的模擬量信號(hào)，并對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)串行通信（RS-485或R S-232）把處理后的數(shù)據(jù)傳送給PLC，PLC將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算處理后，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制外圍繼電器的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)干粉砂漿機(jī)械部分有序的動(dòng)作；系統(tǒng)的人機(jī)界能夠動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)生產(chǎn)線的工藝流程，并且能方便地修改各項(xiàng)工藝參數(shù)（如動(dòng)作的過(guò)渡時(shí)間和攪拌時(shí)間等）和編輯配方數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員通過(guò)點(diǎn)擊人機(jī)界面上的按鈕可任意對(duì)某一種配料計(jì)量秤進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)量。工藝參數(shù)的傻瓜化設(shè)定可實(shí)現(xiàn)將所有工藝參數(shù)在調(diào)試時(shí)按照生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，不需要頻繁地更改。
2.2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
干粉砂漿生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括電氣系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)、PLC機(jī)型的選擇、I/O地址分配和PLC系統(tǒng)外部接線設(shè)計(jì)等。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和生產(chǎn)工藝流程的分析，采用了基于西門子S7-200系列PLC和嵌入版組態(tài)軟件的硬件配置方案。
PLC的主機(jī)型號(hào)選擇的是S7-226 C N。該款機(jī)型的主要特點(diǎn)是：主機(jī)集成了24點(diǎn)輸入和16輸出，共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至168點(diǎn)數(shù)字量I/O；內(nèi)部有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30K H z高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20K H z高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個(gè)RS-485通信口；具有PPI通信協(xié)議、M PI通信協(xié)議和自由端口通信協(xié)議。因此，S7-226是西門子小型機(jī)中具有較強(qiáng)控制能力的機(jī)型。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模，主機(jī)另擴(kuò)展了一塊繼電器輸出型數(shù)字量輸出模塊EM 222，以滿足整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)I/O點(diǎn)的要求。
3　控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)干粉砂漿生產(chǎn)線控制系統(tǒng)工藝流程和控制原理的分析，按照模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，干粉砂漿生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的程序主要由下面的各程序塊組成，即主程序、主料1～3循環(huán)累加計(jì)算、附料1～2累加循環(huán)計(jì)算和基于M O D BU S通信的稱重儀表讀寫程序等。在主程序中主要包括：系統(tǒng)初始化、通信使能，通信端口設(shè)置，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，飛刀電機(jī)啟動(dòng)，主料1～3數(shù)據(jù)傳輸顯示及輸出控制，附料1～2的自動(dòng)去皮、數(shù)據(jù)傳送及輸出控制，斗提機(jī)控制，卸料控制和過(guò)度倉(cāng)控制等各個(gè)程序段。

4　人機(jī)界面的設(shè)計(jì)
選用北京昆侖通態(tài)公司的高性能嵌入式一體化工控機(jī)TPC7063E，它可以采用手觸式操作，具有功耗低、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單方便、符合人性化等諸多優(yōu)點(diǎn)。該工控機(jī)采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏，同時(shí)還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)W inC E .N E T和M C G S嵌入式組態(tài)軟件。
嵌入版M CG S是在通用版M CG S的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，是專門應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組態(tài)軟件，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在TPC7063E上通過(guò)嵌入版M CG S組態(tài)軟件完成畫面組態(tài)、腳本程序編寫后，通過(guò)手觸擊相應(yīng)窗口可以進(jìn)行配方的編輯、修改，關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)定和在線動(dòng)態(tài)畫面的顯示。通過(guò)人機(jī)界面能夠顯示干粉砂漿生產(chǎn)線工藝流程、運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警，并且可以形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表以供顯示和打印。
5　結(jié)　語(yǔ)
該干粉砂漿生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)在采用PLC和嵌入版組態(tài)軟件技術(shù)以后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，砂漿制品的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率都得到了顯著提高，能夠達(dá)到建筑施工綠色環(huán)保節(jié)能的要求，具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 

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