基于MCGS和PLC的混凝土自动配料控制系统研究

李 彬

（湖南信息职业技术学院，长沙 410200）



基于MCGS和PLC的混凝土自动配料控制系统研究

李 彬

（湖南信息职业技术学院，长沙 410200）

摘 要：随着社会经济建设的不断加快发展，相关技术也在迅速完善。其中，混凝土的应用是一个非常重要的方面，对建筑工程的质量有很大影响。为了提高混凝土的产量和质量，需要利用一些称重的仪表采集相关物料的重量，实现PLC的控制功能。同时，应用组态软件的监视和控制系统（MCGS）进行整个系统的实时监控、对相关数据进行管理、实现故障报警等功能，是自动配料控制系统的重要功能。因此，本文介绍系统的软件设计、设备的选择，同时分析混凝土物料控制和PLC的控制过程。

关键词：MCGS PLC 混凝土配料 控制系统

目前，社会经济建设的速度逐渐加快，对建筑行业的建设质量和相关要求也在不断提高。建筑工程开始对混凝土的产量和质量提出了更高要求。因此，随着科学技术的发展，混凝土的自动配料控制系统开始出现，并得到了广泛应用。自动控制的混凝土配料和搅拌站，能够高效生产混凝土，保证混凝土的质量，同时具有很好的环保性能。混凝土的自动配料控制系统实现了混凝土从配料、搅拌到生产整个过程的智能化和自动化，同时还实现了对数据的浏览、查询以及统计等相关管理功能。因此，这种混凝土的配料控制系统的重要性逐渐增强。

1 控制系统的设计

混凝土的配料过程一共有8个料斗。一般，4种装石料、2种水泥以及相关的添加剂和水。同时，对每个料斗分别配置一台称重的仪器，收集具体的配料信息，并将这些信息传输到工控机组。另外，将这些信息和设定的参数进行对比，通过PLC实现对一些电机和相关阀门的控制。通常，系统中的上机位采用的是组态软件MCGS，主要是对一些重量数据和信息的处理，同时和PLC建立通讯，实现一些实时的监控以及相关数据的管理和储存。其中，实现对物料的有效控制、画面的动感效果表现和数据的管理和存储，是其主要的技术问题。

PLC属于下机位，一般采用Windows操作系统里面的编程软件STEP7进行相关程序的检查、调试以及监控等操作处理，主要是需要实现对一些现场设备的控制。在混凝土的搅拌过程中，设备一般需要连续工作，连续生产。设备之间的动作也有严格的顺序限制，所以要实现有效控制，就要将经验控制、顺序控制和步进控制有效结合[1]。使用软件的设计，主要内容包括一些初始化的程序设定、主程序、子程序、故障应急措施和一些中断程序及辅助程序方面的设计。

2 自动配料控制系统的硬件设计

混凝土配料控制系统的硬件设计情况，具体如图1所示。

混凝土自动配料控制系统的上机位采用的是研华的IPC；机箱的设计是全钢结构，具有较强的抗冲击、抗电磁干扰和抗振动作用；内置的一些专用电源采用的是“底板+CPU卡”的结构，拥有较强的抗干扰性能，同时具有较强的扩展性。

PLC指令比较丰富，对指令的执行速度也比较快，利用的是西门子公司制造的S7-200，方便系统调试和相关的故障诊断，比较灵活。同时，通信功能非常强大，实现了各种模块的扩展，很好地满足了各种用户的需求。另外，PLC中具有一些先进的编程特性，容易进行组态，方便安装，能够很好的取代一些复杂的中型自动化系统[2]。除此之外，PLC指令和上机位之间采用的是一些PPI通讯协议，可以进行有效的数据传输。

系统的硬件组成中，称重仪表采用的是科丰XK3201。这种仪表的密封性较好，功耗相对低，体积小，同时安装方便、相关的操作也较简单，所以得到了广泛应用。在一些高温环境中，它可以抵抗很强的干扰以及高频率的开关动作影响，适应性比较强。称重仪表和上机位之间使用MODBUS中的主从方式进行网络通讯连接，对实时的物料重量进行信息采集，经过一定的处理上传到上机位，称重的精度较高，可靠性也较好。

3 混凝土自动配料控制系统的软件设计

3.1 上机位的监控软件设计

上机位的监控软件，是进行数据收集、处理的重要环节。监控软件的模块组成主要包括：（1）通讯模块，实现上机位、称重仪表以及PLC之间的通讯功能，实现信息数据的交互作用。（2）配方的管理模块，可以实现对配方的修改和添加，同时通过对大量生产配方进行系统的预存，可以使用户直接进行选择，不需进行相关输入。（3）报警模块，可以实现对报警情况和信息的有效分类，一般采用一些弹出框或者警示灯闪烁的方式，提醒管理人员进行操作。（4）数据模块，一般用来实现数据输入、数据查询、数据存储以及相关数据报表预览和打印功能。（5）动画显示模块，能够实现生产过程的动态化效果展示，实现对各个生产环节的有效监控，。（6）系统管理模块，主要的内容包括用户名管理、密码、权限的设置以及用户帮助等[3]。一般用户在使用系统的过程中，需要正确的用户名和权限才能进行远程监控和管理，将具体的责任落实到位。

3.2 实现通信功能

在系统的上机位和PLC之间，一般采用PPI网络通信协议。主要采用主从方式的通讯，由上机位发出一定指令，运用PLC进行接收指令并作出一定响应，并返回一定的应答数据。同时，上机位接到这些响应，发出一些确认命令，PLC也会将响应的数据返回给上机位。PPI通信协议的组成如表1所示。实际值和设定值越接近。

3.5 PLC的控制功能设计

PLC程序主要由两部分组成，分为主任务和中断任务，一般通过主程序对子程序的不断调用，实现整个控制过程。中断任务主要是处理一些紧急情况和故障采取的应急措施。通常，发生故障，就会发出警报。

4 结束语

混凝土的自动配料控制系统中，充分使用了PLC功能完善、可靠性高以及编程简单的优点，弥补了之前系统控制方面存在的不足。同时，这种自动配料控制系统运行更加稳定，配料的质量也更高，极大地提高了生产效率，具有较好的经济效益。

表1 PPI通信协议的数据组成

其中，相关数据的长度是从DA开始到DU之间，系统进行的开始符一般是68H。上机位的读写功能代码一般是6CH或者7CH，运行结束的符号是16H。

3.3 系统的界面设计

一般采用面向工作流程的设计方法，设计出一些比较可靠和美观的图形界面，并满足具体的现场生产需求。在这个系统设计中，上机位不仅可以实现对各项参数的具体显示，还能够动态地显示相关设备的运行情况[4]。通过上机位中的相关按钮，可以实现对控制阀门的远程控制，还包括水泵、搅拌机等设备的开关管理和控制。

3.4 系统功能的实现

混凝土自动加料控制过程的实现，是系统的重要组成环节，主要有上机位和PLC相互作用完成。一般初期加料快，后期进行慢加料，实现加料误差的减小。同时，系统能够对过去的加料误差进行预测和补偿。通常，称重的次数越多，

参考文献

[1]谭利都，詹俊钢，马梦涛.自动配料称重控制系统的研究与设计[J].农机使用与维修，2014，（1）：9.

[2]吴明亮，郜鹏鹏，巩运迎，李高坡.基于PLC的自动配料控制系统研究[J].自动化与仪表，2013，（4）：44-47.

[3]杨方兴，岳建锋，王卿，王天琪.多PLC控制系统的组态策略[J].天津工业大学学报，2013，（6）：68-71.

[4]赵运婷，贾文民.基于MCGS的机械手控制系统设计[J].电脑知识与技术，2011，（14）：3473-3475.

Based on the MCGS and PLC Automatic Concrete Batching Control System Research

LI Bin
(Hunan Institute of Information Technology, Changsha 410200)

Abstract:With the a ccelerating devel opment of social economy, the relevant technology are rapidly improve, among them, the concrete application is a very im portant aspect, has a great influence in the quality of construction projects. In o rder to improve the yield and quality of concrete, it is necessary to use a few weighing ins trument collecting related m aterial, the weight of the implement of PLC in the control function. At the s ame time, the application of configuration software (MCGS) monitoring and control system in the real-time monitoring of the whole system and manage the relevant data, at the same time realize fault alarm and other functions, is the important function of automatic batching control system. Therefore, this paper introduces the software of the system design, equipment selection, at the same time, analyzes the concrete material control and the control process of PLC.

Key words:MCGS, PLC, Concrete ingredients, Control system