1、概述

攪拌設備是將各種物料進行計量、輸送和混合攪拌的大型成套設備，這些物料一般包括骨料（砂石）、粉料（水泥、粉煤灰、礦粉）、水、外加劑等[1]。從攪拌設備的生產工藝上看，主要有攪拌站、攪拌樓兩大形式，目前多以攪拌站為主。

攪拌設備的發展曆史已有一百多年了，但在我國的發展是從上世紀五十年代開始。從參考國外產品的狀態開始，逐步發展到標準化的研發和生產，我國的攪拌設備技術已達到發達國家水平，特備在生產效率和控製技術上有自己獨特的地方[2]。但由於發展迅速和國內一些客觀思想，攪拌站技術在一些基礎研究、安全設計等方麵還需進行深入的探究，對計量係統的研究和改進就是其一。通過在硬件和控製技術的發展，使攪拌站的質量更加穩定和可靠。

2、計量係統

攪拌站傳統的計量方法有兩種：

一種是采用稱量模塊（或稱重傳感器）+顯示終端（儀表）：通過采集稱量模塊的模擬量或數字量信號，經傳輸把實際工況要求呈現在顯示終端，這個過程一般需要PLC和PC來處理實際稱重任務。

另一種是采用控製器直接或間接利用稱重模塊信號進行處理：直接利用PLC進行處理，或者利用顯示終端顯示+PLC或IPC等處理的辦法[3]。

2.1方式一

由於顯示終端可以快速進行各種計量功能且該計量技術已經很成熟，具體產品包括儀表和承重模塊，如圖1所示；圖2為常見的稱重顯示控製器組成的計量網絡係統。

如圖3中所示，稱重控製模式為PLC+PC+終端儀表，其工作原理為：通過[PLC]啟動顯示終端[儀表]開始工作，由顯示終端[儀表]完成配料中稱量（粗稱、精稱）的工作；配料完成後[儀表]將配料信息再反饋給控製係統[PC]；顯示終端[儀表]具有配料（和配料狀態顯示保持功能），同時具有參數設置、配方操作、秤校訂等設置功能。

除PC、PLC外，其中的關鍵部件為稱重模塊和顯示終端儀表。顯示終端比較好的品牌有常州托利多（合資），典型的攪拌站設備製造商有三一重工、南方路機等。

該技術降低了對控製係統的要求，但在核心技術掌握（需要二次開發）、升級服務等方麵存在局限，同時還存在的以下技術問題：

(1)校秤操作比較麻煩。當秤參數變化時，對計量係統影響比較大，有時甚至是致命的。有些廠家升級了智能儀表，具備一定的智能診斷功能，如秤係數維護、量程判斷等。隨著科技發展，需要進一步提供完善的智能診斷，如秤係數自動診斷、動態差值檢測等。

(2)由於設計幾部分的連接，除稱重模塊和顯示終端的連接外，一般需要處理PLC、PC和終端儀表之間的通訊；而通訊本身容易受如感應雷、感應電磁等幹擾而出現異常；當然也會引入部分線路故障。

2.2方式二

針對以上方法的不足，國際上一些混凝土攪拌站廠商如LIEBHEER、AMMANN、SCHWING等采則用第二種計量算法[4]，且目前使用狀況良好；該算法易於實現通訊、網絡升級、智能診斷等，為客戶提供更好的升值服務。也有攪拌站控製係統專業廠家也采用類似處理方式，如DORNER控製係統。國內還有一些攪拌設備製造商對該升級算法進行了改進和簡化：將稱重信號用簡化的儀表終端進行顯示，用PLC進行控製算法，如徐州利勃海爾。

該類算法既有傳統計量儀表的優點，又充分適應了科技的發展，但硬件、技術要求比較高，開發周期相對較長。目前國內廠家成熟運用該成套實現方案的廠家比較少。

本文立足於此類方式，根據對攪拌站行業計量過程工藝的掌握，設計一種用於使用PLC+PC直接實現儀表功能的}昆凝土攪拌站控製計量單元。

3、新型計量係統設計

具體如圖4所示：

通過PLC+PC的組合，利用PLC機型內部邏輯關係運算實現終端儀表稱重功能，簡化控製構成、減少通訊／線路故障、提高響應效率；利用PC的監控管理係統作用實現複雜的模擬量運算，實現人機交互和智能診斷及其實現。

該係統具有完全的自主性能，易於實現人機交互和網絡功能；同時節約硬件成本。

3.1功能框架

根據計量功能，將各單元之間的關係表示如圖5所示：

組成框架說明：

(1)配方：接受PC下傳配方、對配方的有效性進行處理（判斷和排隊），擴展一配方管理；(2)輸入邏輯判斷：外部檢測／處理信號判斷；(3)輸出邏輯判斷：輸出邏輯處理判斷（手自動、濾波、落差）；(4)控製參數：濾波參數／落差參數；(5)診斷：硬件故障、通訊故障、輸入／輸出異常，返回上位機進行人機交互；(6)校秤：線性標定，擴展一一秤係數管理。

3.2功能實現

如圖4、圖5所示，考慮設計一個稱重計量係統，基本原理為：

通過PLC直接采集稱重模塊輸入的稱量模擬量或數字量信號，然後在PLC內部編程實現配方計算、配重運算、校秤和故障診斷等功能，利用PC實現一般的參數輸入、狀態顯示／診斷等人機交互功能，其具體實現為：

(1)將稱重模塊輸出的信號直接引入PLC對應模塊，實現稱重信號的采集。如果輸入的信號為非標模擬量信號，可通過信號轉換器進行處理；必要的，可加入濾波信號處理單元，實現對幹擾信號的過濾。

(2)由PC輸入生產配方傳至PLC中。配方如含水率、百分比等數值的計算可由PC進行，亦可由PLC進行；同時可易於實現配方的一般性故障判斷診斷；同時可利用PC人機交互的優勢進行完全多配方係統管理如刪減、修改、查詢等等。同時，可考慮PC網絡功能自動將配方參數進行聯網管理。

(3)由PC輸入配重控製的如精／粗稱比例或絕對值、穩秤時間等控製參數，PLC根據生產工藝要求對稱重任務逐一進行稱量。同時，稱量過程中，可不斷檢測稱重信號的穩定狀態並給出處理辦法如斷路停止、稱量超差報警等，超差數值可在PC上設定；依據稱量結果，易於實現人工幹預或自動處理如扣秤或補料、落差手動或自動調整。

(4)配重結束後，各種配重信息如稱量數據、故障信息直接傳人PC。由於PLC控製配重的各種信息狀態直接和PC通信，易於實現友好的人機功能；同時易於實現數據管理。

3.3落差算法

落差算法的優異與否直接影響成品混凝土的質量，而且對攪拌站的生產效率起著一定的提高作用。落差調整計算方法可采用模糊PID控製、差值修訂法[5]等。

3.4校秤

稱重模塊的校訂，直接通過PC操作即可實現，可采用普通的2點校秤原理。同時，記錄校訂的結果，易於對秤係數進行維護管理：在稱重單元不發生變化情況下，直接進行數據的簡單拷貝即可實現；對同類型的配置，簡單修正即可。

同時，可通過PC對校秤結果進行管理和分析，如秤係數值存在較大差異時，實施提供報警提醒信息；當稱量出現異常如超差等，即時提醒操作員進行幹預或維護。擴展地，可通過網絡功能，實現秤係數的監管和故障分析。

4、結語

經實驗驗證，本設計算法具有以下優點：

(1)采用PLC+PC的控製運算模式，可利用PLC內部程序設計替代終端儀表稱重功能，降低了電氣／通訊儀器儀表故障的可能性、提高了係統的可靠性和可維護性；

(2)實現了配方計算、配方管理、等操作的網絡化管理；網絡化的功能，還能便於遠程監控、實時故障分析處理；

(3)實現了稱重運算邏輯組織，包括精粗稱、落差計算、時序控製等，實現了稱重過程的實施監控和過程診斷，實現了稱重的人機交互如扣秤/超差處理等；提高了校秤操作的簡易性和稱量數據管理的便捷性。

綜上所述，本設計算法具有很強的實用性和推廣型，不僅對提高攪拌站整體質量和技術水平有著積極得意義，更能為客戶創造出更多的價值。

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