摘要：混凝土攪拌站是集中攪拌混凝土的聯(lián)合裝置，其在工程建設中有著至關重要的意義。混凝土攪拌站主要由物料稱量系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、攪拌主機、控制系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等主系統(tǒng)和其他輔助設備組成，執(zhí)行著物料稱量、配料、攪拌、輸送、貯料及卸料等操作，每一步工序都對混凝土的質量產生直接影響，尤其是原材料占比和稱重的精度，以及原料的混合程度影響混凝土的質量，從而影響工程的質量。本方案控制系統(tǒng)采用禾川Q0-1200PAC，依托PAC強大的橫縱向集成實現混凝土攪拌站的現場操縱與集群數字化管控，通過OPC_UA與MES對接達到企業(yè)級的統(tǒng)一業(yè)務統(tǒng)籌規(guī)劃與運營。

　　隨著PC和PLC在技術上的差別越來越小，并且隨著PLC采用了商業(yè)化(COTS)硬件以及PC能采用實時操作系統(tǒng)，新一代控制器——可編程自動化控制器PAC結合了PC與PLC兩者間的優(yōu)勢應需而生。PAC代表著可編程控制器的最新技術，它未來發(fā)展的關鍵取決于嵌入式技術的引入。

　　PAC系統(tǒng)的關鍵技術是嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計。其中具有代表意義的是CPU技術的發(fā)展、現場總線技術的發(fā)展以及工業(yè)以太網的廣泛應用與嵌入式實時操作系統(tǒng)、軟邏輯編程技術的嵌入式組態(tài)軟件的發(fā)展。通過PAC通用輕便的控制引擎、系統(tǒng)開放性和靈活性使用通用、標準的架構和網絡，保證了用戶的多樣化功能需求以及企業(yè)級的業(yè)務系統(tǒng)的無縫集成，優(yōu)化了工廠的流程，提高了系統(tǒng)效率，降低操作成本，如圖1所示。

　　混凝土攪拌站集機械、電氣、液壓、組態(tài)、通信和計算機等多方面的技術于一體，具有物料計量、配料、攪拌、監(jiān)控于一體的的功能?，F有的混凝土攪拌站主要是PLC+HMI(觸摸屏)的控制方式，而現在越來越多的企業(yè)渴望自己的企業(yè)生產運營能夠數字化改造升級，通過工業(yè)互聯(lián)網系統(tǒng)實時獲取業(yè)務需求、生產狀況、設備狀態(tài)等實時數據，并依托運營數據進行統(tǒng)籌規(guī)劃，為了實現這個功能現場設備大腦就要有更高的循環(huán)速率、更強的算法適用性、更多模擬功能以及能更好地和企業(yè)網絡集成。采用PAC作為控制核心更能滿足和適應企業(yè)對于生產系統(tǒng)整體數字化的需求。

　　1 攪拌站控制系統(tǒng)的功能特點

　　混凝土是世界上最大宗的人造材料，它以水泥、砂、石、水、外加劑和摻合料按一定比例配制而成。攪拌站的工作原理是：碎石、砂子等骨料經裝載機運到配料站的儲料倉中，根據產品配方不同，經稱重傳感器計量后，送到皮帶機料斗，再由上料皮帶機把料斗中的骨料送至攪拌機上部的待料斗;同時，螺旋輸送機控制水泥倉中的水泥輸送至水泥稱量斗，而供液系統(tǒng)將水和添加劑分別輸送至水稱量斗和添加劑稱量斗。待物料全部稱量好后，按一定的順序打開待料斗氣動門、水泥稱量斗、粉煤灰稱量斗、水稱量斗、添加劑稱量斗的氣動球閥，同時，開啟待料斗、水泥稱量斗、粉煤灰稱量斗振機，進水管加壓泵，使各物料進入攪拌機中攪拌，攪拌好后經攪拌機出料門通過出料斗進入混凝土輸送車運走。

　　2 攪拌站工作流程分析

　　(1)原材料的準備階段：原材料的準備階段完成攪拌過程所需原來的定位存儲，骨料經過堆料場定位存儲于骨料倉儲存;水泥及摻合料分別定位存儲于粉料罐;水及液體外加劑定位存儲于水池和外加劑罐。

　　(2)原材料的計量階段：該階段主要完成原料計量。攪拌站啟動后，由空壓機、皮帶機和主機運轉帶動設備運行，從而開始計量工序。計量骨料時，打開骨料倉料門，將骨料投入計量斗，經過骨料的粗秤和精秤后關閉料門。計量水泥及摻合料及重量時，啟動相應料倉下的螺旋輸送機，水泥計量斗和摻合料計量斗分別稱量輸送過來的水泥和摻合料，稱量完畢后立即關閉螺旋輸送機。計量水及液體外加劑時，啟動相應的泵送裝置，將外加劑泵送至相應的計量斗，同樣，稱量完畢后須立即關閉泵送裝置。

　　(3)原材料的輸送階段：輸送階段完成原材料的定向運輸，骨料從計量斗卸料門卸載到平皮帶機上，由平皮帶機將運送至斜皮帶機上，再由斜皮帶機轉入骨料待料斗。

　　(4)原材料的卸料階段：卸料階段將原材料投入至相應的容器，例如水和外加劑在卸料氣動蝶閥動作后被投到水計量斗中。

　　(5)攪拌階段：攪拌階段將各種原料混合均勻，卸入的不同原料按照控制系統(tǒng)的設定攪拌不同的時間，各種原材料的由攪拌機拌合后，形成相應的混凝土。

　　(6)成品料卸料階段：成品料卸料階段是最后一道工序，在攪拌完成后，打開卸料門，將成品混凝土卸至攪拌運輸車中。卸料過程中，時間及卸料狀態(tài)(半開門、全開門)是可以調整的，這個需要根據具體的使用狀況來調整。卸完料后關閉卸料門，重新開始一個新的工作流程，如圖2所示。

　　3 攪拌站控制系統(tǒng)硬件選型與設計

　　攪拌站由 1臺PAC(禾川 Q0-1200D)、1個HCQX-AD04-D模擬量輸入模塊、16點數字量輸入輸出模塊各一個、1臺觸摸屏(TP2570)、4個稱重傳感器、和放料閥門、傳送帶、攪拌電機等設備組成。 觸摸屏與PAC之間采用ModbusTCP通訊。與生產有關的配方參數由上位監(jiān)控系統(tǒng)輸入，并保存到PAC中，以滿足不同用戶需求，實現柔性生產，如圖3所示。

　　物料重量壓力信號采用電流方式作為輸入信號，單極性模擬量輸入信號數值范圍是0-32000對應著輸入電流信號4-20mA。如圖4是模擬量輸入的接線以及電控系統(tǒng)的整體IO接線布局，如圖5、表1所示。

　　4 控制系統(tǒng)軟件設計架構

　　為了使PAC 完成混凝土攪拌站整個生產過程的現場控制功能，PAC 需要采集各秤的重量信號及其它傳感器和行程開關提供的開關量信號，并對此進行處理后，輸出對電磁閥、電動機等各執(zhí)行機構的控制信號，具體實施如下：碎石料斗秤、沙料斗秤等由稱重傳感器感應的信號分別經稱重變送器進入PAC。各秤斗稱量時，達到設定值時停止給料。根據系統(tǒng)的控制要求，控制過程分為手動和自動兩種模式。如圖6、圖7、圖8所示。輸入電流信號通過LIN_TRAFO功能塊轉化為物料的實際重量并作為系統(tǒng)判斷依據。

　　5 基于PAC混凝土攪拌站控制系統(tǒng)優(yōu)勢

　　基于PAC的混凝土攪拌站管控系統(tǒng)有著強大的遠程數據采集能力，PAC支持多種網絡通訊協(xié)議且相比傳統(tǒng)PLC通訊能力更強，支持OPC_UA系統(tǒng)集成，強大的通訊能力讓PAC更適合數據交互大的應用場景，可以與工廠的MES、ERP系統(tǒng)輕易集成，為混凝土生產系統(tǒng)數字化集成打下了堅實基礎。PAC強大的設備接入與系統(tǒng)集成能力能夠使能混凝土攪拌站智能化，可助力生產方實現設備智能預警與診斷、實時數據采集與傳輸、遠程集中監(jiān)控、設備管理與運維等IIOT智能服務。堅實的現場層賦予了混凝土攪拌站集群系統(tǒng)強大的在線資源智能配置與調度能力。如用戶需要混凝土時，可在線申請預定，混凝土工作站則據目標申請進行資源分配和生產供給。以實現按需定時生產和供給，提高混凝土生產的實效維護與生產使用周期保障，這對混凝土的供應的提質增效有著重要的作用，如圖9所示。

　　6 結語

　　工業(yè)+互聯(lián)網是時代發(fā)展的走向，它的根本是通過信息技術實現傳統(tǒng)產業(yè)升級實現生產的提質降本增效。工業(yè)互聯(lián)網是實現工業(yè)數字化的高效方法和途徑，但數字化不是目的，而是通過數字化實現智能，從設備點的智能到全局生產系統(tǒng)的智能。工業(yè)互聯(lián)網的核心是數據，在此場景下，人、產品、系統(tǒng)、資產和機器之間建立了實時的、多角度的通訊和數據共享。建設工業(yè)互聯(lián)網系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)是現場層設備的數據采集與接入以及系統(tǒng)集成能力，而新一代控制器PAC正是為了實現這種需求而產生，即通過PAC建立起現場層設備強大的數字化系統(tǒng)接入與集成能力，如圖10所示。