干粉砂浆（又称干混砂浆，D ry-m ixed M ortar）作为新型的绿色节能环保建筑材料，正逐步得到国家政策的强制推广和使用。当前我国建筑行业正处于干粉砂浆研究开发、生产和应用的快速发展时期。在分析干粉砂浆生产工艺流程和相关控制要求的基础上，我们开发了一套中小型干粉砂浆生产线自动控制系统。控制系统的主控制器采用PLC，使用高精度的称重数显仪表作为称重计量单元，PLC和称重仪表之间采用RS-485串行通信。由PLC完成提升、振动均料、混合搅拌和卸料等外部执行机构的控制。人机界面采用触控式一体化工控机，能够实现配方数据的编辑、下载，重要工艺参数的设定和工艺流程的监视等。该控制系统实际运行后证明能够实现干粉砂浆全自动化的生产。
1　干粉砂浆工艺流程和控制要求
1.1　工艺流程简介
干粉砂浆一般由胶凝材料、骨料和各种添加剂等组成。胶凝材料的作用是将骨料和其它颗粒粘合在一起并粘结在基层上。干粉砂浆采用的胶凝材料主要有水泥、石膏和熟石灰等。干粉砂浆中的骨料大多是根据级配要求选取的一定粒径等级的黄砂或人工砂等。干粉砂浆生产线主要包括储料、称重、上料、振动均料、混合搅拌和卸料等几个生产工艺流程。在进行干粉砂浆生产时，先将主料（包括水泥、粉煤灰和黄砂等）和各种添加剂（附料）分别置于各自的储料仓内。位于在生产线底层的料仓和配料称量部分，通过提升上料装置与上层的生产线部分相连。配料及称量结束后，秤斗内的原料用螺旋输送机送入位于混合机上端的料斗内。当输送完成后，料斗内的原料在重力的作用下直接进入混合机。经过设定时间的混合搅拌后，将产品投入卸料斗内，最后卸料斗内的干粉砂浆可以进入包装系统。
1.2　控制要求
在对干粉砂浆生产工艺流程和工作过程分析的基础上，有如下主要的电气系统控制要求：
1）系统应具有手动控制和自动控制两种工作方式。手动工作方式主要是在系统维护或软件调试时使用；在正常生产过程中，一般采用自动工作方式。因此，应设置手动/自动方式选择和相应按钮并为各按钮设置指示灯，以便系统运作不正常时方便查错；
2）现场称重仪表可完成各主料和附料的称重计量，根据称重信号和生产配方产生螺旋输送机、阀门等的控制信号。可以动态检测和处理配料过程中可能出现的问题，称重显示仪表可以与PLC之间进行实时、双向的高速串行通信；
3）PLC可实现对提升上料、振动均料、混合搅拌、卸料等外部执行机构的开关量的逻辑控制；
4）控制系统具备报警、故障处理和报警复位功能。
5）具有美观、友好的人机界面。通过界面可以编辑、下载配方数据，显示关键工艺参数、历史数据曲线和实时数据曲线等，人机界面可与PLC进行R S-485串行通信。
2　控制系统的硬件设计
2.1　系统的总体结构
按干粉砂浆生产线上述工艺流程和控制要求，选用PLC作为电气系统的主控制器，并扩展适当的I/O模块。PLC是由传统的继电器控制系统发展而来，自20世纪60年代问世以来得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信和与D CS系统融合等方面有了长足的进步，PLC已经成为实现制造业自动化强有力的工具。
系统的主控制器PLC通过RS-485串行通信口与上位工控机（或触摸屏）相连，在工控机安装了监控组态软件实现对系统的实时监控。称重仪表采集现场压力传感器的模拟量信号，并对模拟信号进行处理，然后通过串行通信（RS-485或R S-232）把处理后的数据传送给PLC，PLC将接收到的数据经运算处理后，输出开关量信号控制外围继电器的动作，从而实现干粉砂浆机械部分有序的动作；系统的人机界能够动态显示整个生产线的工艺流程，并且能方便地修改各项工艺参数（如动作的过渡时间和搅拌时间等）和编辑配方数据。现场操作人员通过点击人机界面上的按钮可任意对某一种配料计量秤进行单独的计量。工艺参数的傻瓜化设定可实现将所有工艺参数在调试时按照生产经验进行设定，不需要频繁地更改。
2.2　系统的硬件设计
干粉砂浆生产线控制系统的硬件设计主要包括电气系统主电路设计、PLC机型的选择、I/O地址分配和PLC系统外部接线设计等。根据系统的控制要求和生产工艺流程的分析，采用了基于西门子S7-200系列PLC和嵌入版组态软件的硬件配置方案。
PLC的主机型号选择的是S7-226 C N。该款机型的主要特点是：主机集成了24点输入和16输出，共有40点数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大可扩展至168点数字量I/O；内部有13K字节程序和数据存储空间，6个独立的30K H z高速计数器，2路独立的20K H z高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS-485通信口；具有PPI通信协议、M PI通信协议和自由端口通信协议。因此，S7-226是西门子小型机中具有较强控制能力的机型。根据系统的控制规模，主机另扩展了一块继电器输出型数字量输出模块EM 222，以满足整个控制系统对I/O点的要求。
3　控制系统的程序设计
根据对干粉砂浆生产线控制系统工艺流程和控制原理的分析，按照模块化的程序设计思想，干粉砂浆生产线PLC控制系统的程序主要由下面的各程序块组成，即主程序、主料1～3循环累加计算、附料1～2累加循环计算和基于M O D BU S通信的称重仪表读写程序等。在主程序中主要包括：系统初始化、通信使能，通信端口设置，数据转换，飞刀电机启动，主料1～3数据传输显示及输出控制，附料1～2的自动去皮、数据传送及输出控制，斗提机控制，卸料控制和过度仓控制等各个程序段。

4　人机界面的设计
选用北京昆仑通态公司的高性能嵌入式一体化工控机TPC7063E，它可以采用手触式操作，具有功耗低、体积小、重量轻、操作简单方便、符合人性化等诸多优点。该工控机采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏，四线电阻式触摸屏，同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统W inC E .N E T和M C G S嵌入式组态软件。
嵌入版M CG S是在通用版M CG S的基础上开发的，是专门应用于嵌入式计算机系统的组态软件，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。在TPC7063E上通过嵌入版M CG S组态软件完成画面组态、脚本程序编写后，通过手触击相应窗口可以进行配方的编辑、修改，关键工艺参数的设定和在线动态画面的显示。通过人机界面能够显示干粉砂浆生产线工艺流程、运行状态和报警，并且可以形成实时数据曲线和数据报表以供显示和打印。
5　结　语
该干粉砂浆生产线自动控制系统在采用PLC和嵌入版组态软件技术以后，经实际运行证明系统安全、稳定、可靠，砂浆制品的自动化水平和生产效率都得到了显著提高，能够达到建筑施工绿色环保节能的要求，具有比较明显的经济效益和社会效益。
 

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