1、概述

搅拌设备是将各种物料进行计量、输送和混合搅拌的大型成套设备，这些物料一般包括骨料（砂石）、粉料（水泥、粉煤灰、矿粉）、水、外加剂等[1]。从搅拌设备的生产工艺上看，主要有搅拌站、搅拌楼两大形式，目前多以搅拌站为主。

搅拌设备的发展历史已有一百多年了，但在我国的发展是从上世纪五十年代开始。从参考国外产品的状态开始，逐步发展到标准化的研发和生产，我国的搅拌设备技术已达到发达国家水平，特备在生产效率和控制技术上有自己独特的地方[2]。但由于发展迅速和国内一些客观思想，搅拌站技术在一些基础研究、安全设计等方面还需进行深入的探究，对计量系统的研究和改进就是其一。通过在硬件和控制技术的发展，使搅拌站的质量更加稳定和可靠。

2、计量系统

搅拌站传统的计量方法有两种：

一种是采用称量模块（或称重传感器）+显示终端（仪表）：通过采集称量模块的模拟量或数字量信号，经传输把实际工况要求呈现在显示终端，这个过程一般需要PLC和PC来处理实际称重任务。

另一种是采用控制器直接或间接利用称重模块信号进行处理：直接利用PLC进行处理，或者利用显示终端显示+PLC或IPC等处理的办法[3]。

2.1方式一

由于显示终端可以快速进行各种计量功能且该计量技术已经很成熟，具体产品包括仪表和承重模块，如图1所示；图2为常见的称重显示控制器组成的计量网络系统。

如图3中所示，称重控制模式为PLC+PC+终端仪表，其工作原理为：通过[PLC]启动显示终端[仪表]开始工作，由显示终端[仪表]完成配料中称量（粗称、精称）的工作；配料完成后[仪表]将配料信息再反馈给控制系统[PC]；显示终端[仪表]具有配料（和配料状态显示保持功能），同时具有参数设置、配方操作、秤校订等设置功能。

除PC、PLC外，其中的关键部件为称重模块和显示终端仪表。显示终端比较好的品牌有常州托利多（合资），典型的搅拌站设备制造商有三一重工、南方路机等。

该技术降低了对控制系统的要求，但在核心技术掌握（需要二次开发）、升级服务等方面存在局限，同时还存在的以下技术问题：

(1)校秤操作比较麻烦。当秤参数变化时，对计量系统影响比较大，有时甚至是致命的。有些厂家升级了智能仪表，具备一定的智能诊断功能，如秤系数维护、量程判断等。随着科技发展，需要进一步提供完善的智能诊断，如秤系数自动诊断、动态差值检测等。

(2)由于设计几部分的连接，除称重模块和显示终端的连接外，一般需要处理PLC、PC和终端仪表之间的通讯；而通讯本身容易受如感应雷、感应电磁等干扰而出现异常；当然也会引入部分线路故障。

2.2方式二

针对以上方法的不足，国际上一些混凝土搅拌站厂商如LIEBHEER、AMMANN、SCHWING等采则用第二种计量算法[4]，且目前使用状况良好；该算法易于实现通讯、网络升级、智能诊断等，为客户提供更好的升值服务。也有搅拌站控制系统专业厂家也采用类似处理方式，如DORNER控制系统。国内还有一些搅拌设备制造商对该升级算法进行了改进和简化：将称重信号用简化的仪表终端进行显示，用PLC进行控制算法，如徐州利勃海尔。

该类算法既有传统计量仪表的优点，又充分适应了科技的发展，但硬件、技术要求比较高，开发周期相对较长。目前国内厂家成熟运用该成套实现方案的厂家比较少。

本文立足于此类方式，根据对搅拌站行业计量过程工艺的掌握，设计一种用于使用PLC+PC直接实现仪表功能的}昆凝土搅拌站控制计量单元。

3、新型计量系统设计

具体如图4所示：

通过PLC+PC的组合，利用PLC机型内部逻辑关系运算实现终端仪表称重功能，简化控制构成、减少通讯／线路故障、提高响应效率；利用PC的监控管理系统作用实现复杂的模拟量运算，实现人机交互和智能诊断及其实现。

该系统具有完全的自主性能，易于实现人机交互和网络功能；同时节约硬件成本。

3.1功能框架

根据计量功能，将各单元之间的关系表示如图5所示：

组成框架说明：

(1)配方：接受PC下传配方、对配方的有效性进行处理（判断和排队），扩展一配方管理；(2)输入逻辑判断：外部检测／处理信号判断；(3)输出逻辑判断：输出逻辑处理判断（手自动、滤波、落差）；(4)控制参数：滤波参数／落差参数；(5)诊断：硬件故障、通讯故障、输入／输出异常，返回上位机进行人机交互；(6)校秤：线性标定，扩展一一秤系数管理。

3.2功能实现

如图4、图5所示，考虑设计一个称重计量系统，基本原理为：

通过PLC直接采集称重模块输入的称量模拟量或数字量信号，然后在PLC内部编程实现配方计算、配重运算、校秤和故障诊断等功能，利用PC实现一般的参数输入、状态显示／诊断等人机交互功能，其具体实现为：

(1)将称重模块输出的信号直接引入PLC对应模块，实现称重信号的采集。如果输入的信号为非标模拟量信号，可通过信号转换器进行处理；必要的，可加入滤波信号处理单元，实现对干扰信号的过滤。

(2)由PC输入生产配方传至PLC中。配方如含水率、百分比等数值的计算可由PC进行，亦可由PLC进行；同时可易于实现配方的一般性故障判断诊断；同时可利用PC人机交互的优势进行完全多配方系统管理如删减、修改、查询等等。同时，可考虑PC网络功能自动将配方参数进行联网管理。

(3)由PC输入配重控制的如精／粗称比例或绝对值、稳秤时间等控制参数，PLC根据生产工艺要求对称重任务逐一进行称量。同时，称量过程中，可不断检测称重信号的稳定状态并给出处理办法如断路停止、称量超差报警等，超差数值可在PC上设定；依据称量结果，易于实现人工干预或自动处理如扣秤或补料、落差手动或自动调整。

(4)配重结束后，各种配重信息如称量数据、故障信息直接传人PC。由于PLC控制配重的各种信息状态直接和PC通信，易于实现友好的人机功能；同时易于实现数据管理。

3.3落差算法

落差算法的优异与否直接影响成品混凝土的质量，而且对搅拌站的生产效率起着一定的提高作用。落差调整计算方法可采用模糊PID控制、差值修订法[5]等。

3.4校秤

称重模块的校订，直接通过PC操作即可实现，可采用普通的2点校秤原理。同时，记录校订的结果，易于对秤系数进行维护管理：在称重单元不发生变化情况下，直接进行数据的简单拷贝即可实现；对同类型的配置，简单修正即可。

同时，可通过PC对校秤结果进行管理和分析，如秤系数值存在较大差异时，实施提供报警提醒信息；当称量出现异常如超差等，即时提醒操作员进行干预或维护。扩展地，可通过网络功能，实现秤系数的监管和故障分析。

4、结语

经实验验证，本设计算法具有以下优点：

(1)采用PLC+PC的控制运算模式，可利用PLC内部程序设计替代终端仪表称重功能，降低了电气／通讯仪器仪表故障的可能性、提高了系统的可靠性和可维护性；

(2)实现了配方计算、配方管理、等操作的网络化管理；网络化的功能，还能便于远程监控、实时故障分析处理；

(3)实现了称重运算逻辑组织，包括精粗称、落差计算、时序控制等，实现了称重过程的实施监控和过程诊断，实现了称重的人机交互如扣秤/超差处理等；提高了校秤操作的简易性和称量数据管理的便捷性。

综上所述，本设计算法具有很强的实用性和推广型，不仅对提高搅拌站整体质量和技术水平有着积极得意义，更能为客户创造出更多的价值。

 

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