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基于禾川 Q0 嵌入式 PAC 的混凝土搅拌站智慧解决方案

时间:2021-06-16 13:52:26来源:袁练

导语:​混凝土搅拌站是集中搅拌混凝土的联合装置,其在工程建设中有着至关重要的意义。混凝土搅拌站主要由物料称量系统、输送 系统、搅拌主机、控制系统、存储系统等主系统和其他辅助设备组成,执行着物料称量、配料、搅拌、输送、贮料及卸料等操作, 每一步工序都对混凝土的质量产生直接影响,尤其是原材料占比和称重的精度,以及原料的混合程度影响混凝土的质量,从而 影响工程的质量。本方案控制系统采用禾川 Q0-1200PAC,依托 PAC 强大的横纵向集成实现混凝土搅拌站的现场操纵与集群数字化管控,通过 OPC_UA 与 MES 对接达到企业级的统一业务统筹规划与运营。

       随着PC和PLC在技术上的差别越来越小,并且随着PLC 采用了商业化(COTS)硬件以及PC能采用实时操作系统, 新一代控制器——可编程自动化控制器PAC结合了PC与PLC 两者间的优势应需而生。PAC代表着可编程控制器的最新技术,它未来发展的关键取决于嵌入式技术的引入。

  PAC系统的关键技术是嵌入式软硬件系统设计。其中具有代表意义的是CPU技术的发展、现场总线技术的发展以及工业以太网的广泛应用与嵌入式实时操作系统、软逻辑编程技术的嵌入式组态软件的发展。通过PAC通用轻便的控制引擎、系统开放性和灵活性使用通用、标准的架构和网络,保证了用户的多样化功能需求以及企业级的业务系统的无缝集成,优化了工厂的流程,提高了系统效率,降低操作成本, 如图1所示。

  

PLC、PC、PAC 工业场景性能对比.png

  图 1 PLC/PC/PAC 工业场景性能对比

  混凝土搅拌站集机械、电气、液压、组态、通信和计算机等多方面的技术于一体,具有物料计量、配料、搅拌、监控于一体的的功能。现有的混凝土搅拌站主要是PLC+HMI(触摸屏)的控制方式,而现在越来越多的企业渴望自己的企业生产运营能够数字化改造升级,通过工业互联网系统实时获取业务需求、生产状况、设备状态等实时数据,并依托运营数据进行统筹规划,为了实现这个功能现场设备大脑就要有更高的循环速率、更强的算法适用性、更多模拟功能以及能更好地和企业网络集成。采用PAC作为控制核心更能满足和适应企业对于生产系统整体数字化的需求。

  1 搅拌站控制系统的功能特点

  混凝土是世界上最大宗的人造材料,它以水泥、砂、石、水、外加剂和掺合料按一定比例配制而成。搅拌站的工作原理是:碎石、砂子等骨料经装载机运到配料站的储料仓中,根据产品配方不同,经称重传感器计量后,送到皮带机料斗,再由上料皮带机把料斗中的骨料送至搅拌机上部的待料斗;同时,螺旋输送机控制水泥仓中的水泥输送至水泥称量斗,而供液系统将水和添加剂分别输送至水称量斗和添加剂称量斗。待物料全部称量好后,按一定的顺序打开待料斗气动门、水泥称量斗、粉煤灰称量斗、水称量斗、添加剂称量斗的气动球阀,同时,开启待料斗、水泥称量斗、粉煤灰称量斗振机,进水管加压泵,使各物料进入搅拌机中搅拌,搅拌好后经搅拌机出料门通过出料斗进入混凝土输送车运走。

  2 搅拌站工作流程分析

  (1)原材料的准备阶段:原材料的准备阶段完成搅拌过程所需原来的定位存储,骨料经过堆料场定位存储于骨料仓储存;水泥及掺合料分别定位存储于粉料罐;水及液体外加剂定位存储于水池和外加剂罐。

  (2)原材料的计量阶段:该阶段主要完成原料计量。搅拌站启动后,由空压机、皮带机和主机运转带动设备运行,从而开始计量工序。计量骨料时,打开骨料仓料门,将骨料投入计量斗,经过骨料的粗秤和精秤后关闭料门。计量水泥及掺合料及重量时,启动相应料仓下的螺旋输送机,水泥计量斗和掺合料计量斗分别称量输送过来的水泥和掺合料,称量完毕后立即关闭螺旋输送机。计量水及液体外加剂时,启动相应的泵送装置,将外加剂泵送至相应的计量斗, 同样,称量完毕后须立即关闭泵送装置。

  

混凝土搅拌站基本结构示意图.png

  图 2 混凝土搅拌站基本结构示意图

  (3)原材料的输送阶段:输送阶段完成原材料的定向运输,骨料从计量斗卸料门卸载到平皮带机上,由平皮带机将运送至斜皮带机上,再由斜皮带机转入骨料待料斗。

  (4)原材料的卸料阶段:卸料阶段将原材料投入至相应的容器,例如水和外加剂在卸料气动蝶阀动作后被投到水计量斗中。

  (5)搅拌阶段:搅拌阶段将各种原料混合均匀,卸入的不同原料按照控制系统的设定搅拌不同的时间,各种原材料的由搅拌机拌合后,形成相应的混凝土。

  (6)成品料卸料阶段:成品料卸料阶段是最后一道工序,在搅拌完成后,打开卸料门,将成品混凝土卸至搅拌运输车中。卸料过程中,时间及卸料状态(半开门、全开门)是可以调整的,这个需要根据具体的使用状况来调整。卸完料后关闭卸料门,重新开始一个新的工作流程,如图2所示。

  3 搅拌站控制系统硬件选型与设计

  搅拌站由 1台PAC(禾川 Q0-1200D)、1个HCQX-AD04-D模拟量输入模块、16点数字量输入输出模块各一个、1台触摸屏(TP2570)、4个称重传感器、和放料阀门、传送带、搅拌电机等设备组成。 触摸屏与PAC之间采用ModbusTCP通讯。与生产有关的配方参数由上位监控系统输入,并保存到PAC中,以满足不同用户需求,实现柔性生产,如图3所示。

  

系统组成框图.png

  图 3 系统组成框图

  物料重量压力信号采用电流方式作为输入信号,单极性模拟量输入信号数值范围是0-32000对应着输入电流信号4-20mA。如图4是模拟量输入的接线以及电控系统的整体IO 接线布局,如图5、表1所示。

  

HCQX-AD04-D 模拟量输入模块接线图.png

  图 4 HCQX-AD04-D 模拟量输入模块接线图

  

系统输入输出点分配及外部接线图.png

  图 5 系统输入输出点分配及外部接线图

 PAC 模拟量输入转化.png 

图 6 PAC 模拟量输入转化

  

系统总体控制流程.png  

图 7 系统总体控制流程

  4 控制系统软件设计架构

  为了使PAC 完成混凝土搅拌站整个生产过程的现场控制功能,PAC 需要采集各秤的重量信号及其它传感器和行程开关提供的开关量信号,并对此进行处理后,输出对电磁阀、电动机等各执行机构的控制信号,具体实施如下:碎石料斗秤、沙料斗秤等由称重传感器感应的信号分别经称重变送器进入PAC。各秤斗称量时,达到设定值时停止给料。根据系统的控制要求,控制过程分为手动和自动两种模式。如图6、图7、图8所示。输入电流信号通过LIN_TRAFO功能块转化为物料的实际重量并作为系统判断依据。

  

系统组态界面设计.png

  图 8 系统组态界面设计

  

       5 基于PAC混凝土搅拌站控制系统优势

  基于PAC的混凝土搅拌站管控系统有着强大的远程数据采集能力,PAC支持多种网络通讯协议且相比传统PLC通讯能力更强,支持OPC_UA系统集成,强大的通讯能力让PAC更适合数据交互大的应用场景,可以与工厂的MES、ERP系统轻易集成,为混凝土生产系统数字化集成打下了坚实基础。PAC强大的设备接入与系统集成能力能够使能混凝土搅拌站智能化,可助力生产方实现设备智能预警与诊断、实时数据

  

混凝土搅拌站数字化管控系统.png

  图 9 混凝土搅拌站数字化管控系统

  采集与传输、远程集中监控、设备管理与运维等IIOT智能服务。坚实的现场层赋予了混凝土搅拌站集群系统强大的在线资源智能配置与调度能力。如用户需要混凝土时,可在线申请预定,混凝土工作站则据目标申请进行资源分配和生产供给。以实现按需定时生产和供给,提高混凝土生产的实效维护与生产使用周期保障,这对混凝土的供应的提质增效有着重要的作用,如图9所示。

  6 结语

  工业+互联网是时代发展的走向,它的根本是通过信息技术实现传统产业升级实现生产的提质降本增效。工业互联网是实现工业数字化的高效方法和途径,但数字化不是目的,而是通过数字化实现智能,从设备点的智能到全局生产系统的智能。工业互联网的核心是数据,在此场景下,人、产品、系统、资产和机器之间建立了实时的、多角度的通讯和数据共享。建设工业互联网系统所面临的挑战是现场层设备的数据采集与接入以及系统集成能力,而新一代控制器PAC正是为了实现这种需求而产生,即通过PAC建立起现场层设备强大的数字化系统接入与集成能力,如图10所示。

通过PAC建立起现场层设备强大的数字化系统接入与集成能力.png 

图 10

标签: 禾川股份PLC

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