饒永康

【摘 要】混凝土攪拌站是建筑、橋梁、道路等眾多施工行業(yè)中必備的施工機(jī)械，是生產(chǎn)混凝土混合料的機(jī)電一體化大型設(shè)備，其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著混凝土的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。提高混凝土控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性，對(duì)于保障施工進(jìn)程，保證施工工程的質(zhì)量有著極為重要的意義。但目前我公司使用的混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)較為落后，存在著大量的問(wèn)題，提出將混凝土攪拌站控制系統(tǒng)改造為CAN總線控制系統(tǒng)的設(shè)想，并將CAN總線控制系統(tǒng)建設(shè)的各個(gè)方面進(jìn)行闡述，期許可以提高控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】混凝土攪拌站CAN總線；控制系統(tǒng)

1.公司現(xiàn)狀概述

目前，我公司有三條國(guó)產(chǎn)3m3攪拌站生產(chǎn)線，主要是將石、砂骨料、水泥、粉煤灰、外加劑、水等原料，按照一定的配合比例，進(jìn)行攪拌生產(chǎn)混凝土，年產(chǎn)量為150萬(wàn)立方米。但我公司三條國(guó)產(chǎn)3m3攪拌站生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)為IPC工控機(jī)與PLC可編程控制器結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)，在這種分布式控制系統(tǒng)中，IPC工控機(jī)為上位機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)控管理功能，下位機(jī)負(fù)責(zé)配料輸入與卸料生產(chǎn)流程的控制，PLC可編程控制器負(fù)責(zé)攪拌等回路流程控制，各個(gè)子系統(tǒng)單元之間，采用RS232/RS485為主要的串行通訊接口，但RS485型通訊接口只能構(gòu)成主從式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這也就造成了生產(chǎn)過(guò)程中傳輸效率低，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不能得到保證。

在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用為IPC工控機(jī)與PLC可編程控制器結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)，故障率較高，生產(chǎn)可靠性較差，嚴(yán)重的影響了混凝土攪拌的質(zhì)量和效率。如在施工階段出現(xiàn)混凝土供應(yīng)不及時(shí)，將會(huì)對(duì)工程質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。長(zhǎng)期下去，將會(huì)嚴(yán)重影響我公司的的形象，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失。

為了解決為IPC工控機(jī)與PLC可編程控制器結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)的設(shè)想，全面分析CAN總線控制系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并分析CAN總線控制系統(tǒng)建設(shè)的重要意義。

2.CAN總線控制系統(tǒng)建設(shè)的原理

2.1 CAN總線控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

CAN總線控制系統(tǒng)又名現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)控制系統(tǒng)，是將智能化測(cè)控設(shè)備分散于現(xiàn)場(chǎng)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使用總線將所有設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)信息之間的交換。CAN總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時(shí)性與可靠性。

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，CAN總線控制系統(tǒng)則會(huì)形成兩極分布式監(jiān)控系統(tǒng)，取消了PLC可編程控制器，將工控機(jī)與各智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，將智能開關(guān)量I/O模塊與配料控制器當(dāng)做CAN總線控制系統(tǒng)的智能節(jié)點(diǎn)，形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體。CAN總線控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)可以用下圖來(lái)表示：

在上圖CAN總線控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)中可以看出，上位機(jī)由工控機(jī)擔(dān)當(dāng)，負(fù)責(zé)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控管理，可以及時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并發(fā)出控制信號(hào)，完成報(bào)警提示，還可以對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示分析、儲(chǔ)存或打印，工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。其他職能節(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、控制和通信，保證整個(gè)系統(tǒng)某一個(gè)單元或控制點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)獲知并迅速處理，不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。智能化的測(cè)控模板，可以讓維修人員方便快捷的更換零件而不影響整體生產(chǎn)作業(yè)。

2.2生產(chǎn)流程

混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程的系統(tǒng)主要包括貯料系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)與卸料系統(tǒng)，當(dāng)然也包括控制系統(tǒng)。具體生產(chǎn)流程如下：

（1）從監(jiān)控軟件中輸入攪拌作業(yè)混凝土配合比及其他的作業(yè)參數(shù)，通過(guò)工控機(jī)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送物料配料值及配料指令。

（2）物料進(jìn)行獨(dú)立稱重、稱量。

（3）稱量過(guò)程中分粗稱階段與精稱兩個(gè)階段，由配料控制器進(jìn)行控制。

（4）在配料完成之后，配料控制器將完成信號(hào)發(fā)送給工控機(jī)，工控機(jī)對(duì)開關(guān)量輸出模塊發(fā)出指令，將物料放入攪拌機(jī)中。

（5）預(yù)設(shè)攪拌時(shí)間，完成后工控機(jī)給開關(guān)量輸出模塊發(fā)出指令，打開卸料門進(jìn)行卸料程序。

（6）在混凝土攪拌過(guò)程中，可進(jìn)入下一輪稱量。

3.CAN總線控制系統(tǒng)建設(shè)的組成部分

3.1 CAN總線技術(shù)

CAN屬于一種多主方式串行通訊總線技術(shù)，是應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。在整個(gè)系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，沒有時(shí)間上的限制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)通訊。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)通信能力的加強(qiáng)，提高了系統(tǒng)靈活性與可靠性。并且，在CAN總線技術(shù)中，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了故障，遭到破壞之后，還可以自動(dòng)重發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間很短，受到干擾的可能性較低。一旦總線節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，將會(huì)自動(dòng)與總線斷開聯(lián)系，保證總線上其他節(jié)點(diǎn)不受到影響，維護(hù)了整體系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

CAN采用的是總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖：

3.2智能配料控制器的組成

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，需要選擇帶有CAN總線接口的智能配料控制器，一般來(lái)說(shuō)，智能配料控制器由開關(guān)量輸出接口、CAN收發(fā)器、CAN控制器、存儲(chǔ)器、微處理器、信號(hào)調(diào)理器及24為A/D轉(zhuǎn)化器組成，其組成可以用下圖進(jìn)行表示：

智能配料控制器具有自動(dòng)完成稱清零去皮的操作程序，具有落差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程，還可以進(jìn)行故障報(bào)警，過(guò)沖量自動(dòng)測(cè)定及修正等功能。

3.3智能開關(guān)量I/O模塊

智能開關(guān)量I/O模塊是由CAN收發(fā)器、CAN控制器、存儲(chǔ)器、微處理器、開關(guān)量輸出接口、信號(hào)調(diào)理器與軟硬件自檢和看門狗組成。由于攪拌站的生產(chǎn)流程有著嚴(yán)格的時(shí)序性要求，為了保證攪拌流程的正確性，就需要進(jìn)行限位開關(guān)的監(jiān)控，智能開關(guān)量I/O模塊可以將整個(gè)流程中的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字通信，傳給工控機(jī)并進(jìn)行監(jiān)控，保證整個(gè)工作流程的有效運(yùn)行。

3.4工控機(jī)

工控機(jī)是由IPC610機(jī)箱、PIV2.8G CPU、14槽底板與40G內(nèi)存，需要搭配上CAN總線與節(jié)點(diǎn)通信卡。

3.5 CAN總線通信卡

選擇雙通道CAN總線通信卡，通過(guò)內(nèi)置CAN控制器進(jìn)行自動(dòng)重發(fā)功能或差錯(cuò)檢測(cè)功能，保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，降低數(shù)據(jù)丟失的可能性。

4.CAN總線控制系統(tǒng)軟件

為了保證CAN總線控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要有著對(duì)應(yīng)的CAN總線控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行輔助工作，其中主要的軟件包括監(jiān)控軟件、智能節(jié)點(diǎn)軟件。監(jiān)控軟件啟動(dòng)后，自動(dòng)完成對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)和CAN通信卡的初始化程序，并進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)界面，在主菜單中可以設(shè)置對(duì)作業(yè)參數(shù)監(jiān)控的設(shè)置，通過(guò)監(jiān)控顯示器輸出實(shí)時(shí)的生產(chǎn)流程現(xiàn)狀，監(jiān)控軟件還可以進(jìn)行故障診斷，對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。智能節(jié)點(diǎn)軟件包括CAN總線通信模板、開關(guān)量處理模板、模擬量采樣處理模板、狀態(tài)控制模板。

5.結(jié)語(yǔ)

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，可以讓數(shù)據(jù)傳輸更加具有安全性、可靠性、靈活性，讓系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。CAN總線控制系統(tǒng)，不僅僅避免了現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的缺陷，還提高了整體工作效率，完善了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力，有助于提高公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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