混凝土搅拌站(楼)控制系统选型原则

混凝土搅拌站（楼）控制系统选型第五节 混凝土搅拌站电气控制系统一、混凝土搅拌站（楼）控制系统的现状个发展1 进口控制系统发展状况介绍2 国内主流的搅拌站控制系统介绍3 各种控制模式的性能比较二、搅拌站电气系统培训案例（以可编程控制器为中心的计算机控制系统）（一）、搅拌站电气系统（二）、搅拌站电气系统硬件（三）、搅拌站软件（四）、搅拌站电气系统的功能及系统操作（五）、搅拌站计算机监控及管理系统（六）、搅拌站调试一、混凝土搅拌站（楼）控制系统的现状个发展我们国家从1978年开始研究商品混凝土技术，到1987年商品混凝土技术通过原国家建设部技术鉴定，并确定在全国大力推广商品混凝土，到如今已有30多年的发展历程了。伴随着商品混凝土行业的发展，商品混凝土的技术也在不断发展和完善，其中搅拌站的自动控制系统最为显著。从90年代以前，由进口设备自动控制系统一统天下的局面，到1994年我国首次研究成功混凝土计算机自动控制系统后，现在进口控制系统在国内只有寥寥无几的现状，说明国内在这一方面的发展是多么迅猛。但是我们在埋头苦干的同时，也应该举目远眺看看国际上搅拌站的自动控制系统发展得怎样，以便取长补短，把我们的事业做到更好，更完善。1 进口控制系统发展状况介绍1.1上世纪八十年代进口搅拌站的自动控制系统图一 上世纪八十年代进口的板卡式自动控制系统图一是上世纪八十年代自动化程度比较高的系统，主要是通过电子电路组成的板卡，再由单板机进行自动控制，这是计算机控制的最初模式。备注1：单板机，将微型计算机的整个功能体系电路（CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路）全部组装在一块印制电路板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。功能比单片机强，适于进行生产过程的控制。单片机就是一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。单片机由于体积小，成本低等特点，大量用于生活设备现代化中。像日常生活中的智能电器，汽车等。备注2：板卡是一种印制电路板，简称PCB板，制作时带有插芯，可以插入计算机的主电路板（主板）的插槽中，用来控制硬件的运行，比如显示器、采集卡等设备，安装驱动程序后，即可实现相应的硬件功能。1.2上世纪九十年代初期进口搅拌站的自动控制系统图二 上世纪90年代初期以计算机为中心的板卡式自动控制系统图二是当时比较典型的自动控制系统，从图中可以看出，称量传感器通过放大器放大后，由仪表显示，仪表给出标准电压或电流信号给计算机的模数转换板卡，计算机根据板卡的信号设定值，和来自数字量板卡的输入信号发出控制指令，最后通过数字量板卡输出端来控制现场控制对象。备注3：A、称重显示器，是电子衡器中显示被称物的质量和称量状态的仪表。它称量速度慢，功能单一，准确度低，现已基本被淘汰。现用称重显示器为数字显示式。工作原理：数显器接受处理的是称重传感器输出的电信号。电信号有模拟量也有数字量，最常见的是几至几十毫伏的模拟电压。激励电源供给称重传感器工作电源，同时供给A/D（模/数）转换单元基准电压，其稳定度一般在 0.1%以上。放大单元通常采用测量放大器结构，接受、放大称重传感器的信号。放大倍数一般为数百倍。滤波单元滤掉从机外混入的和放大器自身产生的电噪声。A/D转换单元把模拟量转换成数字量，转换位数通常取二进制数14位以上。数据处理单元是以微处理器为核心，使用外围支持芯片组成的，它在程序的控制下完成采集数据、运算、存贮等一系列操作，处理结果送到相应接口上。显示单元以数字、文字或图表等形式显示出称量值和称量状态，并可通过接口与外部设备联络。称重显示器B、称重显示控制器（称重仪表，称重显示控制仪表），称重仪表仪表也叫称重显示控制仪表，是将称重传感器信号（或再通过重量变送器）转换为重量数字显示，并可对重量数据进行储存、统计、打印的电子设备，常用于工农业生产中的自动化配料、称重，以提高生产效率。总的来说就是比称重显示器多了自动控制和数据处理功能。皮带秤仪表（又名皮带秤控制器）JY500B1皮带秤仪表是专门针对皮带称设计的一种高精度，高可靠性，高性能控制仪表。具有高可靠性，控制算法先进，操作简单，适应能力强等特点。是设计专用于各种散状、粉状物料的给料，在给料过程中对其物料进行连续动态称量、累计和流量控制，专门用于皮带秤、定量给料机、配料秤、失重秤、螺旋秤的计量控制仪表。该称重给料仪表适合定量给料机、配料皮带称、电子计量皮带称，皮带速度检测装置等。具有信号采集、误差校正、状态判断、数据处理、运行显示、PID 调节、DCS 通讯等多种功能。采用全数字与参数输入设置方式，系统具有实物标定和模拟标定功能。数据存储采用了FLASH方式，系统掉电时能自动保存各种过程数据，重新上电后，系统保持在原来的过程参数上运行，使用 DCS可实现远程控制操作，仪表运用了高可靠的器件，同时与先进的抗干扰技术相结合，对静电、火 花、电磁干扰等有极高的抵抗能力。皮带秤仪表（皮带秤控制器）C、称重显示器发展趋势1、加大科技投入，加强基础研究；在计量称重控制领域中，目前已经广泛采用新技术，如：控制数学模型的建立、系统理论、模糊理论、人工智能、神经网络、数字滤波、振动理论、阻尼技术、自诊断与自适应技术等。2、研制开发具有自主知识产权的称重显示控制器，走内引外联发展之路。称重显示控制器走模块化、智能化发展的路子，采用可靠性高的PLC及集成化芯片（模块）作为控制仪表硬件。关键的控制思想、控制策略、技术标准等（软件）由设备生产制造厂家提出，采用OEM（集成制造）技术与专业称重仪表厂家合作，在生产技术、称重显示器工艺等方面有新的突破。可以借鉴国外同行的经验，有的公司，往往自己并不生产控制仪表，而仅仅提供方案、设计思想、软件，而具体称重显示器制造（硬件）则交与专业称重显示器生产厂家制造，发挥各自的优势3、统一产品标准。研发具有功能多样化，特别是具有总线功能的新产品。D、放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。1.3上世纪九十年代中后期进口搅拌站的自动控制系统图三、上世纪九十年代中后期以计算机为中心的自动控制系统系统不用数字量输入输出板卡，而是直接通过PLC（可编程逻辑控制器）的专用总线连接PLC，这一进步为以后真正的工业控制总线结构打下基础。1.4 2000年初期进口搅拌站的自动控制系统图四、2000年初期进口搅拌站的自动控制系统从图四可以看出，计算机控制系统和PLC的通讯完全是用profibus工业控制总线，使系统的可靠性和稳定性得到根本的改善，由于在称重信号处理方面还没有使用profibus工业控制总线，因此可称之为准工业控制总线的计算机控制系统，这是一种自动控制模式和自动控制理念上的进步。1.5现在进口的搅拌站自动控制系统图五、工业控制总线结构的计算机自动控制系统图六、工业控制总线结构的计算机自动控制系统从图五可以看出现场的输入输出数字信号和称重的模拟信号全部通过WAGO可编程控制器，可编程控制器和计算机系统的通讯完全是用profibus工业控制总线实现；图六是采用总线分布式模式，现场按需要设计几个分控制柜，在分控制柜直接安装了WAGO可编程控制器和控制电器，现场的输入输出设备直接接到分控制柜，分控制柜和主控制室只要连接一对通信电缆和三相电源就行了，由于电线连接所产生的故障问题基本上没有了，维护修理也更方便了。2 国内主流的搅拌站控制系统介绍2.1 以计算机为中心的板卡式控制系统（众多厂家仍在使用）图七、以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）图七的形式是典型的板卡式控制模式，数字量的输入输出通过板卡实现，模拟量的信号处理是采用放大器，称量控制是由放大器通过模数转换板卡使称量信号进入计算机使称量信号进入计算机，由计算机通过输出板卡进行控制。这种控制方式称之为一计算机为中心的自动控制系统，即集中控制系统。这种控制方式的优点是控制方式灵活，成本低，目前在国内使用相当普遍。这种控制方式无仪表、无PLC，将控制任务全部集中在工控机中，自动操作由工控机程序完成，手动操作通过点击操作台按钮完成，工控机除完成管理功能之外，还参与生产控制的全过程。工控机扩展槽中插有各种板卡，实现模拟量数据采集、开关量输入、输出控制，输出信号能直接驱动24V中间继电器。以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）原理图这种控制方式的指挥与控制中心均为工控机，中间继电器、电磁阀、电机接触器等为执行中心。控制原理见上图以计算机为中心的板卡式自动控制系统（工控机+智能板卡）控制流分析控制流方向控制流意义1单向工控机输出板卡控制中间继电器运行2单向中间继电器控制电磁阀、电机接触器运行3单向模拟信号放大板采集称重传感器信号，进行信号放大4单向工控机AD卡采集模似信号放大板放大后的信号进行数据处理5单向工控机输入板卡采集外部限位开关信号，如搅拌机门、各秤门信号等进行逻辑判优点：因所有控制全部在工控机中完成，不与外部设备通讯，排除了通讯的不稳定因素，数据采集、存储、报表处理全部由工控机完成，程序协调性较好。控制流相对简单且都为单方向，所有中间继电器全部受工控机输出板卡控制，配线相对简单。2.2 以可编程控制器为中心的计算机自动控制模式图八、以仪表+PLC为中心的自动控制系统图九、以仪表+PLC为中心的自动控制系统图八、图九是目前常用的两种自动控制模式，主要特点是在任务单和配比选好后，计算机提前把称量所需的各种控制参数输入到电子仪表，在生产中都由可编程控制器根据电子仪表给出的控制指令进行控制，计算机在生产中作为上位机使用，也就是把需要统计的数据进行记录和管理。所以称之为“仪表+PLC为中心的计算机自动控制系统”。其优点是：工作稳定，抗干扰性能强，称量半自动控制系统功能。图十、以PLC为中心的自动控制系统图十一、以PLC为中心的放大器式自动控制系统图十、图十一是另两种常用的控制模式。数字量的输入输出通过PLC，模拟量的信号处理采用智能称重仪表，再从智能称重仪表中取出与重量对应的标准信号进入PLC的AD模块参与称量控制，还有一路进入计算机进行显示和数据库存储，生产中计算机主要作为上位机使用，其作用有两个：一是在生产前根据配合比，把各种参数输入到PLC；二是生产中记录称量的实际值，给出各种统计表格。这种系统是以PLC为中心的计算机自动控制系统。图十和图十一不同的地方是图十的系统使用专用的称重仪表，图十一的系统使用放大器解决称重传感器来的信号。（一种典型的以PLC为中心的自动控制系统）：工控机+智能配料仪表+可编程控制器控制方式工控机即工业控制计算机，在控制结构中称为上位机。工控机主要完成两个任务，第一个任务是对整个生产进程的监视和控制。监视功能就是通过与PLC以及称重终端的通讯，将现场的情况和称重的数据进行采集后通过动画模拟等直观的手段显示出来。控制功能就是将各种控制参数和指令发送给称重终端仪表和PLC，来对生产的过程进行控制；另一个任务是记录配料数据、客户资料等信息，最后形成各种生产报表资料，出货单的打印也由其来完成。这种控制系统被称为分布式集散控制系统。可编程控制器（PLC）在控制系统中又称下位机。PLC采集来自现场的各种信号，并根据操作人员通过控制面板和上位计算机发出的指令，来控制各种执行元件如电机、电磁阀等去执行生产进程所需要的各种动作，完成生产任务。以PLC为中心（工控机+智能配料仪表+可编程控制器）的自动控制系统结构图工作原理：重量信号通过高精度的传感器转换后送入称重终端仪表进行处理。工业控制计算机通过串口分别和每个称重终端进行双向通讯，向每个终端传送配方、落差等参数，并从每个终端读取称重量的实时数据，在控制界面中显示出来。信号输入系统包括现场各种状态信号的采集和输入，还包括控制台（操作面板）按钮指令等。动力驱动系统包括电动机和电磁阀的执行元件以及驱动这些元件的器件。以PLC为中心（工控机+智能配料仪表+可编程控制器）的自动控制系统原理图这种控制方式为1个指挥中心工控机，2个控制中心仪表与PLC，仪表完成配料控制，PLC完成除配料以外的其它控制，中间继电器、电磁阀、电机接触器等为执行中心。以PLC为中心（工控机+智能配料仪表+PLC）的自动控制系统控制流分析控制流方向控制流意义1双向工控机向仪表写入配方及参数等数据；工控机读取仪表配料数据及生产参数。2双向、工控机向PLC写入参数、发出启动生产信号；、工控机读取PLC运行状态点，动画显示及报警提示。3双向PLC向仪表发出启动及停止信号，控制仪表运行；PLC读取仪表状态点（如备妥、称满等信号）进行逻辑判。4单向仪表输出点控制配料中间继电器运行5单向PLC输出点控制除配料之外的中间继电器运行6单向中间继电器控制电磁阀、电机接触器运行7单向仪表采集称重传感器信号，进行放大、转换成重量显示8单向PLC采集外部限位开关信号，如搅拌机门、各秤门信号等进行逻辑判优点：有配料、显示仪表，在工控机发生故障的情况下可通过显示仪表与操作台按钮手动完成生产控制过程，系统稳定性相对较好；PLC只完成开关量控制，配料过程全部由仪表完成，程序编写相对简单，对技术人员的要求相对较低。缺点：从控制原理图分析，其控制流流向复杂，即意味其电气控制复杂、接线较多，中间继电器有的受仪表控制，有的受PLC控制，用户在维护维修时排除故障相对较难，对维护维修人员素质要求较高。除PLC外，每块仪表都要与工控机通讯，每块仪表的地址及通讯速率都要设置正确。采用RS232方式通讯，则每块仪表需要一个独立的串行口与工控机一对一的方式通讯，需要扩展工控机串行端口，一旦工控机系统损坏重装后，还需要安装扩展串行口驱动程序，仪表才能正常通讯，维护工作量较大，且对用户水平要求较高。另外，该方案配料控制由仪表程序完成，工控机与PLC发出配料信号之后便将配料控制权转交给仪表，其间工控机只能采集仪表数据，不能再对仪表进行任何操作，程序协调性、灵活性较差。（一种典型的以PLC为中心的自动控制系统）：工控机+PLC+触摸屏控制方式工控机+触摸屏+PLC控制自动控制系统原理这种控制方式将控制任务分成两部分，工控机、PLC各完成其中一部分，工控机主要负责将生产任务下达到PLC及配方管理、采集PLC配料数据存储管理、采集PLC状态点动画显示及报警提示、打印报表； PLC负责控制配料及生产动作全过程，传感器返回信号通过模拟信号放大板放大后进入PLC模拟量模块，程序处理后转换为重量显示；接受工控机输入的配方数据与启动信号、外部开关量输入的限位开关信号、设备运行信号，经逻辑判断控制生产运行。控制原理见上图触摸屏和工控机的称重显示数据统一来自PLC，工控机作为主控，触摸屏作为辅控，在上位机故障的情况下，触摸屏可取代上位机来完成全自动生产功能，一机双控，同步显示，进一步提高稳定性。触摸屏监控器是新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品，适于在恶劣的工业环境中应用，可代替工控机作为人机界面，具有交互性好、可靠性高、编程简单、与PLC连接简便等特点。触摸屏的主要作用有：取代仪表，实时读取PLC内数据显示各秤重量；仪表的显示功能由触摸屏完成；方便手动操作；触摸按钮可产生相应的开关信号，控制系统或设备的运行，完成手动操作及辅助仓振秤振动功能；能设定配方、生产参数，并带有模拟运行图，在上位机故障的情况下启动全自动生产。工控机+触摸屏+PLC控制自动控制系统控制流分析控制流方向控制流意义1双向工控机向PLC写入配方及参数等数据；工控机读取PLC配料数据及生产参数、运行状态点、秤上重量、动画显示及报警提示。2双向触摸屏向PLC写入配方、发出启动生产信号；触摸屏读取PLC运行状态点，秤上重量及动画显示。3单向PLC输出点控制中间继电器运行4单向中间继电器控制电磁阀、电机接触器运行5单向放大板采集称重传感器信号，进行放大、转换成重量显示6单向PLC采集模似信号放大板放大后的信号进行数据处理7单向PLC采集外部限位开关信号，如搅拌机门、各秤门信号等进行逻辑判断工控机+触摸屏+PLC控制自动控制系统优点：从控制原理图分析，控制流相对简单、思路清晰；触摸屏取代外挂仪表实现数据显示功能，同时减少中间沟通环节，触摸屏模拟按钮取代操作台按钮，所有手动控制部分均可在触摸屏上完成，通过通讯电缆与PLC交换数据，大大简化系统配线，减轻日常维护工作量；控制与配料同在PLC内完成，程序的内部协调性好，生产过程中可以随时加水减水；PLC为生产的控制中心，由于PLC的稳定性远远高于工控机，不会出现系统瘫痪、病毒感染等问题，基本上是免维护的；触摸屏为辅控，工控机为主控，二者同时与PLC交换数据，双机双控、同步显示，大大提高了系统稳定性。缺点：PLC要有2个通讯端口才能分别与工控机与触摸屏同时通讯，且RS232的通讯距离有限，超过15m时会造成通讯速度缓慢、通讯状态不稳定的现象，故工控机、触摸屏与PLC的距离不可太远。2.3 准工业控制总线的计算机自动控制模式图十二、准工业控制总线自动控制系统图十二是近年使用的较多的控制系统。数字量的输入输出均通过中间继电器隔离再与PLC连接，模拟量信号的处理是采用智能称重仪表，再从仪表中直接取出与重量对应的数字信号进入计算机，计算机对PLC的控制是通过可编程控制器的的专用工业控制总线进行控制。这种控制方式可称之为准工业控制总线计算机自动控制模式（相当于2000年初进口系统的控制模式）。这种控制模式的优点是控制灵活，反应速度快，稳定性好，抗干扰能力强，缺点是专用的总线成本比较高。2.4工业控制总线结构的计算机自动控制系统（一种国产产品）CAN总线技术（传输的信号为数字信号）的控制系统具有通信可靠、抗干扰性好和传输距离远的特点，提高了系统的可靠性、实时性和抗干扰性以及灵活性。CAN总线的混凝土搅拌控制系统采用两级分布式结构，由工控机和各智能节点组成。工控机上运行的监控软件采用力控组态软件开发，可完全实现系统的管理、监控功能，并且能够进行故障的检验和诊断。2.4.1控制系统原理2.4.1.1、控制系统总体结构图十三、CAN现场总线控制系统总体结构图现场总线技术是将单个分散的现场智能化测控设备作为网络节点，用总线连接，实现信息的交换。它为分布式控制系统各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。采用现场总线技术的混凝土搅拌站控制系统为两级分布式监控系统，取消了，由工控机和各智能节点组成。配料控制器、智能开关量模块作为现场总线系统的智能节点，系统总体结构图如图十三所示。工控机作为上位机，用于对整个生产过程进行监控管理，接收现场采集数据、发出控制信号和报警提示，完成配方管理以及生产数据的显示、存储、打印。各个智能节点负责现场输入、输出测控点的数据采集、控制及通信功能，从而可以保证系统在某一个现场单元或某一现场测控点出现故障时不出现失控。智能节点采用智能化的测控模块，现场发生故障时维修人员可以方便、快速地更换零件，而不影响正常的生产。所用的种粗骨料共用一台配料控制器，两种水泥共用一台配料控制器。整个系统有模拟量输入点个，开关量输入点个，开关量输出点个。2.4.1.2、生产流程混凝土搅拌站由贮料系统、配料系统、输送系统、搅拌系统、卸料系统和控制系统组成。生产流程为：（）用户从监控软件界面中输入本次搅拌作业的混凝土配合比以及其他工作参数，工控机给各配料控制器发送物料的配料值和配料指令。（）物料采用独立称量、重量计量方式。由各自配料控制器发送信号打开骨料、砂料仓门，启动砂仓振动器，将骨料、砂料投入计量斗称量；开启水泥仓、粉煤灰仓和粉料外加剂仓的螺旋上料机，打开水、水剂外加剂配给阀，进行水泥、粉煤灰、粉料外加剂和水、水剂外加剂的称量。（）称量过程分粗称和精称两个阶段，由配料控制器控制，达到配料值的时慢速加料称量。称量完毕，各配料控制器发送信号关闭砂仓振动器、骨料砂料仓门，关闭或停止水泥仓、粉煤灰仓、粉料外加剂仓螺旋上料机以及水和水剂外加剂配给阀。对骨料和石料，由工控机发信号开启各计量斗门，将骨料砂料投入皮带输送机，启动平、斜皮带电机，将骨料砂料运送至集料斗。（）配料完毕，配料控制器发送信号给工控机，工控机发指令给开关量输出模块，发送信号到中间继电器驱动气缸依次打开计量斗、集料斗门，将物料送入搅拌机中。（）搅拌机根据事先设定的搅拌时间进行搅拌，完成后工控机发指令给开关量输出模块，打开卸料门卸料。（）为了提高生产效率，搅拌的同时进行下一生产循环的称量。2.4.2 控制系统组成2.4.2.1 CAN总线技术是应用最广泛的现场总线之一。是一种多主方式的串行通讯总线，网络上任意一个节点均可以在任意时刻向网络上其它节点发送信息，通讯方式灵活。可提供高达的数据传输速率。网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，各节点之间的数据通信实时性强，提高了系统的可靠性和灵活性。发送的数据遭破坏后可以自动重发。数据采用短帧结构，传输时间短、受干扰的概率低、重新发送的时间短。总线节点若出现严重错误，可自动切断它与总线的联系，使总线上其它操作不受影响。本系统采用总线式拓扑结构，如图十四所示。节点间通过屏蔽双绞线连接成总线网络，总线两端需要两个的终端电阻，以匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰性及可靠性。图十四、CAN总线拓扑结构2.4.2.2 智能配料控制器选用带有总线接口的智能配料控制器，由信号调理电路、位转换器、微处理器、存储器、控制器、收发器、开关量输出接口等组成，如图所示。图十五、智能配料器组成配料控制器通过总线接受来自工控机的配料指令后，输出控制信号开启物料仓门或振动器、上料机、配给阀；将来自称重传感器的模拟信号进行信号调理后经转换器转换为数字量，再由微处理器计算出具体称重值；通过总线传送称重值到工控机以动态显示配料过程；比较当前称重值与配料值，达到配料值后，输出控制信号关闭物料仓门或振动器、上料机、配给阀。配料控制器能自动完成秤的清零去皮操作，具有落差自动补偿、过冲量自动测定和修正、故障报警等多种功能，可手动设置各项功能。2.4.2.3 CAN总线智能开关量I/O模块选用研华系列，包括基座、两个开关量输入模块和两个继电器输出模块。模块由控制器、收发器、微处理器、存储器、开关量输入或输出接口和信号调理电路组成，且带有软硬件自检和看门狗功能。搅拌站的生产流程有严格的时序性要求，为了保证动作执行的正确性，需要监控相关限位开关和执行机构的状态。开关量输入模块将现场物料计量、物料仓门、计量斗门、集料斗门、卸料门限位开关状态和搅拌机运行情况经信号调理电路转换为数字信息，通过总线传送到工控机，便于监控。控制参数由开关量输出模块输出到中间继电器，驱动执行机构控制物料仓门、各计量斗门、集料斗门、卸料斗门开启和延时关闭，并控制搅拌机运行。2.4.2.4 工控机采用研华工控机，基本配置为机箱、内存、硬盘、槽底板。搭配通信卡，通过总线和各节点通信。2.4.2.5 CAN总线通讯卡CAN总线是一种串行数据通讯协议，在CAN总线通讯接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可以完成对通讯数据成帧处理；CAN总线是一种全数字通讯，信号在通讯电缆传送过程中存在反射，所以，在信号线两端应该有两个12匹配电阻，两个匹配电阻都通过跳线进行设置，其中之一是通过CAN通讯卡上的跳线进行设置，另一个通过最远端的那个配料仪表上的跳线进行设置。选用研华双通道卡。有通用的接口，是用于总线与之间连接的通信卡。通过内置的控制器，以自动重发功能实现总线仲裁和差错检测功能，极大地降低了数据丢失几率，保证了系统可靠性。2.4.3 监控系统软件2.4.3.1 监控软件工控机上运行的监控软件采用力控组态软件开发。监控软件启动后，自动完成对通信卡和各节点的初始化工作。初始化完成后，进入监控系统，在主菜单中进入监控画面并对作业参数进行设置。系统运行时，配料控制器将物料当前称重值传送到工控机显示，开关量输入模块向工控机发送各种状态信息，工控机向各节点发送相应控制命令。通过显示器输出实时信息，包括生产流程动态画面显示，分组控制显示、趋势显示、操作指示显示和报警信息显示等。系统具有管理功能，包括配方管理、生产过程管理，并完成生产过程数据的存储、查询、打印。能进行检测和故障诊断，对异常信号发出报警。系统运行界面如图十六所示。图十六、控制系统运行界面2.4.3.2 智能节点软件设计总线节点的软件设计主要包括总线通信模块、模拟量采样处理模块、开关量处理模块、状态控制模块的设计。其中总线通信模块包括大部分：节点初始化、报文发送和报文接收。力控组态软件没有该配料控制器的驱动程序，只能通过力控驱动程序接口开发工具和自己开发。依次建立设备描述文件、设备组态接口和点组态接口，最后创建通讯接口。根据配料控制器提供的与上位机通信的指令和通信协议，编写库中的设备初始化以及报文数据读、写等导出函数，以供组态软件调用。组态软件已提供研华系列的驱动程序，只需要对开关量输入输出处理过程编程。力控组态软件的控制策略生成器提供了各种控制功能模块，根据生产流程，选择合适的功能块组态，经编译、调试后下装到主单元。2.4.3.3 软件抗干扰措施为保证系统稳定运行，系统采取了如下几项重要的措施：（）采用非破坏性的总线仲裁，避免了各通信设备争用总线而导致通信失败和数据丢失。（）采用校验方式（CRC即循环冗余效验码，Cyclic redundancy check，是数据通讯领域中最常用的一种差错校验码），使通信系统具有强有力的错误侦测和纠正功能。（）采用“（看门狗）”技术，保证系统运行中出现如死机等异常情况后，能自动复位。（）软件中使用了数字滤波技术。2.4.4 结论 由于现场总线以多主方式工作，在数据通信方面具有较强的纠错能力和较远的传输距离，采用现场总线技术的混凝土搅拌站控制系统具有较高的可靠性、实时性。系统由工控机和智能节点组成，接线简单，为安装调试和设备维护带来了方便。监控软件采用组态软件开发完成，功能强大、界面友好、操作方便和运行稳定。因此，采用CAN总线的控制系统将是混凝土搅拌站控制系统的必然趋势。备注5：PCI是英特尔公司推出的局部总线标准，实际应用中简称为PCI（Peripheral Component Interconnect），是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准。一般PCI设备可分为以下两种形式：、直接布放在主板的集成电路，在PCI规范中称作“平面设备（planar device）”；、安装在插槽上的扩展卡。PCI总线概述：、PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的，支持即插即用（plug and play）、中断共享等功能。分时复用的好处是一方面可以节省接插件的引脚数，另一方面便于实现突发数据传输。、PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能（适合为显卡，声卡，网卡，MODEM等设备提供连接接口，工作频率为33MHz/66MHz）。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。、数据传输时，由一个PCI设备做发起者（主控、Initiator或Master），而另一个PCI设备做目标（从设备、Target或Slave）。总线上所有时序的产生与控制都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输。这就要求有一个仲裁机构来决定谁有权拿到总线的主控权。、目前广泛采用的是32bit、33MHz（频率）或者32bit、66MHz（频率）的PCI 总线，传输带宽可达到132MB/s（33MHZ*32bit/8）或264MB/s（66MHZ*32bit/8）；对于普通的声卡、百兆网卡、Modem卡等扩展设备一般使用的是132MB/s的传输速率，这种设备的金手指特征一般是与PCI插槽对应（长-短），而对于部分PCI显卡、千兆网卡、磁盘阵列卡、USB2.0或者火线卡等需要较高带宽的PCI设备一般可以使用264MB/s的带宽，这种设备的特征是金手指一般是三段式（短-长-短）。、PCI总线系统要求有一个PCI控制卡，它必须安装在一个PCI插槽内。这种插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型，在当前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有56个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有23个PCI插槽。根据实现方式不同，PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据，它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。PCI允许多路复用技术，即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上.PCI结构总线优缺点：优点：总线结构简单、成本低、设计简单。缺点也比较明显，并行总线无法连接太多设备，总线扩展性比较差，线间干扰将导致系统无法正常工作；当连接多个设备时，总线有效带宽将大幅降低，传输速率变慢；为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰，需要减少总线带宽，或者地址总线和数据总线采用复用方式设计，这样降低了带宽利用率。 PCI Express总线是为将来的计算机和通讯平台定义的一种高性能，通用I/O互连总线。IPC（进程间通信）：IPC（Inter-Process Communication，进程间通讯）IPC（Instruction per Clock 及CPU每一时钟周期内所执行的指令多少）IPC代表了一款处理器的设计构架，一旦该处理器设计完成之后，IPC值就不会再改变。IPC值的高低起到了决定性作用，二频率似乎不再高于一切。IPC（Instruction per Clock）实际上是频率和IPC在真正影响CPU性能。准确的CPU性能判断标准应该是：CPU性能=IPC(CPU每一时钟周期内所执行的指令多少)频率(MHz时钟速度)。IPC工业个人计算机IPC即工业个人计算机（Industrial personal computer-IPC）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。IPC即工业个人计算机的技术特点：1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。6、具有自诊断功能。7、可视需要选配I/O模板。8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。IPC的主要结构：1、全钢机箱IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。2、无源底板无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。3、工业电源为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。4、CPU卡IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A。5、其他配件：IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。IPC间进程通信IPC(Inter-Process Communication)是共享“命名管道”的资源，它是为了让进程间通信而开放的命名管道，通过提供可信任的用户名和口令，连接双方可以建立安全的通道并以此通道进行加密数据的交换，从而实现对远程计算机的访问。IPC是NT/2000的一项新功能，它有一个特点，即在同一时间内，两个IP之间只允许建立一个连接。NT/2000在提供了ipc功能的同时，在初次安装系统时还打开了默认共享，即所有的逻辑共享(c,d,e)和系统目录winnt或windows(admin)共享。所有的这些，微软的初衷都是为了方便管理员的管理，但在有意无意中，导致了系统安全性的降低。IPC（inter-process communication）网略交流备注6：组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的社会性特点：、组态软件可以理解为“组态式监控软件”。“组态（Configure）”的含义是“配置”、 “设定”、 “设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。、组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如：DCS(集散控制系统）组态、PLC（可编程控制器）梯形图组态；人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。、组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。组态软件（通用组态软件）技术特点：组态（Configuration）为模块化任意组合。延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级； 封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； 通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。组态软件的功能：组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。组态软件通常有以下几方面的功能：（1）强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。（2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬仵设各。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。(3) 丰富的功能模块。提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线、实时曲线、提侠报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既可适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统（4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散童、字符型等，实现与外部设备的数据交换。（5）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行。（7）仿真功能捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。备注7：看门狗技术：看门狗技术是一种计算机程序监视技术，防止程序由于干扰等原因而进入死循环，一般用于计算机控制系统。原理：是不断监测程序循环运行的时间，一旦发现程序运行时间超过循环设定的时间，就认为系统已陷入死循环，然后强迫程序返回到已安排了出错处理程序的入口地处，使系统回到正常运行。它可用软件或硬件方法实现。备注8：数字滤波技术：数字滤波技术是指在软件中对采集到的数据进行电磁兼容消除干扰的处理。一般来说，除了在硬件中对信号采取抗干扰措施之外，还要在软件中进行数字滤波的处理，以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数据能够真实的反映现场的工艺实际情况。常用的数字滤波技术分类：、死区处理；、算术平均值；、中值滤波法；、低通滤波法；、滑动滤波法；在实际使用时，应综合运用上述方法，根据现场情况，灵活选用。2.5 基于CAN现场总线的混凝土搅拌站称量控制采用CAN 总线的新型称重显示控制终端的搅拌站控制系统见图2。CAN 总线技术是国际上前沿的现场总线技术，它布线简单，只需两根双绞线就可连接多个传输节点，节点增删灵活，传输距离长，抗干扰能力强，在工业现场运用极其广泛。由图2可以看到，其布线大为简化，只需要一根4 芯CAN总线电缆就可实现显示控制模块，传感器数据采集模块以及工控机之间的相互通信。同时由于CAN 总线采用了数字传输方式，解决了搅拌站控制系统中模拟信号远距离传输干扰串入和信号衰减问题。2.5.1 新型的称重仪表硬件构成及工作原理新型的称重仪表采用CAN总线的新型称重显示控制器( 图3)由显示控制模块和传感器数据采集模块组成，模块之间由CAN 总线连接，工作原理如图4 所示。传感器数据采集模块不断地采集传感器模拟电压信号，通过内部放大、A/D 转换变成数字信号，并将数字信号经过通信子模块传到CAN 总线上去，供CAN 总线上的对应的显示控制模块接收处理，完成称重显示控制器主要功能，满足搅拌站称量系统的需要。2.5.1.1基于CAN 接口的传感器数据采集模块原理传感器数据采集模块由信号采集处理子模块、通信子模块和电源电路组成，如图5 所示。信号采集处理采用TI 公司的MSC1210 单片机，MSC1210集成一个增强型的8051 内核、具有可编程增益( 1128 倍) 放大器和8 路24 位高精度- 模数转换器( A/D)，可以容易地实现单片式低噪声高精度数据的采集。同时还具有温度传感器、32 kB FLASH 存储器、1.2 kB 的SRAM和32 位累加器，可串行或并行编程，达10 万次擦除/写操作，工作电压2.75.25 V，工作温度范围- 40+85。通信子模块由PHILIPS 公司的独立CAN 总线控制器SJA1000、高速光隔离收发器6N1