一种搅拌站智能控制系统的制作方法

本发明涉及一种智能控制系统，尤其涉及一种搅拌站智能控制系统。

背景技术：

混凝土搅拌站是用来集中搅拌混凝土的联合装置，又称混凝土预制场。由于它的机械化、自动化程度较高，所以生产率也很高，并能保证混凝土的质量和节省水泥，常用于混凝土工程量大、工期长、工地集中的大、中型水利、电力、桥梁等工程。混凝土搅拌站是由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料贮存系统、控制系统五大组成系统和其他附属设施组成的建筑材料制造设备，其工作的主要原理是以水泥为胶结材料，将砂石、石灰、煤渣等原料进行混合搅拌，最后制作成混凝土，作为墙体材料投入建设生产。混凝土搅拌站拥有良好的搅拌性能，设备采用螺旋式双卧轴强制式搅拌主机，不仅搅拌机能强，对于干硬性、塑性以及各种配比的混凝土均能达到良好的搅拌效果。且搅拌均匀，效率高。混凝土搅拌站不仅具有优良的搅拌主机，还具备各种精良配件，如螺旋输送机、计量传感器、气动元件等，这些部件保证了混凝土搅拌站在运转过程中高度的可靠性，精确的计量技能以及超长的使用寿命。同时，混凝土搅拌站各维修保养部位均设有走台或检梯，且具有足够的操纵空间，搅拌主机可配备高压自动清洗系统，具有功能缺油和超温自动报警功能，便于设备维修。

近年来，我国建筑行业蓬勃发展，混凝土的需求量也大大提升。随着用户对混凝土的质量要求越来越高．混凝土生产企业对搅拌站自动化控制和管理水平的要求也越来越高。因此，智能、高效、稳定可靠的混凝土搅拌站控制系统成为企业的迫切需要。然而，在稳定性和配料精度方面，我国搅拌站控制系统研究与发达国家相比依然存在很大的差距。传统模式中以单片机为核心的控制系统以及依靠经验对配料误差进行补偿的方法存在系统故障率高、配料误差大、生产效率低、人机界面操作不方便等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统模式中以单片机为核心的控制系统以及依靠经验对配料误差进行补偿的方法造成的系统故障率高、配料误差大、生产效率低、人机界面操作不方便等问，设计了一种搅拌站智能控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：搅拌站智能控制系统由硬件系统和软件系统组成。该系统以工控机和PLC为核心，运用模糊PID控制方法减少配料误差，同时利用WinCC组态监控软件设计了更加人性化的动态监控界面，最终实现了对搅拌站生产过程的智能自动化控制，提高了配料精度和生产效率。

所述的系统硬件主要由工控机和PLC组成，采用上位机和下位机相结合的控制方式把系统的控制任务划分为2大部分。

所述的工控机作为上位机主要完成混凝土配方的管理、配料数据的采集与存储、动态显示状态画面、提示报警信息以及报表的打印等。

所述的PLC作为下位机接收来自工控机发送的运动控制信号后执行生产过程中要求的各种动作如设备的启停、各种需要逻辑判断的复杂运动以及搅拌时间的控制等。

所述的软件设计主要包括人机界面设计、模糊PID控制设计和通信程序设计等部分。

所述的人机界面设计采用了西门子视窗控制中心SIMATICWinCC组态监控软件，通过该软件可以实现生产过程的监视、控制和管理。

所述的模糊PID控制设计是在设计合理的模糊控制器和模糊控制规则的基础上通过Madab，simulink对控制系统进行建模。

所述的WinCC与Madab两者之间的数据通讯通过DDE(动态数据交换)技术实现。

本发明的有益效果是：该搅拌站智能控制系统通过模糊PID控制减少了落差量对配料精度的影响，提高了配料精度及系统稳定性；通过OPC服务器软件成功实现上位机和下位机数据的实时通讯，提高了整个生产过程的可靠性；同时利用WinCC组态监控软件实现了监控画面的动态化，整个生产过程中所有功能均采用菜单或弹出式窗口操作，具有操作简单，界面美观，交互性强等优点。实际应用测试表明该系统在总体功能、配料精度、控制性能等方面完全达到了预期目标，具有很高的应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统结构原理图。

图2是模糊PID控制器结构图。

图3是Matlab与WinCC实现通讯的方法。

具体实施方式

如图1所示，搅拌站智能控制系统由硬件系统和软件系统组成。系统硬件主要由工控机和PLC组成，采用上位机和下位机相结合的控制方式把系统的控制任务划分为2大部分。其中工控机作为上位机主要完成混凝土配方的管理、配料数据的采集与存储、动态显示状态画面、提示报警信息以及报表的打印等：PLC作为下位机接收来自工控机发送的运动控制信号后执行生产过程中要求的各种动作如设备的启停、各种需要逻辑判断的复杂运动以及搅拌时间的控制等。这种典型的上下位机系统结构模式，提高了系统的运行速度和稳定性以及实时性，同时也具有一定的开放性．为后续的二次开发提供了可能。

该系统的软件设计主要包括人机界面设计、模糊PID控制设计和通信程序设计等部分。其中人机界面设计采用了西门子视窗控制中心SIMATICWinCC组态监控软件，通过该软件可以实现生产过程的监视、控制和管理；模糊PID控制设计是在设计合理的模糊控制器和模糊控制规则的基础上通过Madab，simulink对控制系统进行建模，采用DDE(动态数据交换)技术实现WinCC与Madab两者之间的数据通讯．从而将该复杂控制算法成功嵌入控制程序中，实现了系统更好地控制仓门的开度，提高了配料精度。

根据系统控制要求。系统人机界面主要包括用户登录界面、生产流程界面、配方管理界面、参数设置界面、报警记录界面、手动测试界面及报表管理界面等。其中在混凝土生产过程界面组态中，该系统利用WinCC中的“全局库”非常丰富的图形模块，依据混凝土的实际生产流程选择所需的料仓、料斗、螺旋输送机等图形对流程界面进行了组态，实现了监控画面的动态显示。在实际生产过程中，配方是进行配料控制的重要指标，在生产开始前，上位机的监控系统必须将配方下发到PLC，PLC根据配方控制配料生产。该系统配方管理能够提供多种不同生产配方．具有创建新配方及修改、删除已有配方等功能。

如图2所示，由于配料过程中．料门和称量斗之间有一定的高度差，而该落差值又是一个随机变量，无法通过建立精确的数学模型来控制这个变量，为了克服因落差引起的称量误差，提高配料精度，该系统以给料误差e和误差变化速率ec为输入量，以比例参数琊、积分参数墨、微分参数‰为输出量，构建了1个二维模糊控制器，采用模糊PID控制料门的开度，解决了落差量对配料精度的影响。

将给料误差e和误差变化速率ec的模糊语言描述为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大l，记作{NB，NM，NS，ZO，Ps，PM，PB)。定义误差e和误差变化速率ec的基本论域为[一600，600]，模糊论域为[一6，6]；K、K、局的模糊语言描述为(零，正小，正中，正大)，记作{zO，Ps，PM，PB)，模糊论域为[O，6]。在Matlab软件中运行fuzzy fuzzypid-fis仿真环境，双击相对应的图标来编辑输入变量和输出变量，得到各变量的隶属度函数曲线。然后根据隶属函数，将隶属度离散化．得到各变量的隶属度取值。最后根据模糊PID参数自整定原则及现场实际操作经验，总结出各变量的模糊控制规则表。

如图3所示，对于系统通讯程序的设计，当前应用最广泛的技术就是动态数据交换(DDE)技术。作为能够支持进程间的一种通讯机制，其应用程序根据功能不同可以分为服务器应用程序、客户应用程序、客户/服务器应用程序和监视器4种类型。当作用服务器应用程序时主要功能是相应请求；当作用客户应用程序时主要功能是发起对话请求进行数据交换。在该系统的通信程序设计中，客户端的角色有Matlab担当，服务器的角色由WinCC担当。为了实现两者之间的成功通讯，首先应对WinCC的DDE服务器应用程序DDEserv.exe程序进行相应的配置，具体操作过程为打开WinCC DDE服务器对话框，然后点击“变量列表”按钮选择需要进行通信交换数据的变量，选择好后系统会自动将所选变量复制到剪贴板上，供DDE通信使用。在Matlab中可以利用DDE客户端模块所提供的函数，采用温链方式与WinCC进行数据通信。即在通信过程中Matlab通过周期性的接收来自WinCC主控程序采集到的数据进行复杂运算后将计算结果返回到WinCC中去。最后又WinCC将数据输出，就可以实现对工业现场设备的精确控制。