摘 要：以國(guó)產(chǎn)混凝土攪拌站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，全面介紹支持多種世界語(yǔ)言的國(guó)產(chǎn)工業(yè)自動(dòng)化
組態(tài)軟件技術(shù)。對(duì)于混凝土攪拌站自動(dòng)化人機(jī)界面，給出基于易控軟件的功能設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)通訊、硬件驅(qū)動(dòng)、畫(huà)面設(shè)計(jì)，以及配方管理與生產(chǎn)管理。
關(guān)鍵詞：易控 組態(tài)軟件 攪拌站
1 引言
混凝土攪拌站是土建工程的基本生產(chǎn)設(shè)備。在混凝土的生產(chǎn)中，配料的稱量精度、配料的施工配比、原材料的含水率與供水量等直接影響混凝土的質(zhì)量，除此之外，控制系統(tǒng)中，與硬件設(shè)備的連接、配方數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、生產(chǎn)過(guò)程中原材料登記、倉(cāng)庫(kù)管理、操作人員登錄記錄、產(chǎn)品運(yùn)輸記錄等方面的管理等也會(huì)直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率。
目前國(guó)內(nèi)大部分?jǐn)嚢枵究刂葡到y(tǒng)都存在控制功能不夠強(qiáng)大、界面粗糙不夠美觀、可配置性和靈活性不夠等一系列問(wèn)題。當(dāng)攪拌站機(jī)器硬件配置和控制功能根據(jù)最終用戶的需要發(fā)生改變時(shí)，控制軟件需要軟件廠家進(jìn)行修改和重新調(diào)試。一些制造廠家選用通用的組態(tài)軟件來(lái)解決二次開(kāi)發(fā)的靈活性問(wèn)題，但由于一般組態(tài)軟件不具有方便靈活的數(shù)據(jù)管理功能，無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)管理方面的需要。易控組態(tài)軟件提供了用戶程序等強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)能力、精美的圖形界面、203種語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換顯示等強(qiáng)大的功能，基于這些功能實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，控制和數(shù)據(jù)管理功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)靈活、修改方便、易于維護(hù)、適應(yīng)性強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、圖形精美、并為產(chǎn)品出口帶來(lái)了極大的便利。實(shí)際應(yīng)用證明，使用易控軟件的攪拌站系統(tǒng)大幅度提高了用戶的生產(chǎn)效率，為生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)、維護(hù)和控制系統(tǒng)改造升級(jí)帶來(lái)極大方便。
2 概念設(shè)計(jì)
2.1 易控組態(tài)軟件
北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司的易控組態(tài)軟件是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件，亦稱人機(jī)界面（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件。易控以功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、圖形精美、易學(xué)易用、開(kāi)發(fā)高效、擴(kuò)展容易等優(yōu)點(diǎn)為自動(dòng)化系統(tǒng)提供了理想的監(jiān)控解決方案。
易控軟件實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，與硬件連接方式更方便透明，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，針對(duì)用戶使用不同硬件設(shè)備的情況，只需簡(jiǎn)單修改設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)與硬件的通信，易于調(diào)試和維護(hù)。同時(shí)通過(guò)軟件提供的“用戶程序”功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，使系統(tǒng)具有了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能。系統(tǒng)將過(guò)程控制和企業(yè)生產(chǎn)管理有機(jī)的結(jié)合在一起，既克服了傳統(tǒng)
混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，又能滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理方面的需求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，可以按照設(shè)定的生產(chǎn)任務(wù)單，自動(dòng)、連續(xù)的控制物料計(jì)量、投料、攪拌、出料等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了控制過(guò)程的高度自動(dòng)化，同時(shí)又能進(jìn)行原材料登記、倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理、在線修改施工配比信息、操作人員登錄記錄、為產(chǎn)品運(yùn)輸指派車隊(duì)及綜合查詢功能等，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大大提高了生產(chǎn)效率和科學(xué)化管理水平。易控軟件具有精美的圖形界面和豐富的動(dòng)態(tài)圖庫(kù)，與同類產(chǎn)品相比組態(tài)的生產(chǎn)畫(huà)面更為美觀。除此之外，易控軟件提供了世界上203種語(yǔ)言之間的自由轉(zhuǎn)換，為國(guó)產(chǎn)工程機(jī)械裝備的出口帶來(lái)了極大的便利。
2.2 攪拌站工藝分析
混凝土生產(chǎn)過(guò)程由物料倉(cāng)、物料秤、骨料斗以及攪拌機(jī)四個(gè)環(huán)節(jié)組成。其中物料倉(cāng)和物料秤為配料系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將原料按照配方中設(shè)定的值精確投放，骨料斗和攪拌機(jī)為攪拌系統(tǒng)，負(fù)責(zé)混凝土攪拌及出料，如圖1所示。
圖1 混凝土生產(chǎn)過(guò)程工藝流程圖
易控軟件實(shí)現(xiàn)的混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)精確連續(xù)的控制。首先物料倉(cāng)按照配方中設(shè)定的配料值自動(dòng)將物料投放到物料秤上，系統(tǒng)通過(guò)物料秤采集到的重量值自動(dòng)停止放料，物料秤向骨料斗放料時(shí)同樣根據(jù)傳送帶電子秤采集到的重量值自動(dòng)停止放料，兩次放料保證配料量的精確。同時(shí)，系統(tǒng)采用在線計(jì)算沖量的方法，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)沖量大小，進(jìn)一步保證了配料量的精確。根據(jù)實(shí)際值和設(shè)定值計(jì)算出多余的物料將會(huì)留在物料秤上，參與到下一盤配料。所有投料完成以后開(kāi)始計(jì)算攪拌定時(shí)，由電鈴?fù)ㄖa(chǎn)完成。
混凝土攪拌控制系統(tǒng)還需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能。對(duì)生產(chǎn)任務(wù)信息的管理，需要涵蓋產(chǎn)品型號(hào)、等級(jí)、合同編號(hào)、采用的施工配比、工程類別及名稱、計(jì)劃及完成方量和日期、操作及質(zhì)檢人員、施工單位人員及銷售人員聯(lián)系方式等各種信息，并提供綜合查詢的功能。對(duì)原材料及庫(kù)存的管理，包括原材料品種型號(hào)數(shù)量登記、與物料倉(cāng)對(duì)應(yīng)信息等管理。對(duì)產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)墓芾恚ㄜ囮?duì)車號(hào)登記、司機(jī)姓名登記及運(yùn)輸方量等信息。對(duì)配合比數(shù)據(jù)管理，包括對(duì)已有配合比數(shù)據(jù)的修改、錄入新配合比內(nèi)容并提供綜合查詢等。易控實(shí)現(xiàn)的混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，能夠滿足混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的需求。
3 基于易控組態(tài)軟件的自動(dòng)化系統(tǒng)
3.1 硬件的通訊與組態(tài)
（1）易控系統(tǒng)通訊。易控軟件提供了多種便捷的與下位設(shè)備的連接方式，可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)或其它網(wǎng)卡等多種方式與硬件設(shè)備相連。與下位設(shè)備的連接是通過(guò)易控提供的I/O通信功能實(shí)現(xiàn)的，在設(shè)置通信參數(shù)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員只需知道設(shè)備的類型、廠家、基本的連接參數(shù)以及通信的內(nèi)容等即可實(shí)現(xiàn)上位控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，軟件提供的硬件連接向?qū)Э梢詭椭_(kāi)發(fā)人員完成易控與硬件的通信設(shè)置。與以往傳統(tǒng)的軟件相比，易控在IO通信上為用戶提供了更多功能，如能動(dòng)態(tài)啟動(dòng)或停止和一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的通信、支持結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、可以快速批量配置設(shè)備中的變量信息、嵌入網(wǎng)關(guān)功能、開(kāi)放通信程序框架等一系列更加方便用戶的功能。
（2）易控系統(tǒng)組態(tài)。目前商品混凝土生產(chǎn)采用的信號(hào)采集設(shè)備主要有兩種，可編程序控制器PLC或者數(shù)據(jù)采集板卡的
工控機(jī)IPC。易控軟件自帶的驅(qū)動(dòng)庫(kù)中包含目前市場(chǎng)上大部分的PLC和數(shù)據(jù)采集板卡產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)，由易控設(shè)計(jì)的混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)中用戶只需簡(jiǎn)單設(shè)置一些接口參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與硬件設(shè)備的通信，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在現(xiàn)場(chǎng)更換硬件設(shè)備的情況下，只需修改系統(tǒng)中的部分設(shè)置就可完成與硬件的通信而不必修改大段的程序代碼，降低了企業(yè)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的依賴性，便于維護(hù)。
3.2畫(huà)面設(shè)計(jì)
易控實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，風(fēng)格簡(jiǎn)潔、操作方便，系統(tǒng)畫(huà)面由標(biāo)題欄、導(dǎo)航區(qū)、工作區(qū)和狀態(tài)欄組成。各個(gè)功能按鈕位于畫(huà)面右側(cè)的導(dǎo)航區(qū)內(nèi)，操作人員可以通過(guò)單擊按鈕進(jìn)入相應(yīng)的操作區(qū)域，位于畫(huà)面底部的狀態(tài)欄顯示系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)、操作人員、通信狀態(tài)等信息。監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面使操作人員能夠更加準(zhǔn)確直觀的了解實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)，易控具有專業(yè)級(jí)的圖形處理能力。通過(guò)易控組態(tài)的混凝土攪拌站生產(chǎn)畫(huà)面，能夠準(zhǔn)確全面的體現(xiàn)攪拌站的控制流程，并能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了畫(huà)面與生產(chǎn)過(guò)程的同步。組態(tài)完成的生產(chǎn)畫(huà)面如圖2所示。
圖2 混凝土攪拌站生產(chǎn)畫(huà)面
易控實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了兩種生產(chǎn)方式，手動(dòng)生產(chǎn)和自動(dòng)生產(chǎn)。在自動(dòng)生產(chǎn)模式下，用戶可以通過(guò)生產(chǎn)畫(huà)面中的“生產(chǎn)登記”按鈕，選擇已經(jīng)填寫(xiě)好的生產(chǎn)任務(wù)單（如圖3所示），點(diǎn)擊“開(kāi)始生產(chǎn)”按鈕，系統(tǒng)就會(huì)按照任務(wù)單中包含的混凝土的信息自動(dòng)的進(jìn)行生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不需要用戶手動(dòng)操作。在手動(dòng)生產(chǎn)模式下，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊畫(huà)面中的各個(gè)倉(cāng)門來(lái)實(shí)現(xiàn)放料配料的過(guò)程，各個(gè)倉(cāng)門之間存在著邏輯互鎖，操作員的所有操作都在畫(huà)面的日志記錄區(qū)中顯示，保證了生產(chǎn)過(guò)程的安全。
圖3 生產(chǎn)登記內(nèi)容
在生產(chǎn)過(guò)程中，各個(gè)配料倉(cāng)的倉(cāng)體處顯示當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)使用的配合比和原料用量，除此之外，畫(huà)面同樣涵蓋了工程信息，包括正在生產(chǎn)產(chǎn)品的任務(wù)單編號(hào)、項(xiàng)目名稱、施工部位、混凝土品種等信息，這些信息使得操作人員方便快速的掌握當(dāng)前的生產(chǎn)情況。
3.3 配方管理
為了滿足產(chǎn)品多樣化的要求，由易控實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接，用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理不同品種混凝土的配方數(shù)據(jù)，不僅可存儲(chǔ)配方的數(shù)量增大很多，還可在線對(duì)配方內(nèi)容進(jìn)行編輯。配方管理功能提供了新增、刪除、修改、查詢等功能，如圖4所示。編輯完成的配方保存在與易控相連的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在填寫(xiě)生產(chǎn)任務(wù)單時(shí)可供操作員選擇。
圖4 配方管理功能
3.4生產(chǎn)管理
針對(duì)不同客戶對(duì)混凝土的型號(hào)及數(shù)量的要求，由“易控（INSPEC）”實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成了混凝土攪拌站ERP信息的管理，囊括了攪拌站生產(chǎn)管理相關(guān)的所有過(guò)程，包括任務(wù)單管理、配方管理、倉(cāng)庫(kù)管理、原材料管理、車隊(duì)管理、操作員管理及運(yùn)送記錄管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，同時(shí)提供大量的綜合查詢及生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表的功能。
針對(duì)每次生產(chǎn)任務(wù)，填寫(xiě)相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)單，生產(chǎn)任務(wù)單中包含任務(wù)單編號(hào)、任務(wù)單狀態(tài)、合同編號(hào)、混凝土品種、運(yùn)送車隊(duì)等基本信息。任務(wù)單管理功能提供了新增、刪除、修改、查詢等功能，如圖5所示。編輯完成的生產(chǎn)任務(wù)單保存在與易控相連的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可通過(guò)生產(chǎn)畫(huà)面的“生產(chǎn)登記”按鈕進(jìn)行選擇。
圖5 任務(wù)單管理功能
由易控實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)包含的倉(cāng)庫(kù)管理、原材料管理、車隊(duì)管理、操作員管理及運(yùn)送記錄管理，提供了新增、刪除、修改、查詢等功能如圖6所示，編輯完成的信息存儲(chǔ)在與易控相連的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
圖6 原材料管理
由易控實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作是通過(guò)軟件提供的“用戶程序”功能實(shí)現(xiàn)的。“用戶程序”是易控提供的在工程中編寫(xiě)程序的功能，通過(guò)在工程中編寫(xiě)用戶程序代碼，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程中各種資源的靈活控制，改變工程的執(zhí)行流程、使用第三方已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序代碼和編寫(xiě)自己的特需功能。與傳統(tǒng)的組態(tài)軟件相比，易控提供的用戶程序不是解釋執(zhí)行的，而是編譯成了計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，采用了開(kāi)放的C#高級(jí)語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，可以直接使用C#語(yǔ)言的豐富指令、.NET Framework框架平臺(tái)提供的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的類庫(kù)、易控提供的各種功能指令、易控工程中的變量、圖形等對(duì)象，另外C#本身是全開(kāi)放的高級(jí)語(yǔ)言，可以方便地利用用戶自己或者第三方已經(jīng)編寫(xiě)好的程序代碼，而且可視化編程和智能感知等編程技術(shù)的采用極大簡(jiǎn)化了代碼的編寫(xiě)難度。
4 結(jié)束語(yǔ)
由“易控（INSPEC）”實(shí)現(xiàn)的攪拌站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了混凝土攪拌站工作的完全自動(dòng)化，而且使得該系統(tǒng)與同類型產(chǎn)品相比，具有操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大的提高。通過(guò)“易控（INSPEC）”組態(tài)的人機(jī)界面具有強(qiáng)大的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)管理功能，保障了控制系統(tǒng)安全可靠，為用戶提供了全方位的信息化解決方案。
