本發(fā)明涉及一種智能控制系統(tǒng)，尤其涉及一種攪拌站智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

混凝土攪拌站是用來集中攪拌混凝土的聯(lián)合裝置，又稱混凝土預(yù)制場。由于它的機(jī)械化、自動化程度較高，所以生產(chǎn)率也很高，并能保證混凝土的質(zhì)量和節(jié)省水泥，常用于混凝土工程量大、工期長、工地集中的大、中型水利、電力、橋梁等工程。混凝土攪拌站是由攪拌主機(jī)、物料稱量系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五大組成系統(tǒng)和其他附屬設(shè)施組成的建筑材料制造設(shè)備，其工作的主要原理是以水泥為膠結(jié)材料，將砂石、石灰、煤渣等原料進(jìn)行混合攪拌，最后制作成混凝土，作為墻體材料投入建設(shè)生產(chǎn)?；炷翑嚢枵緭碛辛己玫臄嚢栊阅?，設(shè)備采用螺旋式雙臥軸強(qiáng)制式攪拌主機(jī)，不僅攪拌機(jī)能強(qiáng)，對于干硬性、塑性以及各種配比的混凝土均能達(dá)到良好的攪拌效果。且攪拌均勻，效率高?；炷翑嚢枵静粌H具有優(yōu)良的攪拌主機(jī)，還具備各種精良配件，如螺旋輸送機(jī)、計(jì)量傳感器、氣動元件等，這些部件保證了混凝土攪拌站在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中高度的可靠性，精確的計(jì)量技能以及超長的使用壽命。同時，混凝土攪拌站各維修保養(yǎng)部位均設(shè)有走臺或檢梯，且具有足夠的操縱空間，攪拌主機(jī)可配備高壓自動清洗系統(tǒng)，具有功能缺油和超溫自動報(bào)警功能，便于設(shè)備維修。

近年來，我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，混凝土的需求量也大大提升。隨著用戶對混凝土的質(zhì)量要求越來越高．混凝土生產(chǎn)企業(yè)對攪拌站自動化控制和管理水平的要求也越來越高。因此，智能、高效、穩(wěn)定可靠的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)成為企業(yè)的迫切需要。然而，在穩(wěn)定性和配料精度方面，我國攪拌站控制系統(tǒng)研究與發(fā)達(dá)國家相比依然存在很大的差距。傳統(tǒng)模式中以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)以及依靠經(jīng)驗(yàn)對配料誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ù嬖谙到y(tǒng)故障率高、配料誤差大、生產(chǎn)效率低、人機(jī)界面操作不方便等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)模式中以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)以及依靠經(jīng)驗(yàn)對配料誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔ斐傻南到y(tǒng)故障率高、配料誤差大、生產(chǎn)效率低、人機(jī)界面操作不方便等問，設(shè)計(jì)了一種攪拌站智能控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：攪拌站智能控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)以工控機(jī)和PLC為核心，運(yùn)用模糊PID控制方法減少配料誤差，同時利用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)了更加人性化的動態(tài)監(jiān)控界面，最終實(shí)現(xiàn)了對攪拌站生產(chǎn)過程的智能自動化控制，提高了配料精度和生產(chǎn)效率。

所述的系統(tǒng)硬件主要由工控機(jī)和PLC組成，采用上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的控制方式把系統(tǒng)的控制任務(wù)劃分為2大部分。

所述的工控機(jī)作為上位機(jī)主要完成混凝土配方的管理、配料數(shù)據(jù)的采集與存儲、動態(tài)顯示狀態(tài)畫面、提示報(bào)警信息以及報(bào)表的打印等。

所述的PLC作為下位機(jī)接收來自工控機(jī)發(fā)送的運(yùn)動控制信號后執(zhí)行生產(chǎn)過程中要求的各種動作如設(shè)備的啟停、各種需要邏輯判斷的復(fù)雜運(yùn)動以及攪拌時間的控制等。

所述的軟件設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)界面設(shè)計(jì)、模糊PID控制設(shè)計(jì)和通信程序設(shè)計(jì)等部分。

所述的人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用了西門子視窗控制中心SIMATICWinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，通過該軟件可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和管理。

所述的模糊PID控制設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)合理的模糊控制器和模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)上通過Madab，simulink對控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。

所述的WinCC與Madab兩者之間的數(shù)據(jù)通訊通過DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的有益效果是：該攪拌站智能控制系統(tǒng)通過模糊PID控制減少了落差量對配料精度的影響，提高了配料精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性；通過OPC服務(wù)器軟件成功實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時通訊，提高了整個生產(chǎn)過程的可靠性；同時利用WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控畫面的動態(tài)化，整個生產(chǎn)過程中所有功能均采用菜單或彈出式窗口操作，具有操作簡單，界面美觀，交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用測試表明該系統(tǒng)在總體功能、配料精度、控制性能等方面完全達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，具有很高的應(yīng)用價值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是模糊PID控制器結(jié)構(gòu)圖。

圖3是Matlab與WinCC實(shí)現(xiàn)通訊的方法。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，攪拌站智能控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)硬件主要由工控機(jī)和PLC組成，采用上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的控制方式把系統(tǒng)的控制任務(wù)劃分為2大部分。其中工控機(jī)作為上位機(jī)主要完成混凝土配方的管理、配料數(shù)據(jù)的采集與存儲、動態(tài)顯示狀態(tài)畫面、提示報(bào)警信息以及報(bào)表的打印等：PLC作為下位機(jī)接收來自工控機(jī)發(fā)送的運(yùn)動控制信號后執(zhí)行生產(chǎn)過程中要求的各種動作如設(shè)備的啟停、各種需要邏輯判斷的復(fù)雜運(yùn)動以及攪拌時間的控制等。這種典型的上下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性以及實(shí)時性，同時也具有一定的開放性．為后續(xù)的二次開發(fā)提供了可能。

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)界面設(shè)計(jì)、模糊PID控制設(shè)計(jì)和通信程序設(shè)計(jì)等部分。其中人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用了西門子視窗控制中心SIMATICWinCC組態(tài)監(jiān)控軟件，通過該軟件可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和管理；模糊PID控制設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)合理的模糊控制器和模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)上通過Madab，simulink對控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，采用DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)技術(shù)實(shí)現(xiàn)WinCC與Madab兩者之間的數(shù)據(jù)通訊．從而將該復(fù)雜控制算法成功嵌入控制程序中，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)更好地控制倉門的開度，提高了配料精度。

根據(jù)系統(tǒng)控制要求。系統(tǒng)人機(jī)界面主要包括用戶登錄界面、生產(chǎn)流程界面、配方管理界面、參數(shù)設(shè)置界面、報(bào)警記錄界面、手動測試界面及報(bào)表管理界面等。其中在混凝土生產(chǎn)過程界面組態(tài)中，該系統(tǒng)利用WinCC中的“全局庫”非常豐富的圖形模塊，依據(jù)混凝土的實(shí)際生產(chǎn)流程選擇所需的料倉、料斗、螺旋輸送機(jī)等圖形對流程界面進(jìn)行了組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控畫面的動態(tài)顯示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，配方是進(jìn)行配料控制的重要指標(biāo)，在生產(chǎn)開始前，上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)必須將配方下發(fā)到PLC，PLC根據(jù)配方控制配料生產(chǎn)。該系統(tǒng)配方管理能夠提供多種不同生產(chǎn)配方．具有創(chuàng)建新配方及修改、刪除已有配方等功能。

如圖2所示，由于配料過程中．料門和稱量斗之間有一定的高度差，而該落差值又是一個隨機(jī)變量，無法通過建立精確的數(shù)學(xué)模型來控制這個變量，為了克服因落差引起的稱量誤差，提高配料精度，該系統(tǒng)以給料誤差e和誤差變化速率ec為輸入量，以比例參數(shù)琊、積分參數(shù)墨、微分參數(shù)‰為輸出量，構(gòu)建了1個二維模糊控制器，采用模糊PID控制料門的開度，解決了落差量對配料精度的影響。

將給料誤差e和誤差變化速率ec的模糊語言描述為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大l，記作{NB，NM，NS，ZO，Ps，PM，PB)。定義誤差e和誤差變化速率ec的基本論域?yàn)閇一600，600]，模糊論域?yàn)閇一6，6]；K、K、局的模糊語言描述為(零，正小，正中，正大)，記作{zO，Ps，PM，PB)，模糊論域?yàn)閇O，6]。在Matlab軟件中運(yùn)行fuzzy fuzzypid-fis仿真環(huán)境，雙擊相對應(yīng)的圖標(biāo)來編輯輸入變量和輸出變量，得到各變量的隸屬度函數(shù)曲線。然后根據(jù)隸屬函數(shù)，將隸屬度離散化．得到各變量的隸屬度取值。最后根據(jù)模糊PID參數(shù)自整定原則及現(xiàn)場實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出各變量的模糊控制規(guī)則表。

如圖3所示，對于系統(tǒng)通訊程序的設(shè)計(jì)，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)就是動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)技術(shù)。作為能夠支持進(jìn)程間的一種通訊機(jī)制，其應(yīng)用程序根據(jù)功能不同可以分為服務(wù)器應(yīng)用程序、客戶應(yīng)用程序、客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序和監(jiān)視器4種類型。當(dāng)作用服務(wù)器應(yīng)用程序時主要功能是相應(yīng)請求；當(dāng)作用客戶應(yīng)用程序時主要功能是發(fā)起對話請求進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在該系統(tǒng)的通信程序設(shè)計(jì)中，客戶端的角色有Matlab擔(dān)當(dāng)，服務(wù)器的角色由WinCC擔(dān)當(dāng)。為了實(shí)現(xiàn)兩者之間的成功通訊，首先應(yīng)對WinCC的DDE服務(wù)器應(yīng)用程序DDEserv.exe程序進(jìn)行相應(yīng)的配置，具體操作過程為打開WinCC DDE服務(wù)器對話框，然后點(diǎn)擊“變量列表”按鈕選擇需要進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)的變量，選擇好后系統(tǒng)會自動將所選變量復(fù)制到剪貼板上，供DDE通信使用。在Matlab中可以利用DDE客戶端模塊所提供的函數(shù)，采用溫鏈方式與WinCC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。即在通信過程中Matlab通過周期性的接收來自WinCC主控程序采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算后將計(jì)算結(jié)果返回到WinCC中去。最后又WinCC將數(shù)據(jù)輸出，就可以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的精確控制。