摘 要：以國產(chǎn)混凝土攪拌站自動化系統(tǒng)設計為例，全面介紹支持多種世界語言的國產(chǎn)工業(yè)自動化組態(tài)軟件技術。對于混凝土攪拌站自動化人機界面，給出基于易控軟件的功能設計，包括系統(tǒng)通訊、硬件驅(qū)動、畫面設計，以及配方管理與生產(chǎn)管理。

1 引言

混凝土攪拌站是土建工程的基本生產(chǎn)設備。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，與硬件設備的連接、配方數(shù)據(jù)的存儲、生產(chǎn)過程中原材料登記、倉庫管理、操作人員登錄記錄、產(chǎn)品運輸記錄等方面的管理等也會直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

目前國內(nèi)大部分攪拌站控制系統(tǒng)都存在控制功能不夠強大、界面粗糙不夠美觀、可配置性和靈活性不夠等一系列問題。當攪拌站機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，控制軟件需要軟件廠家進行修改和重新調(diào)試。一些制造廠家選用通用的組態(tài)軟件來解決二次開發(fā)的靈活性問題，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，無法滿足系統(tǒng)對數(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大的二次開發(fā)能力、精美的圖形界面、203種語言的轉(zhuǎn)換顯示等強大的功能，基于這些功能實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)，控制和數(shù)據(jù)管理功能強大、結構靈活、修改方便、易于維護、適應性強、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、圖形精美、并為產(chǎn)品出口帶來了極大的便利。實際應用證明，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)、維護和控制系統(tǒng)改造升級帶來極大方便。

2 概念設計

2.1 易控組態(tài)軟件

北京九思易自動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，亦稱人機界面（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件。易控以功能強大、性能穩(wěn)定、圖形精美、易學易用、開發(fā)高效、擴展容易等優(yōu)點為自動化系統(tǒng)提供了理想的監(jiān)控解決方案。

易控軟件實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)，與硬件連接方式更方便透明，具有很強的適應性，針對用戶使用不同硬件設備的情況，只需簡單修改設置即可實現(xiàn)與硬件的通信，易于調(diào)試和維護。同時通過軟件提供的“用戶程序”功能，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，使系統(tǒng)具有了強大的數(shù)據(jù)管理功能。系統(tǒng)將過程控制和企業(yè)生產(chǎn)管理有機的結合在一起，既克服了傳統(tǒng)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的缺點，又能滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理方面的需求。系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，可以按照設定的生產(chǎn)任務單，自動、連續(xù)的控制物料計量、投料、攪拌、出料等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了控制過程的高度自動化，同時又能進行原材料登記、倉庫庫存管理、在線修改施工配比信息、操作人員登錄記錄、為產(chǎn)品運輸指派車隊及綜合查詢功能等，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，大大提高了生產(chǎn)效率和科學化管理水平。易控軟件具有精美的圖形界面和豐富的動態(tài)圖庫，與同類產(chǎn)品相比組態(tài)的生產(chǎn)畫面更為美觀。除此之外，易控軟件提供了世界上203種語言之間的自由轉(zhuǎn)換，為國產(chǎn)工程機械裝備的出口帶來了極大的便利。

2.2 攪拌站工藝分析

混凝土生產(chǎn)過程由物料倉、物料秤、骨料斗以及攪拌機四個環(huán)節(jié)組成。其中物料倉和物料秤為配料系統(tǒng)，負責將原料按照配方中設定的值精確投放，骨料斗和攪拌機為攪拌系統(tǒng)，負責混凝土攪拌及出料，如圖1所示。

易控軟件實現(xiàn)的混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)，對混凝土生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)精確連續(xù)的控制。首先物料倉按照配方中設定的配料值自動將物料投放到物料秤上，系統(tǒng)通過物料秤采集到的重量值自動停止放料，物料秤向骨料斗放料時同樣根據(jù)傳送帶電子秤采集到的重量值自動停止放料，兩次放料保證配料量的精確。同時，系統(tǒng)采用在線計算沖量的方法，根據(jù)實際情況實時調(diào)節(jié)沖量大小，進一步保證了配料量的精確。根據(jù)實際值和設定值計算出多余的物料將會留在物料秤上，參與到下一盤配料。所有投料完成以后開始計算攪拌定時，由電鈴通知生產(chǎn)完成。

圖1 混凝土生產(chǎn)過程工藝流程圖

混凝土攪拌控制系統(tǒng)還需要強大的數(shù)據(jù)管理功能。對生產(chǎn)任務信息的管理，需要涵蓋產(chǎn)品型號、等級、合同編號、采用的施工配比、工程類別及名稱、計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。對原材料及庫存的管理，包括原材料品種型號數(shù)量登記、與物料倉對應信息等管理。對產(chǎn)品運輸?shù)墓芾恚ㄜ囮犥囂柕怯洝⑺緳C姓名登記及運輸方量等信息。對配合比數(shù)據(jù)管理，包括對已有配合比數(shù)據(jù)的修改、錄入新配合比內(nèi)容并提供綜合查詢等。易控實現(xiàn)的混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)，具有強大的數(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備的連接方式，可以通過串口、以太網(wǎng)或其它網(wǎng)卡等多種方式與硬件設備相連。與下位設備的連接是通過易控提供的I/O通信功能實現(xiàn)的，在設置通信參數(shù)過程中，開發(fā)人員只需知道設備的類型、廠家、基本的連接參數(shù)以及通信的內(nèi)容等即可實現(xiàn)上位控制系統(tǒng)與現(xiàn)場硬件設備之間的數(shù)據(jù)交換，軟件提供的硬件連接向?qū)Э梢詭椭_發(fā)人員完成易控與硬件的通信設置。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，如能動態(tài)啟動或停止和一臺或多臺設備的通信、支持結構數(shù)據(jù)以及設備的歷史數(shù)據(jù)、可以快速批量配置設備中的變量信息、嵌入網(wǎng)關功能、開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)采用的信號采集設備主要有兩種，可編程序控制器PLC或者數(shù)據(jù)采集板卡的工控機IPC。易控軟件自帶的驅(qū)動庫中包含目前市場上大部分的PLC和數(shù)據(jù)采集板卡產(chǎn)品的驅(qū)動，由易控設計的混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)中用戶只需簡單設置一些接口參數(shù)即可實現(xiàn)上位機與硬件設備的通信，具有很強的適應性，在現(xiàn)場更換硬件設備的情況下，只需修改系統(tǒng)中的部分設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)對軟件開發(fā)的依賴性，便于維護。

3.2畫面設計

易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)，風格簡潔、操作方便，系統(tǒng)畫面由標題欄、導航區(qū)、工作區(qū)和狀態(tài)欄組成。各個功能按鈕位于畫面右側(cè)的導航區(qū)內(nèi)，操作人員可以通過單擊按鈕進入相應的操作區(qū)域，位于畫面底部的狀態(tài)欄顯示系統(tǒng)報警狀態(tài)、操作人員、通信狀態(tài)等信息。監(jiān)控系統(tǒng)的畫面使操作人員能夠更加準確直觀的了解實際現(xiàn)場的工作狀態(tài)，易控具有專業(yè)級的圖形處理能力。通過易控組態(tài)的混凝土攪拌站生產(chǎn)畫面，能夠準確全面的體現(xiàn)攪拌站的控制流程，并能實時顯示現(xiàn)場參數(shù)，實現(xiàn)了畫面與生產(chǎn)過程的同步。組態(tài)完成的生產(chǎn)畫面如圖2所示。

圖2 混凝土攪拌站生產(chǎn)畫面

圖3 生產(chǎn)登記內(nèi)容

在生產(chǎn)過程中，各個配料倉的倉體處顯示當前生產(chǎn)任務使用的配合比和原料用量，除此之外，畫面同樣涵蓋了工程信息，包括正在生產(chǎn)產(chǎn)品的任務單編號、項目名稱、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，由易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)庫連接，用數(shù)據(jù)庫來管理不同品種混凝土的配方數(shù)據(jù)，不僅可存儲配方的數(shù)量增大很多，還可在線對配方內(nèi)容進行編輯。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)庫中，在填寫生產(chǎn)任務單時可供操作員選擇。

圖4 配方管理功能

3.4生產(chǎn)管理

針對不同客戶對混凝土的型號及數(shù)量的要求，由“易控（INSPEC）”實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(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)管理相關的所有過程，包括任務單管理、配方管理、倉庫管理、原材料管理、車隊管理、操作員管理及運送記錄管理等各個環(huán)節(jié)的管理，同時提供大量的綜合查詢及生成日報表、月報表的功能。

針對每次生產(chǎn)任務，填寫相應的生產(chǎn)任務單，生產(chǎn)任務單中包含任務單編號、任務單狀態(tài)、合同編號、混凝土品種、運送車隊等基本信息。任務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)任務單保存在與易控相連的數(shù)據(jù)庫中，用戶可通過生產(chǎn)畫面的“生產(chǎn)登記”按鈕進行選擇。

圖5 任務單管理功能

由易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)包含的倉庫管理、原材料管理、車隊管理、操作員管理及運送記錄管理，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在與易控相連的數(shù)據(jù)庫中。

圖6 原材料管理

由易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)庫的操作是通過軟件提供的“用戶程序”功能實現(xiàn)的。“用戶程序”是易控提供的在工程中編寫程序的功能，通過在工程中編寫用戶程序代碼，可以實現(xiàn)對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)開發(fā)出來的程序代碼和編寫自己的特需功能。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，而是編譯成了計算機可以直接執(zhí)行的二進制代碼，采用了開放的C#高級語言作為編程語言，可以直接使用C#語言的豐富指令、.NET Framework框架平臺提供的數(shù)以萬計的類庫、易控提供的各種功能指令、易控工程中的變量、圖形等對象，另外C#本身是全開放的高級語言，可以方便地利用用戶自己或者第三方已經(jīng)編寫好的程序代碼，而且可視化編程和智能感知等編程技術的采用極大簡化了代碼的編寫難度。

4 結束語

由“易控（INSPEC）”實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了混凝土攪拌站工作的完全自動化，而且使得該系統(tǒng)與同類型產(chǎn)品相比，具有操作方便、維護簡單等優(yōu)點，其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大的提高。通過“易控（INSPEC）”組態(tài)的人機界面具有強大的自動控制和數(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。