摘 要：以國產(chǎn)混凝土攪拌站自動化系統(tǒng)設(shè)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(shù)。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(shè)計，包括系統(tǒng)通訊、硬件驅(qū)動、畫面設(shè)計，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、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(jié)構(gòu)靈活、修改方便、易于維護、適應(yīng)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(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)、維護和控制系統(tǒng)改造升級帶來極大方便。
2 概念設(shè)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(xué)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(yīng)性，針對用戶使用不同硬件設(shè)備的情況，只需簡單修改設(shè)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(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，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(shè)定的生產(chǎn)任務(wù)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(xué)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(zé)將原料按照配方中設(shè)定的值精確投放，骨料斗和攪拌機為攪拌系統(tǒng)，負責(zé)混凝土攪拌及出料，如圖1所示。
圖1 混凝土生產(chǎn)過程工藝流程圖
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(shè)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(shè)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?fù)ㄖa(chǎn)完成。
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(wù)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(yīng)信息等管理。對產(chǎn)品運輸?shù)墓芾?，包括車隊車號登記、司機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(shè)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(shè)備相連。與下位設(shè)備的連接是通過易控提供的I/O通信功能實現(xiàn)的，在設(shè)置通信參數(shù)過程中，開發(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)容等即可實現(xiàn)上位控制系統(tǒng)與現(xiàn)場硬件設(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_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，如能動態(tài)啟動或停止和一臺或多臺設(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(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(shè)計的混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)中用戶只需簡單設(shè)置一些接口參數(shù)即可實現(xiàn)上位機與硬件設(shè)備的通信，具有很強的適應(yīng)性，在現(xiàn)場更換硬件設(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)對軟件開發(fā)的依賴性，便于維護。
3.2畫面設(shè)計
易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)，風(fēng)格簡潔、操作方便，系統(tǒng)畫面由標題欄、導(dǎo)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(dǎo)航區(qū)內(nèi)，操作人員可以通過單擊按鈕進入相應(yīng)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
易控實現(xiàn)的攪拌站自動化控制系統(tǒng)提供了兩種生產(chǎn)方式，手動生產(chǎn)和自動生產(chǎn)。在自動生產(chǎn)模式下，用戶可以通過生產(chǎn)畫面中的“生產(chǎn)登記”按鈕，選擇已經(jīng)填寫好的生產(chǎn)任務(wù)單（如圖3所示），點擊“開始生產(chǎn)”按鈕，系統(tǒng)就會按照任務(wù)單中包含的混凝土的信息自動的進行生產(chǎn)，整個生產(chǎn)過程不需要用戶手動操作。在手動生產(chǎn)模式下，用戶可以通過點擊畫面中的各個倉門來實現(xiàn)放料配料的過程，各個倉門之間存在著邏輯互鎖，操作員的所有操作都在畫面的日志記錄區(qū)中顯示，保證了生產(chǎn)過程的安全。
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(wù)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(wù)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(wù)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(guān)的所有過程，包括任務(wù)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(wù)，填寫相應(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、任務(wù)單狀態(tài)、合同編號、混凝土品種、運送車隊等基本信息。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(wù)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?！坝脩舫绦颉笔且卓靥峁┑脑诠こ讨芯帉懗绦虻墓δ埽ㄟ^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(shù)的采用極大簡化了代碼的編寫難度。
4 結(jié)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。
