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瀝青混合料攪拌設(shè)備是生產(chǎn)拌制各種瀝青混合料的機(jī)械設(shè)備，適用于公路、 城市道路、 機(jī)場(chǎng)、 碼頭、停車場(chǎng)、 貨場(chǎng)等工程部門。在瀝青路面機(jī)械化施工機(jī)械配套中起主導(dǎo)性作用，它是目前機(jī)電液一體化技術(shù)比較密集的機(jī)械設(shè)備， 大型瀝青混凝土攪拌站一般都采用強(qiáng)制攪拌的方式，以保證瀝青混合料的攪拌質(zhì)量。

間歇式瀝青混凝土攪拌站生產(chǎn)工藝為:不同粒徑規(guī)格的砂、 石料經(jīng)冷骨料儲(chǔ)存?zhèn)}配料裝置初配后，由冷骨料輸送皮帶送至干燥滾筒烘干、 加熱， 一般以柴油、 重油或者渣油作為燃料， 采用逆流加熱的方式;礦料被烘干、 加熱至 140 ～ 200℃ 后從傾斜的滾筒后部排出， 由熱骨料提升機(jī)送入篩分裝置進(jìn)行篩分;篩分好的各種砂、 石料分別儲(chǔ)存在熱骨料儲(chǔ)料倉(cāng)的隔倉(cāng)內(nèi)，然后按預(yù)先設(shè)定的配比進(jìn)入熱礦料稱量斗內(nèi)累計(jì)稱重計(jì)量。與此同時(shí)， 儲(chǔ)存在專用筒倉(cāng)里的礦粉由螺旋輸送機(jī)輸送至礦粉稱量斗內(nèi)稱重計(jì)量。此外，儲(chǔ)存在保溫罐內(nèi)的熱瀝青(170 ～180℃)由瀝青輸送泵經(jīng)帶保溫的瀝青管道， 泵送至瀝青稱量桶內(nèi)稱重計(jì)量。各種材料按配合比分別計(jì)量后，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序先后投入到拌和器內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，攪拌均勻后， 或直接卸入運(yùn)輸車輛中， 或送至成品料儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)暫時(shí)儲(chǔ)存。礦料在烘干、 篩分、拌和等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的燃燒廢氣、 水蒸氣以及灰塵，通過(guò)除塵裝置凈化處理后排入大氣。間歇式拌和設(shè)備采用電網(wǎng)電力或大型柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)， 生產(chǎn)過(guò)程可以人工操作， 也可以自動(dòng)控制， 其工藝流程如圖 1所示。

影響瀝青混合料質(zhì)量和生產(chǎn)效率的因素眾多，就從攪拌設(shè)備本身出發(fā)， 主要因素有骨料初配、 骨料精配和連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備之間的邏輯連鎖關(guān)系、烘干機(jī)燃燒器的加熱溫度等等， 而這些眾多的因素操作人員無(wú)法逐一精確控制，為保證瀝青混凝土攪拌站的安全、 高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)， 對(duì)瀝青混凝土攪拌站實(shí)行自動(dòng)控制是非常必要的。

根據(jù)瀝青混合料攪拌站工藝控制的要求，采用工控機(jī)作為上位機(jī)， 以S7 －200 型 PLC 作為下位機(jī)，提出一種 PLC 和工控機(jī)相結(jié)合， 并采用組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的瀝青攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 控制系統(tǒng)的功能和要求

本控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的工控機(jī)和 PLC 相結(jié)合的控制技術(shù)。主要特點(diǎn)為采用帶有監(jiān)控軟件的工控機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用 PLC 作為下位機(jī)， 按照工藝參數(shù)與工藝流程要求對(duì)各種配料的稱重計(jì)量、輸送、 攪拌、 加熱保溫的各種泵、 攪拌驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁閥等開關(guān)量信號(hào)和溫度、壓力等模擬量信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制， 實(shí)現(xiàn)冷骨料供料系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，烘干筒加熱溫度的檢測(cè)與控制，各種骨料、 瀝青、 粉料的配料計(jì)量、 攪拌時(shí)間的控制， 成品料提升儲(chǔ)存，瀝青溫度、 熱料儲(chǔ)倉(cāng)溫度檢測(cè)及生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)數(shù)據(jù)處理與打印等任務(wù)，能夠紀(jì)錄完整的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)， 工控機(jī)屏幕上顯示工藝流程中各閥門、電機(jī)的運(yùn)行狀況， 如果發(fā)生各種溫度超限、 閥門故障、 料位超限等故障時(shí)， 控制系統(tǒng)能進(jìn)行聲光報(bào)警。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障或要對(duì)工藝流程進(jìn)行人工操作時(shí)， 由于系統(tǒng)設(shè)有 “自動(dòng)” 與 “手動(dòng)” 轉(zhuǎn)換功能， 可將開關(guān)轉(zhuǎn)換至手動(dòng)狀態(tài)， 對(duì)各種執(zhí)行機(jī)械進(jìn)行手動(dòng)操作， 這樣技術(shù)人員可以重新設(shè)定新的參數(shù)，操作人員在現(xiàn)場(chǎng)處理緊急問(wèn)題， 從而達(dá)到了理想的效果。這種控制方式使設(shè)備的配料比精度和生產(chǎn)率有了較大的提高，大大減輕了操作人員的工作強(qiáng)度， 是國(guó)內(nèi)間歇強(qiáng)制式瀝青攪拌站生產(chǎn)控制發(fā)展的主流方向。

2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

工控機(jī) + PLC 的體系結(jié)構(gòu)， 該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)采用國(guó)際上先進(jìn)的高性能S7 － 200 型PLC 為主控設(shè)備， 并且選用臺(tái)灣研華 IPC －610 系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 監(jiān)控軟件使用北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的組態(tài)王 6． 5 軟件， 其優(yōu)點(diǎn)是不需要很復(fù)雜的編程就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控， “組態(tài)王” 提供給用戶豐富方便的作圖工具， 提供了大量常用的工業(yè)設(shè)備圖符和儀表圖符，大大方便了用戶開發(fā)工程界面， 而且操作人員可以生成自己的圖庫(kù)元素，它還提供了實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線與報(bào)警窗口等。控制系統(tǒng)的信號(hào)采集使用 PLC擴(kuò)展的 AD 模塊， 抗干擾能力強(qiáng)、 性能非常穩(wěn)定。以可編程控制器為主控設(shè)備的控制系統(tǒng)， 配料秤輸出點(diǎn)可任意擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)二次補(bǔ)償， 以確保配比精確可靠， 計(jì)量精度高;可編程控制器的采用保證了系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可靠性高， 控制精度高;體系結(jié)構(gòu)采用模塊式， 各控制單元由統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模塊組成， 可編程控制器的采用，保證了數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確、 可靠。瀝青攪拌設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從原來(lái)的編程軟件開發(fā)到現(xiàn)在的組態(tài)軟件開發(fā)，原監(jiān)控軟件主要有 4 個(gè)功能:生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示、配方修改、 生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和報(bào)表打印。原監(jiān)控系統(tǒng)是用編程軟件開發(fā)的，主要缺點(diǎn)是無(wú)法動(dòng)態(tài)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)且生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集是生成文本文件， 而不是存入數(shù)據(jù)庫(kù)文件， 不利于數(shù)據(jù)共享。經(jīng)過(guò)分析，組態(tài)軟件的突出優(yōu)點(diǎn)有:不需要復(fù)雜編程就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、 數(shù)據(jù)采集和保存、報(bào)表打印、 報(bào)警、 通信等各種功能， 通用性好， 通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序可適應(yīng) PLC、 智能儀表、 板卡、 變頻器、 現(xiàn)場(chǎng)總線等多種應(yīng)用場(chǎng)合;容易實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)的存貯與處理， 方便數(shù)據(jù)共享。

2．1 PLC 控制系統(tǒng)硬件選擇與控制程序流程設(shè)計(jì)

間歇式瀝青混凝土攪拌站是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成套機(jī)、電、 氣(液)一體化設(shè)備， 整個(gè)攪拌站有電磁閥30 余個(gè)， 各種電機(jī) 30 臺(tái)左右;此外， 還要保證烘干機(jī)燃燒器的安全燃燒并控制熱骨料溫度;同時(shí)還要按照一定的配比對(duì)骨料、 粉料、 液態(tài)瀝青進(jìn)行計(jì)量并按照確定的次序先后送入到攪拌筒進(jìn)行攪拌，最后將成品料由自卸汽車運(yùn)走或者暫時(shí)儲(chǔ)存在成品料箱。根據(jù)以上情況分析， 我們將整個(gè)控制系統(tǒng)劃分成 3 個(gè)子系統(tǒng)來(lái)完成， 由 3 個(gè) PLC 對(duì)其控制， 分別是骨料運(yùn)輸系統(tǒng) PLC1、 燃燒及溫度控制系統(tǒng) PLC2和計(jì)量攪拌及成品料運(yùn)輸系統(tǒng)PLC3。

為完成骨料的運(yùn)輸系統(tǒng)任務(wù)， PLC1 有 32 個(gè)輸入信號(hào)， 11 個(gè)輸出信號(hào);PLC2 有 9 路開關(guān)量輸出， 6路開關(guān)量輸入;PLC3 有 6 路開關(guān)量輸入， 6 路開關(guān)量輸出， 至少 3 路的模擬量的輸入。應(yīng)選用PLC 中的小型機(jī)。S7 －200 系列是公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行， 由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面(HMI)可供選擇， 所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件， 使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)， 同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)， 繼承和發(fā)揮了它在大、 中型 PLC 領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 有豐富的指令集， 具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性， 其性能價(jià)格比高，所以， 在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備，本次設(shè)計(jì)采用S7 －200CPU226CN。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說(shuō)明書，然后再用相應(yīng)的編程語(yǔ)言(常用梯形圖)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)， PLC 程序采用STEP7 編程軟件編寫， 程序設(shè)計(jì)采用模塊化、 功能化結(jié)構(gòu)， 便于維護(hù)和擴(kuò)展。程序框圖如圖 2 所示。

2．2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件選擇與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算量很大，而且是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)， 現(xiàn)場(chǎng)各種各樣的干擾比較多，故系統(tǒng)采用了臺(tái)灣研華 IPC －610 系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)基本配置為:

Intel Core2 Duo2800MHz 主頻， 內(nèi)存 2G DDＲ3，硬盤 500GSATA， 3MB 二級(jí)緩存， 1066MHz FSB 總線，45 納米工藝， 65W 功耗， 雙核心雙線程， 內(nèi)核電壓0．85 ～1．3625V，工作溫度74．1℃， 19 寸彩色顯示器。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用“組態(tài)王”， 包括模擬運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置、 打印報(bào)表、 報(bào)警等部分的設(shè)計(jì) ， “組態(tài)王”作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是通過(guò)組態(tài)軟件與PLC 之間用人機(jī)接口卡又稱高速通訊卡進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊， 通過(guò)對(duì) PLC 的通信完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與控制， 保證瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行。操作人員可以通過(guò)上位機(jī)向 PLC 發(fā)出各種控制命令， 同時(shí)還可將現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)通過(guò) PLC 傳送給上位機(jī)， 在上位機(jī)界面上用圖形顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和控制要求， 對(duì)軟件功能做了如下劃分，如圖 3 所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

大型的間歇強(qiáng)制式瀝青混凝土攪拌站是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)備，尤其在高速公路、 一級(jí)公路中對(duì)瀝青混合料質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格，因此對(duì)控制系統(tǒng)控制精度的要求就更高， 如:骨料運(yùn)輸系統(tǒng)的控制、 燃燒溫度的控制、 計(jì)量攪拌控制。就此研究了一種基于 PLC和工控機(jī)的間歇強(qiáng)制式瀝青混合料控制系統(tǒng)， 實(shí)踐證明， 能夠按照生產(chǎn)工藝要求完成各種順序控制、稱量控制等任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果，提高了瀝青混凝土的質(zhì)量和產(chǎn)量。

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