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當(dāng)前,國(guó)家正在大力發(fā)展公路交通建設(shè),特別是國(guó)家關(guān)于實(shí)現(xiàn)中西部地區(qū)崛起的戰(zhàn)略,給交通和筑路機(jī)械行業(yè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇,高速公路相繼開(kāi)工,建設(shè)高品質(zhì)的公路工程需要大量高品質(zhì)瀝青混合料,不僅要求混合料配料精度高,而且要求生產(chǎn)速度快,瀝青攪拌設(shè)備已經(jīng)由早期的小型、高耗能、手動(dòng)控制生產(chǎn)發(fā)展到現(xiàn)在的大型化、智能化自動(dòng)控制設(shè)備,并向著綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的方向發(fā)展,在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中,自動(dòng)控制技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛地起到了核心作用。
1　工藝流程
瀝青攪拌站主要包括配料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、振動(dòng)篩、熱料貯存?zhèn)}、稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)、瀝青供給系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)。控制系統(tǒng)主要任務(wù)是實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)冷骨料級(jí)配供料皮帶的轉(zhuǎn)速,保證熱骨料儲(chǔ)倉(cāng)的粒料在要求的范圍之內(nèi),通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒器風(fēng)門(mén)與油門(mén)的開(kāi)度,控制干燥筒出料槽口的料溫,使其在設(shè)定值的允許誤差范圍之內(nèi)。按配料比例及所設(shè)定的生產(chǎn)率計(jì)算并稱(chēng)量各種骨料、粉料、瀝青的重量,然后放料入攪拌缸中,使其攪拌均勻,達(dá)到設(shè)定攪拌時(shí)間時(shí),把攪拌缸中的成品料裝入運(yùn)料車(chē)或者通過(guò)提升機(jī)把成品料送入成品料倉(cāng)儲(chǔ)存。
2　控制系統(tǒng)功能和要求
系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)+先進(jìn)控制算法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。主要特點(diǎn)為采用PLC作下位機(jī),按照工藝參數(shù)與流程要求對(duì)各種配料的稱(chēng)重計(jì)量、輸送、攪拌、加熱保溫的各種泵、攪拌電機(jī)、電磁閥等開(kāi)關(guān)量和溫度、壓力等模擬量進(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,干燥筒加熱溫度的檢測(cè)與控制,各種骨料、瀝青、粉料的配料稱(chēng)量、攪拌時(shí)間控制,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),能紀(jì)錄完整的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù),在觸摸屏和計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工藝流程中各閥門(mén)、電機(jī)的運(yùn)行狀況,同時(shí)對(duì)各種溫度超限、閥門(mén)故障、料位超限進(jìn)行聲光報(bào)警,并且設(shè)有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種狀態(tài)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障或要對(duì)工藝進(jìn)行人工干預(yù)時(shí),可將開(kāi)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勞動(dòng)強(qiáng)度,是國(guó)內(nèi)瀝青攪拌站生產(chǎn)控制發(fā)展的主流方向。
3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組成
系統(tǒng)采用一臺(tái)工控機(jī)作為上位機(jī),以可編程序控制器作為控制核心,以觸摸屏作為用戶(hù)人機(jī)操作界面,稱(chēng)重系統(tǒng)采用METTLERTOLEDO公司Panther系列精密稱(chēng)量顯示儀表和稱(chēng)量傳感器,骨料上料系統(tǒng)和粉料加料系統(tǒng)采用變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)采用進(jìn)口燃燒器,配以紅外溫度傳感器和Pt100溫度傳感器,采用變頻器控制風(fēng)門(mén)、油門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)溫度控制。上位機(jī)通過(guò)MPI多點(diǎn)接口與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊,通過(guò)I/O輸入、輸出板卡與變頻器、溫度傳感器進(jìn)行通訊,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。PLC與觸摸屏采用RS-232C通訊接口,雙絞線連接,最高數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)l15.2kb/s。操作人員隨時(shí)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況,進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和手動(dòng)控制。同時(shí),設(shè)備運(yùn)行及系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中,隨時(shí)可以查閱、顯示和打印輸出。
(1)軟件部分
微軟WINDOWS2000操作系統(tǒng);WINCCV5.1組態(tài)軟件;softnet-S7軟件;S7-300編程軟件STEP7;觸摸屏編程軟件NTST3.31C。
(2)硬件配置
P42.8GCPU;512MDDR內(nèi)存;64M顯卡;80G硬盤(pán);4個(gè)USB2.0接口;17英寸CRT顯示器、掩模式工業(yè)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)套裝;32CH光隔數(shù)據(jù)采集卡;模擬量輸入、輸出模塊.
PLC采用S7-300系列CPU,選用S7-315-DP可編程控制器,內(nèi)置PID模塊,48K存儲(chǔ)器,I/O能擴(kuò)展到2048點(diǎn),CP561l通訊卡。
觸摸屏選用歐姆龍NT631C-ST141B真彩液晶觸摸屏。
在上料和稱(chēng)量系統(tǒng)中,粉料計(jì)量和添加采用“先稱(chēng)量后輸送”的結(jié)構(gòu),提高了計(jì)量準(zhǔn)確度和輸送速度。粉料倉(cāng)采用新粉倉(cāng)和回收粉倉(cāng)分離,配置兩個(gè)螺旋輸送器,實(shí)現(xiàn)新粉和回收粉按比例添加。熱骨料中的每種規(guī)格骨料,均采用大小料倉(cāng)分別投放,同時(shí)結(jié)合控制程序?qū)崿F(xiàn)沖量自動(dòng)跟蹤修正,自動(dòng)調(diào)整料倉(cāng)稱(chēng)量、放料時(shí)間,提高了熱骨料的計(jì)量準(zhǔn)確度。瀝青的稱(chēng)量采用雙氣缸控制三通旋塞閥,首先依據(jù)設(shè)定量進(jìn)行第一次粗稱(chēng),然后按照骨料與粉料實(shí)際投放值及預(yù)設(shè)油石比,進(jìn)行二次補(bǔ)充瀝青稱(chēng)量。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤油石比,提高瀝青計(jì)量準(zhǔn)確度和瀝青混合料的配比精確度,減少了稱(chēng)量時(shí)間。
PLC采集現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)關(guān)量信號(hào),獲取設(shè)備動(dòng)態(tài)信息。同時(shí)輸出各種控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作后,控制現(xiàn)場(chǎng)各種執(zhí)行元件如電磁閥、電動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。該系統(tǒng)還配置了高精度模擬量輸入、輸出單元,可以同步采集現(xiàn)場(chǎng)各種模擬量信號(hào),并及時(shí)準(zhǔn)確地將各種料的稱(chēng)量數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送控制。PLC中內(nèi)置的用戶(hù)應(yīng)用程序是專(zhuān)為設(shè)備度身訂做,能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)從運(yùn)行開(kāi)始、上料、點(diǎn)火、稱(chēng)量直至最后攪拌出料等一系列動(dòng)作的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。針對(duì)骨料,粉料,瀝青的不同稱(chēng)量特點(diǎn),系統(tǒng)還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)不同稱(chēng)量校正程序,從而能夠?qū)崿F(xiàn)各種料的動(dòng)態(tài)高精度稱(chēng)量。
觸摸屏與PLC配套設(shè)計(jì)了不同狀態(tài)下的控制操作畫(huà)面。在不同的操作畫(huà)面中,可以通過(guò)觸摸相應(yīng)的按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時(shí),可以在畫(huà)面中記錄和觀察各種數(shù)據(jù)和信號(hào)。在自動(dòng)工況下,當(dāng)按下開(kāi)始按鈕后,系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行從上料、稱(chēng)量、放料、攪拌直至出料的整個(gè)工作過(guò)程,各個(gè)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行互不影響,中間無(wú)需人為干預(yù),當(dāng)達(dá)到設(shè)定的生產(chǎn)量后,系統(tǒng)自動(dòng)停止。對(duì)于小的干擾波動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)操作人員可以通過(guò)畫(huà)面對(duì)各種信號(hào)的稱(chēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如遇到緊急情況可按下急停按鈕,系統(tǒng)立即停止自動(dòng)動(dòng)作,轉(zhuǎn)入手動(dòng)操作畫(huà)面。在手動(dòng)操作畫(huà)面,操作員可以方便地進(jìn)行各種手動(dòng)操作,進(jìn)行試車(chē),配比試料,處理問(wèn)題等操作,同時(shí)記錄和觀察各種數(shù)據(jù)和信號(hào)。參數(shù)設(shè)置畫(huà)面可以方便地設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù),配料比例,攪拌時(shí)間、次數(shù)等參數(shù)。報(bào)表畫(huà)面可以自動(dòng)記錄每一次稱(chēng)量后的產(chǎn)量,配料比以及累積產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。
4結(jié)　語(yǔ)
該控制系統(tǒng)已在大型瀝青攪拌站中配套使用,使用過(guò)程中,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,配比精度高,計(jì)量精度達(dá)到骨料±0.5,粉料±0.5%,瀝青±0.3%。實(shí)現(xiàn)了上料、配料、出料的自動(dòng)化,按照生產(chǎn)工藝要求完成了各種順序控制、稱(chēng)量控制,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產(chǎn)量和質(zhì)量。

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