1.概述
瀝青攪拌設(shè)備主要用于高速公路的建設(shè)和維護(hù), 是一種復(fù)雜的綜合配套設(shè)備，獨立運轉(zhuǎn)部件多，工藝流程復(fù)雜。特別是用于高等級公路的設(shè)備，對瀝青、骨料、粉料的計量精度和溫度要求高，設(shè)備由于在野外作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，因此對該設(shè)備控制系統(tǒng)性能相對要求也較高。綜合考慮上述因素，采取必要的設(shè)計措施，才能滿足高等級公路施工的要求。
瀝青混合料攪拌設(shè)備主要包括供料控制，溫度控制，計量控制，除塵控制，成品倉控制等。其控制系統(tǒng)的任務(wù)是按照工藝流程順序控制各部設(shè)備,按生產(chǎn)配方自動進(jìn)行計量拌料。目前控制系統(tǒng)基本采用PC+PLC的控制模式，上位機PC主要用于下發(fā)控制指令進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理；下位機PLC負(fù)責(zé)全部的過程控制。
2.可編程序控制器（ PLC ）在攪拌樓控制中的應(yīng)用特點
2.1 通用特點
PLC作為瀝青混凝土攪拌設(shè)備控制的核心元件，其性能直接影響整機的性能，因此PLC選型應(yīng)注意以下幾點：
• 動態(tài)計量要求PLC運算速度快，掃描周期應(yīng)在10ms以內(nèi)
• 設(shè)備控制點多，要求PLC內(nèi)存要大，要有一定余量
• 通訊速度要快，上位機畫面刷新速度應(yīng)大于5次/秒
• 選用模塊化PLC，便于系統(tǒng)擴展.
• 在整機性能滿足要求的前提下，盡量簡化系統(tǒng)，降低成本，提高整機的性能價格比。
2.2 特點比較
目前控制系統(tǒng)大多采用的西門子PLC，其中S7-400（S7-412）是大型PLC，CPU速度快，內(nèi)存大，性能優(yōu)異，但價格較貴。S7-300（S7-314C，S7-315）成本較低，但是性能有差距。
VIPA推出的300S系列PLC是完全兼容西門子S7-300/400 PLC的高性能PLC，其特點是：CPU運行速度快、內(nèi)存大（2MB）、通訊接口多（具有PROFIBUS-DP主站、MPI、內(nèi)置以太網(wǎng)接口等,并且集成了高速模擬量輸入,高速計數(shù)器等端口）、編程與STEP7完全兼容，程序無需修改可直接運行,其I/O模塊和附件與S7-300可直接互換使用。
為了提高設(shè)備性能，降低成本，我們選用了VIPA的可編程控制器,先后設(shè)計了集中式控制系統(tǒng)與分布式總線控制系統(tǒng):
2.3集中式控制系統(tǒng)
選用VIPA-300S PLC，系統(tǒng)的組成為：
• 300S-CPU：VIPA 314-6CF02
• 300V數(shù)字量輸出模板：VIPA 322-1BL00
• 300V數(shù)字量輸入模板：VIPA 321-1BL00
• 300V模擬量輸入模板：VIPA 331-1KF01
• 300V模擬量輸出模板：VIPA 332-5HD01
2.4分布式控制系統(tǒng)
選用VIPA-515S 板卡式CPU為主站, 安裝在控制室的工控機內(nèi)：
現(xiàn)系統(tǒng)的組成為：
• 500S-CPU： VIPA 515-2AJ00
• 200V-DP模板： VIPA 253-1DP01
• 200V數(shù)字量輸出模板: VIPA 221-1BF00
• 200V數(shù)字量輸入模板：VIPA 222-1HF00
• 200V模擬量輸入模板：VIPA 231-1BD53
• 200V模擬量輸出模板：VIPA 232-1BD51
VIPA 200V從站：
采用200V I/O模塊，安裝在現(xiàn)場各控制箱中作為系統(tǒng)中的從站，對本單元設(shè)備進(jìn)行采集與控制。系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊，實現(xiàn)瀝青攪拌站過程控制。
3．PLC 的程序設(shè)計
VIPA PLC采用西門子STEP7編程軟件進(jìn)行編程，程序用梯形圖和語句表方式編寫。程序包括計量控制,溫度控制,成品倉控制等。
3.1 計量控制
計量控制是攪拌站控制最關(guān)鍵的部分，要求PLC A/D采集精度高,響應(yīng)迅速,稱量控制準(zhǔn)確. CPU-314ST中集成的4路AD單元, 采集速度可達(dá)170次/秒,精度為12位,完全可以滿足工藝要求,我們利用其對石料、粉料、瀝青等稱量值進(jìn)行動態(tài)采集,PLC根據(jù)生產(chǎn)配方對稱量信號運算處理后，由輸出模塊自動控制石料秤門、粉料螺旋輸送機、瀝青泵等開啟停止,進(jìn)行計量控制以及攪拌控制等。
程序設(shè)計了6種石料計量、3種粉料計量、1種瀝青計量、１種添加劑計量.為了提高計量精度,各計量程序中編制了落差自動修正功能,計量中即有靜態(tài)修正又有動態(tài)修正控制; 為了提高油石比精度,瀝青計量采用二次計量方式,先按設(shè)定重量的120%稱量,待骨料、粉料稱量完成后，經(jīng)過二次運算，再按配方進(jìn)行噴灑。石料計量采用雙料門控制；粉料計量螺旋采用變頻器調(diào)速控制，使計量級配更加準(zhǔn)確。
3.2 溫度控制
• 瀝青混合料溫度控制是關(guān)鍵生產(chǎn)工藝。精確控溫需要燃燒器，除塵器的聯(lián)動配合。
• 石料采用燃燒器烘焙加熱,溫度高低由風(fēng)門大小調(diào)節(jié)同時受骨料含水量等外部條件影響。PLC采用內(nèi)置的溫度調(diào)節(jié)功能塊進(jìn)行控溫。
• 除塵器負(fù)壓是燃燒器燃燒效率的關(guān)鍵因素之一，PLC利用內(nèi)置 PID功能塊對負(fù)壓進(jìn)行控制。
3.3成品倉控制
• 成品倉是瀝青攪拌站的重要組成部分，成品倉控制主要是運料小車的卷揚控制，運料小車根據(jù)指令在規(guī)定的時間范圍內(nèi)將成品料運送至不同的倉位。
• 小車卷揚控制關(guān)鍵是小車的精確定位。功能的實現(xiàn)是利用 CPU-314ST中集成的4路高速計數(shù)單元配合編碼器和變頻器來實現(xiàn)。
3.4功能擴展與兼容
• 隨著道路施工工藝的不斷改進(jìn)更新，瀝青攪拌站外圍設(shè)備會不斷增加，一體化控制要求PLC具有較強的可擴展性。 CPU-314ST單機架32模塊的可擴容量為攪拌站外圍設(shè)備的加入提供了便利的操作和可靠的保證。
• 瀝青攪拌設(shè)備控制的智能化和人性化要求日益突出，過去生產(chǎn)的攪拌站就面臨著一個控制系統(tǒng)改造的問題，對于舊的采用西門子PLC的控制系統(tǒng)應(yīng)用VIPA PLC改造快捷方便，減少了硬件改動和軟件改動。
4．上位機軟件設(shè)計
上位機選用FameView工業(yè)組態(tài)軟件，采用太網(wǎng)方式與VIPA-PLC通訊（100MHz），運行在WINDOWS 2000 / XP環(huán)境下。隨著客戶對攪拌站工藝要求的提高上位機組態(tài)系統(tǒng)一般要求具有復(fù)雜的畫面功能，強大的數(shù)據(jù)處理功能和實時交互的配方報表，報警功能。上位機組態(tài)系統(tǒng)的功能實現(xiàn)依賴于與PLC的無障礙快速通訊。VIPA PLC的以太網(wǎng)通訊模式對實現(xiàn)上述功能提供了完美解決方案。
a) 主畫面：生產(chǎn)流程監(jiān)控和計量監(jiān)控；
在生產(chǎn)過程中切換到其他控制畫面。
b)控制子畫面：供料控制，設(shè)備控制，加熱控制等。
c） 生產(chǎn)設(shè)定：生產(chǎn)攪拌參數(shù)設(shè)定, 存儲配方和調(diào)用配方，在此系統(tǒng)中設(shè)計了200個配方；可隨意地以文件形式另存在硬盤或軟盤中。
d) PLC狀態(tài)監(jiān)控：真實反映現(xiàn)場的I/O狀態(tài)，利于故障的檢查和排除；
e)數(shù)據(jù)管理：隨時記錄每一循環(huán)的稱量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫，便于匯總查詢和打印打�。焊鶕�(jù)數(shù)據(jù)報表的內(nèi)容，可控制打印機進(jìn)行實時逐行或逐頁打�。�
f)資料管理：主要是各種報警提示和維修保養(yǎng)相關(guān)的信息。
5．結(jié)束語
北京德基機械有限公司是生產(chǎn)瀝青攪拌站的專業(yè)廠家，原控制系統(tǒng)采用西門子S7-400系列PLC。兩個系統(tǒng)的運行速度我們也進(jìn)行了對比，原S7- 400系統(tǒng)運行時的掃描周期為7毫秒，采用VIPA-314ST CPU系統(tǒng)運行時的掃描周期為2毫秒，再者通訊方式由原來的MPI通訊（187.5KHz）改為以太網(wǎng)通訊（100MHz），既提高了通訊速度又降低了成本（省略了5611通訊卡），上位機的動態(tài)監(jiān)控畫面也因此顯得更加流暢。
由于本系統(tǒng)完全兼容S7-300系列產(chǎn)品，其I/O模塊國內(nèi)市場占有量較高，技術(shù)成熟，既使生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)硬件發(fā)生故障，也可以立即查明原因更換相應(yīng)器件，最大限度的縮小在線維修時間，采用VIPA-300S PLC不但降低了成本還提升了整套控制系統(tǒng)的性能，使全系統(tǒng)的運行更加安全、可靠、性能更優(yōu)異。 |
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