基于組態(tài)控制軟件分析瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：我國公路交通建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大帶動(dòng)了交通建筑機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。公路的建設(shè)需要高品質(zhì)的瀝青混合料，而瀝青攪拌設(shè)備是加工瀝青混合料的關(guān)鍵步驟，那么瀝青攪拌機(jī)不僅要滿足現(xiàn)代公路建設(shè)對(duì)瀝青混合料的要求，而且要考慮攪拌設(shè)備的節(jié)能降耗和自動(dòng)化發(fā)展水平，以便提高效率。文章對(duì)基于組態(tài)控制軟件分析瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：組態(tài)控制軟件；瀝青攪拌站；控制系統(tǒng)；公路交通建設(shè)；交通建筑機(jī)械 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U415 文章編號(hào)：1009-2374（2015）04-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0294

瀝青攪拌站又被稱為瀝青混合料攪拌設(shè)備，在公路建設(shè)中占著重要的地位，其設(shè)備性能高低直接影響著瀝青路面的質(zhì)量。瀝青攪拌站是一種復(fù)雜的綜合配套設(shè)備，它的主要工作是將各種骨料、粉料和瀝青，按照一定的比例混合攪拌，然后把攪拌缸中的成品料裝入運(yùn)料車或者通過提升機(jī)把成品料送入成品料倉儲(chǔ)存。由于是戶外工作，受外部因素影響比較大，工作中干擾因素比較多，給設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)帶來了很多困難。

1 瀝青攪拌站簡介

瀝青攪拌站工藝比較復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備繁多，包括配料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱料儲(chǔ)存?zhèn)}、攪拌系統(tǒng)以及瀝青供給系統(tǒng)等多個(gè)機(jī)構(gòu)。這些系統(tǒng)相輔相成，共同推動(dòng)瀝青攪拌站的工作進(jìn)程。瀝青攪拌站在混合料的生產(chǎn)過程中，要特別注意質(zhì)量控制的內(nèi)容，首先要確定合格的配合比，其次要控制出料溫度，最后在提高攪拌質(zhì)量的同時(shí)要盡量減少損耗，降低攪拌成本，提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

瀝青攪拌站的控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是冷骨料供料皮帶的轉(zhuǎn)速，把熱骨料倉儲(chǔ)的粒料控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)控制干燥筒的料溫，確保料溫保持在允許的誤差范圍之內(nèi)。然后計(jì)算各種料的重量，放入攪拌缸中，攪拌均勻，最后把成品運(yùn)送到施工現(xiàn)場。瀝青攪拌站的工藝流程如圖1所示：

圖1 瀝青攪拌站工藝流程

2 控制系統(tǒng)的功能和要求

瀝青攪拌站系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及先進(jìn)的控制算法，對(duì)攪拌設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。按照攪拌設(shè)備的工藝流程要求對(duì)瀝青混合料的各種配料進(jìn)行稱重、攪拌、加熱、混合、輸送等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。自動(dòng)控制的內(nèi)容主要包括各種骨料、瀝青、粉料的配料稱量，干燥筒加熱溫度的控制，攪拌時(shí)間控制，瀝青溫度、熱料儲(chǔ)倉溫度檢測(cè)及生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)處理與打印等任務(wù)，另外還要求設(shè)備能夠紀(jì)錄完整的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，在終端設(shè)備上顯示工藝流程中各閥門、電機(jī)的運(yùn)行狀況，同時(shí)對(duì)設(shè)備的閥門故障、各種溫度超限、料位超限進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)事故，立即報(bào)警，自動(dòng)控制設(shè)備設(shè)有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種狀態(tài)，便于工作中對(duì)設(shè)備的維修管理與控制，提高系統(tǒng)設(shè)備的靈活性，也便于技術(shù)人員重新設(shè)定新的參數(shù)，操作人員在現(xiàn)場處理緊急問題，提高工作效率與質(zhì)量，有效地減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是解放生產(chǎn)力的發(fā)展方向。

3 瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1 硬件設(shè)備

3.1.1 上位機(jī)系統(tǒng)。瀝青攪拌站的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用西門子組態(tài)軟件開發(fā)出來的，其內(nèi)容主要包括參數(shù)設(shè)置、模擬運(yùn)行、打印報(bào)表、報(bào)警裝置等設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中通過組態(tài)軟件與PLC之間實(shí)時(shí)通訊功能，操作人員工作上位機(jī)向PLC發(fā)出各種控制命令，同時(shí)將現(xiàn)成的信息數(shù)據(jù)通過PLC傳送給上位機(jī)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，進(jìn)而對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控，在監(jiān)控的過程中如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信息。瀝青攪拌機(jī)的上位機(jī)系統(tǒng)能夠滿足三個(gè)方面的功能，第一，它能夠利用現(xiàn)代信息技術(shù)提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示畫面、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等，通過建立用戶數(shù)據(jù)庫和工作報(bào)表數(shù)據(jù)庫，來實(shí)現(xiàn)這一功能；第二，在進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算的過程中可以利用在PID控制計(jì)算中，通過上位機(jī)程序，對(duì)不同的物料采用不同計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算，提高計(jì)算的精確度；第三，在上位機(jī)上安裝系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)和主要參數(shù)記錄，以便記錄設(shè)備的各種數(shù)據(jù)信息，為設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考信息，更好地提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3.1.2 下位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)采用三菱系列的PLC，此PLC的硬件由三部分構(gòu)成，即手動(dòng)操作、調(diào)節(jié)操作、全自動(dòng)操作，手動(dòng)操作和調(diào)節(jié)操作應(yīng)用于設(shè)備的維修與調(diào)試過程中，全自動(dòng)操作是系統(tǒng)的正常工作程序。全自動(dòng)操作系統(tǒng)能夠使攪拌站的各種設(shè)備的開停、工況的切換等均由PLC在沒有人工干預(yù)的情況下，按照預(yù)先編制的程序自動(dòng)生成，能有效地減少出錯(cuò)率，提高工作效率。在整個(gè)工作程序中要把控好瀝青流量控制，以便提高瀝青攪拌站的安全性，同時(shí)增加故障檢測(cè)進(jìn)行保護(hù)，在檢測(cè)時(shí)如果遇到故障應(yīng)及時(shí)選擇手動(dòng)操作進(jìn)行

干預(yù)。

3.1.3 變頻器。在瀝青攪拌機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，按照工程需要以及工藝流程選擇合適的變頻器控制系統(tǒng)操作，這里我們選用日本三菱FR-A500變頻器。變頻器在工作過程中的控制流程為，把貯料倉中的物料通過變頻調(diào)速輸送機(jī)，運(yùn)送到集料機(jī)上，然后測(cè)量傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，把傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)通過電流的流動(dòng)傳送給工控機(jī)，再由工控機(jī)處理傳感器的反饋數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的PID算法，計(jì)算出相應(yīng)的電流信號(hào)，把計(jì)算出的電流信號(hào)通過定影設(shè)備傳送給變頻器，變頻器接到信息后根據(jù)信號(hào)信息下達(dá)一個(gè)執(zhí)行量，根據(jù)這個(gè)執(zhí)行量控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，最后很好的調(diào)整出料倉的出料量。然后出量倉通過改變變頻器的頻率來調(diào)整相應(yīng)物料的配料流量，在這個(gè)過程中如果PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障，變頻器會(huì)發(fā)出紅色警報(bào)，此時(shí)，操作人員可以切換到手動(dòng)操作界面，進(jìn)行維修與調(diào)試。

變頻器的使用降低了交流電流的供電質(zhì)量，為了解決這種局面，在實(shí)際工作中，控制系統(tǒng)可以采用交流凈化電源單獨(dú)供電，以便保障供電質(zhì)量。

3.2 軟件設(shè)備

瀝青攪拌站的軟件設(shè)備主要微軟WINDOWS2000操作系統(tǒng)，軟件設(shè)備的工作流程和功能需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度進(jìn)行工作的執(zhí)行，要根據(jù)一定的順序來啟動(dòng)攪拌站的軟件設(shè)備：首先啟動(dòng)攪拌設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)操作，在這個(gè)工作程序中也要按照一定的程序啟動(dòng)各種設(shè)備，否則會(huì)影響瀝青混合料的質(zhì)量，擾亂工作程序。此項(xiàng)目的啟動(dòng)順序?yàn)閱?dòng)引風(fēng)機(jī)、振動(dòng)篩、熱料提升機(jī)、干燥筒、攪拌缸、斜皮帶、平皮帶等。攪拌設(shè)備的工作完成以后要按照一定的順序停止這些設(shè)備的運(yùn)行操作，停止運(yùn)行設(shè)備的順序與啟動(dòng)運(yùn)行操作的順序是完全相反的。最后由配料控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)速。

另外，要根據(jù)要求設(shè)計(jì)瀝青攪拌站的監(jiān)控軟件，此監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，它們分別是主控界面、歷史報(bào)表管理和配方管理。首先是主控界面，它是模擬瀝青冷再生攪拌站生產(chǎn)工藝流程的實(shí)時(shí)畫面；其次是歷史報(bào)表管理，它主要是分析瀝青生產(chǎn)過程，便于工作人員時(shí)刻掌握生產(chǎn)情況；最后是配方管理，它是進(jìn)行物料控制的重要內(nèi)容，此系統(tǒng)可通過柱狀圖清楚直觀地查看各配方的配比情況，有效減少人為生產(chǎn)事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能方便工作人員的工作，而且能有效減少資源的浪費(fèi)，它是一種比較先進(jìn)的瀝青攪拌監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)化水平比較高，在使用的過程中能有效地提高工作效率與質(zhì)量，具有較高的穩(wěn)定性、可靠性，而且物料的配比精度比較高，能有效地提高瀝青混凝土的產(chǎn)量和質(zhì)量。

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作者簡介：肖遠(yuǎn)飛（1973-），男，山東淄博人，濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司助理工程師，研究方向：機(jī)電類。

（責(zé)任編輯：周 瓊）