1.概述
瀝青攪拌設備主要用于高速公路的建設和維護, 是一種復雜的綜合配套設備，獨立運轉部件多，工藝流程復雜。特別是用于高等級公路的設備，對瀝青、骨料、粉料的計量精度和溫度要求高，設備由于在野外作業，工作環境惡劣，因此對該設備控制系統性能相對要求也較高。綜合考慮上述因素，采取必要的設計措施，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。其控制系統的任務是按照工藝流程順序控制各部設備,按生產配方自動進行計量拌料。目前控制系統基本采用PC+PLC的控制模式，上位機PC主要用于下發控制指令進行生產監控與數據管理；下位機PLC負責全部的過程控制。
2.可編程序控制器（ PLC ）在攪拌樓控制中的應用特點
2.1 通用特點
PLC作為瀝青混凝土攪拌設備控制的核心元件，其性能直接影響整機的性能，因此PLC選型應注意以下幾點：
• 動態計量要求PLC運算速度快，掃描周期應在10ms以內
• 設備控制點多，要求PLC內存要大，要有一定余量
• 通訊速度要快，上位機畫面刷新速度應大于5次/秒
• 選用模塊化PLC，便于系統擴展.
• 在整機性能滿足要求的前提下，盡量簡化系統，降低成本，提高整機的性能價格比。
2.2 特點比較
目前控制系統大多采用的西門子PLC，其中S7-400（S7-412）是大型PLC，CPU速度快，內存大，性能優異，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、內存大（2MB）、通訊接口多（具有PROFIBUS-DP主站、MPI、內置以太網接口等,并且集成了高速模擬量輸入,高速計數器等端口）、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。
為了提高設備性能，降低成本，我們選用了VIPA的可編程控制器,先后設計了集中式控制系統與分布式總線控制系統:
2.3集中式控制系統
選用VIPA-300S PLC，系統的組成為：
• 300S-CPU：VIPA 314-6CF02
• 300V數字量輸出模板：VIPA 322-1BL00
• 300V數字量輸入模板：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
選用VIPA-515S 板卡式CPU為主站, 安裝在控制室的工控機內：
現系統的組成為：
• 500S-CPU： VIPA 515-2AJ00
• 200V-DP模板： VIPA 253-1DP01
• 200V數字量輸出模板: VIPA 221-1BF00
• 200V數字量輸入模板：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，安裝在現場各控制箱中作為系統中的從站，對本單元設備進行采集與控制。系統采用PROFIBUS-DP現場總線通訊，實現瀝青攪拌站過程控制。
3．PLC 的程序設計
VIPA PLC采用西門子STEP7編程軟件進行編程，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鍵的部分，要求PLC A/D采集精度高,響應迅速,稱量控制準確. CPU-314ST中集成的4路AD單元, 采集速度可達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、瀝青等稱量值進行動態采集,PLC根據生產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,進行計量控制以及攪拌控制等。
程序設計了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,計量中即有靜態修正又有動態修正控制; 為了提高油石比精度,瀝青計量采用二次計量方式,先按設定重量的120%稱量,待骨料、粉料稱量完成后，經過二次運算，再按配方進行噴灑。石料計量采用雙料門控制；粉料計量螺旋采用變頻器調速控制，使計量級配更加準確。
3.2 溫度控制
• 瀝青混合料溫度控制是關鍵生產工藝。精確控溫需要燃燒器，除塵器的聯動配合。
• 石料采用燃燒器烘焙加熱,溫度高低由風門大小調節同時受骨料含水量等外部條件影響。PLC采用內置的溫度調節功能塊進行控溫。
• 除塵器負壓是燃燒器燃燒效率的關鍵因素之一，PLC利用內置 PID功能塊對負壓進行控制。
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，運料小車根據指令在規定的時間范圍內將成品料運送至不同的倉位。
• 小車卷揚控制關鍵是小車的精確定位。功能的實現是利用 CPU-314ST中集成的4路高速計數單元配合編碼器和變頻器來實現。
3.4功能擴展與兼容
• 隨著道路施工工藝的不斷改進更新，瀝青攪拌站外圍設備會不斷增加，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備的加入提供了便利的操作和可靠的保證。
• 瀝青攪拌設備控制的智能化和人性化要求日益突出，過去生產的攪拌站就面臨著一個控制系統改造的問題，對于舊的采用西門子PLC的控制系統應用VIPA PLC改造快捷方便，減少了硬件改動和軟件改動。
4．上位機軟件設計
上位機選用FameView工業組態軟件，采用太網方式與VIPA-PLC通訊（100MHz），運行在WINDOWS 2000 / XP環境下。隨著客戶對攪拌站工藝要求的提高上位機組態系統一般要求具有復雜的畫面功能，強大的數據處理功能和實時交互的配方報表，報警功能。上位機組態系統的功能實現依賴于與PLC的無障礙快速通訊。VIPA PLC的以太網通訊模式對實現上述功能提供了完美解決方案。
a) 主畫面：生產流程監控和計量監控；
在生產過程中切換到其他控制畫面。
b)控制子畫面：供料控制，設備控制，加熱控制等。
c） 生產設定：生產攪拌參數設定, 存儲配方和調用配方，在此系統中設計了200個配方；可隨意地以文件形式另存在硬盤或軟盤中。
d) PLC狀態監控：真實反映現場的I/O狀態，利于故障的檢查和排除；
e)數據管理：隨時記錄每一循環的稱量數據，數據保存SQL Server 2000大型數據庫，便于匯總查詢和打印打印：根據數據報表的內容，可控制打印機進行實時逐行或逐頁打印；
f)資料管理：主要是各種報警提示和維修保養相關的信息。
5．結束語
北京德基機械有限公司是生產瀝青攪拌站的專業廠家，原控制系統采用西門子S7-400系列PLC。兩個系統的運行速度我們也進行了對比，原S7- 400系統運行時的掃描周期為7毫秒，采用VIPA-314ST CPU系統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），上位機的動態監控畫面也因此顯得更加流暢。
由于本系統完全兼容S7-300系列產品，其I/O模塊國內市場占有量較高，技術成熟，既使生產過程中PLC控制系統硬件發生故障，也可以立即查明原因更換相應器件，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的性能，使全系統的運行更加安全、可靠、性能更優異。 |
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