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作者簡(jiǎn)介：魏建強(qiáng)（1963-），男，畢業(yè)于北京科技大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為北京德基機(jī)械有限公司技術(shù)副總裁，副總工程師。從事大型筑路攪拌機(jī)械設(shè)備電氣控制分系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作多年，主要負(fù)責(zé)全廠筑路攪拌設(shè)備的電器控制的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試。
摘 要：本文介紹VIPA公司300S、500S PLC及200V從站系統(tǒng)在瀝青攪拌站上的應(yīng)用，并將VIPA公司PLC與同類PLC做了相應(yīng)的比較，闡述了VIPA公司PLC的突出優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：瀝青攪拌站；VIPA PLC；300S；500S；200V從站系統(tǒng)
Abstract：This paper introduces the application of VIPA 300S，500S PLC and 200V slave system in asphalt mix plant.It also gives out VIPA PLC’s prominent advantages comparing with the other PLCs.
Key words：asphalt mixing plant；VIPA PLC；300S；500S；200V salve system
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(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)部件多，工藝流程復(fù)雜。特別是用于高等級(jí)公路的設(shè)備，對(duì)瀝青、骨料、粉料的計(jì)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(duì)該設(shè)備控制系統(tǒng)性能相對(duì)要求也較高。綜合考慮上述因素，采取必要的設(shè)計(jì)措施，才能滿足高等級(jí)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(jì)量控制、除塵控制、成品倉(cāng)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(dòng)進(jìn)行計(jì)量拌料。目前控制系統(tǒng)基本采用PC+PLC的控制模式，上位機(jī)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(jī)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(diǎn)
2.1 通用特點(diǎn)
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(jī)的性能，因此PLC選型應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
·動(dòng)態(tài)計(jì)量要求PLC運(yùn)算速度快，掃描周期應(yīng)在10ms以內(nèi)；
·設(shè)備控制點(diǎn)多，要求PLC內(nèi)存要大，要有一定余量；
·通訊速度要快，上位機(jī)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(kuò)展；
·在整機(jī)性能滿足要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低成本，提高整機(jī)的性能價(jià)格比。
2.2 特點(diǎn)比較
VIPA推出的300S系列PLC特點(diǎn)是：CPU運(yùn)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(jì)數(shù)器等端口）、編程與STEP7完全兼容，程序無需修改可直接運(yùn)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，選用了VIPA的可編程控制器，先后設(shè)計(jì)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(jī)內(nèi)：
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(chǎng)各控制箱中作為系統(tǒng)中的從站，對(duì)本單元設(shè)備進(jìn)行采集與控制。系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，實(shí)現(xiàn)瀝青攪拌站過程控制。
3 PLC的程序設(shè)計(jì)
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(jì)量控制、溫度控制、成品倉(cāng)控制等。
3.1 計(jì)量控制
計(jì)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，本系統(tǒng)利用其對(duì)石料、粉料、瀝青等稱量值進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，PLC根據(jù)生產(chǎn)配方對(duì)稱量信號(hào)運(yùn)算處理后，由輸出模塊自動(dòng)控制石料秤門、粉料螺旋輸送機(jī)、瀝青泵等開啟停止，進(jìn)行計(jì)量控制以及攪拌控制等。
程序設(shè)計(jì)了6種石料計(jì)量、3種粉料計(jì)量、1種瀝青計(jì)量、1種添加劑計(jì)量。為了提高計(jì)量精度，各計(jì)量程序中編制了落差自動(dòng)修正功能，計(jì)量中即有靜態(tài)修正又有動(dòng)態(tài)修正控制；為了提高油石比精度，瀝青計(jì)量采用二次計(jì)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(yùn)算，再按配方進(jìn)行噴灑。石料計(jì)量采用雙料門控制，粉料計(jì)量螺旋采用變頻器調(diào)速控制，使計(jì)量級(jí)配更加準(zhǔn)確。
3.2 溫度控制
（1）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(dòng)配合。
（2）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(shí)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。
（3）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(duì)負(fù)壓進(jìn)行控制。
3.3 成品倉(cāng)控制
（1）成品倉(cāng)是瀝青攪拌站的重要組成部分，成品倉(cāng)控制主要是運(yùn)料小車的卷揚(yáng)控制，運(yùn)料小車根據(jù)指令在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)將成品料運(yùn)送至不同的倉(cāng)位。
（2）小車卷揚(yáng)控制關(guān)鍵是小車的精確定位。功能的實(shí)現(xiàn)是利用CPU-314ST中集成的4路高速計(jì)數(shù)單元配合編碼器和變頻器來實(shí)現(xiàn)。
3.4 功能擴(kuò)展與兼容
（1）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(huì)不斷增加，一體化控制要求PLC具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。CPU-314ST單機(jī)架32模塊的可擴(kuò)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。
（2）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(gè)控制系統(tǒng)改造的問題，對(duì)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(dòng)和軟件改動(dòng)。
4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)選用FameView工業(yè)組態(tài)軟件，采用以太網(wǎng)方式與VIPA-PLC通訊（100MHz），運(yùn)行在WINDOWS 2000/XP環(huán)境下。隨著客戶對(duì)攪拌站工藝要求的提高上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)一般要求具有復(fù)雜的畫面功能，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時(shí)交互的配方報(bào)表，報(bào)警功能。上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)的功能實(shí)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(duì)實(shí)現(xiàn)上述功能提供了完美解決方案。
（1）主畫面：生產(chǎn)流程監(jiān)控和計(jì)量監(jiān)控，在生產(chǎn)過程中切換到其他控制畫面。
（2）控制子畫面：供料控制，設(shè)備控制，加熱控制等。
（3）生產(chǎn)設(shè)定：生產(chǎn)攪拌參數(shù)設(shè)定，存儲(chǔ)配方和調(diào)用配方，在此系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了200個(gè)配方，可隨意地以文件形式另存在硬盤或軟盤中。
（4）PLC狀態(tài)監(jiān)控：真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)的I/O狀態(tài)，利于故障的檢查和排除。
（5）數(shù)據(jù)管理：隨時(shí)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(kù)，便于匯總查詢和打印：根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)表的內(nèi)容，可控制打印機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)逐行或逐頁打印。
（6）資料管理：主要是各種報(bào)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(jī)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度進(jìn)行了對(duì)比，原S7-400系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的掃描周期為7毫秒，采用新系統(tǒng)運(yùn)行后，對(duì)VIPA-314ST CPU系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的掃描周期為2毫秒，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(jī)的動(dòng)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有量較高，技術(shù)成熟，即使生產(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(shí)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(yùn)行更加安全、可靠、性能更優(yōu)異。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)