時間:2011-04-18 13:50:29來源:xuliyuan
[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,對PLC、PC、HMI單元作了設(shè)計(jì)說明;該系統(tǒng)投入應(yīng)用后,不但降低了成本還提升了整套控制系統(tǒng)的性能,系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全、可靠、性能更優(yōu)異,達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
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。特別是用于高等級公路的設(shè)備,對瀝青、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(jì)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(jì)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(jì)量拌料。目前控制系統(tǒng)基本采用PC+HMI+PLC的控制模式,上位機(jī)PC, HMI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):
2.2 特點(diǎn)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(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,我們選用了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)
在2006年我們選用VIPA-300S PLC應(yīng)用在1300型瀝青攪拌站上,系統(tǒng)采用集中控制模式.
系統(tǒng)的組成為:
2.4分布式控制系統(tǒng)
為了適應(yīng)出口產(chǎn)品的需要,滿足設(shè)備快速安裝,便于移動的要求,在2008年初我們開發(fā)設(shè)計(jì)了分布式總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)系統(tǒng)以應(yīng)用在2000型瀝青攪拌站上,控制系統(tǒng)按設(shè)備結(jié)構(gòu)分解為八個獨(dú)立單元,安裝在現(xiàn)場相應(yīng)設(shè)備處,并在工廠內(nèi)完成單元局部配線,現(xiàn)場只鋪設(shè)電源線通訊線,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速安裝。每個單元控制柜均裝有外操作總電源開關(guān),急停按鈕.便于現(xiàn)場操作與維護(hù). 以滿足出口及國內(nèi)高端客戶的需求。
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);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(shí)現(xiàn)瀝青攪拌站過程控制。
系統(tǒng)的組成為:
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。STEP 7編程軟件采用的是模塊式結(jié)構(gòu)編程,可以分為組織塊(OB) 、系統(tǒng)功能塊或系統(tǒng)功能(SFB或SFC) 、功能塊(FB) 、功能(FC) 、背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)和數(shù)據(jù)塊(DB) 等。OB塊中的OB1是必須的,其他塊根據(jù)需要來增減。本系統(tǒng)PL C程序部分用到了主程序循環(huán)OB1、循環(huán)中斷OB32、暖啟動OB100等組織塊。另外還用到了自定義的功能FC、數(shù)據(jù)塊DB、系統(tǒng)功能塊SFB等。程序包括計(jì)量控制功能塊FB100, 供料控制FB20,溫度控制FC51,除塵控制FC60,成品倉控制FB300等。下面就采用VIPA 300S的集中式控制系統(tǒng)做簡單介紹.
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. VIPA 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(yùn)算處理后,由輸出模塊自動控制石料秤門、粉料螺旋輸送機(jī)、瀝青泵等開啟停止,進(jìn)行計(jì)量控制以及攪拌過程控制等。
功能塊FB100采用梯形圖編制,包括模擬采集變換,生產(chǎn)配方處理, 6種石料累計(jì)計(jì)量、3種粉料累計(jì)計(jì)量、1種瀝青計(jì)量、1種添加劑計(jì)量;攪拌控制,報表數(shù)局上傳處理等
石料計(jì)量采用雙料門氣缸控制,計(jì)量程序要按照拌和工藝根據(jù)不同情況及時調(diào)整拌和參數(shù)。例如,在熱料倉滿料和缺料兩種情況下拌和參數(shù)是不大一樣的,此時的空中落料質(zhì)量有很大的差別,滿倉時百十公斤而空倉時只有幾公斤,這要在程序中及時自動修正調(diào)整。在計(jì)量程序中編制了落差自動修正功能,計(jì)量中即有靜態(tài)修正又有動態(tài)修正控制,使計(jì)量級配更加準(zhǔn)確。
油石比精度及自動跟蹤油石比是瀝青混合料質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。瀝青含量過少、過多都會降低瀝青混凝土強(qiáng)度,影響壓實(shí)度和穩(wěn)定度,含量過多還會在礦料顆粒間形成自由瀝青而最終導(dǎo)致路面“泛油”。因此必須嚴(yán)格控制油石比使其誤差達(dá)到±0.3%以內(nèi)。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,待石料、粉料稱量完成后,經(jīng)過二次運(yùn)算,再按配方進(jìn)行噴灑,提高了出料質(zhì)量。
粉料計(jì)量是采用計(jì)量螺旋控制。根據(jù)拌和工藝不同,粉料設(shè)定變化范圍大,當(dāng)設(shè)定重量較小時,會產(chǎn)生誤差較大, 當(dāng)設(shè)定重量較大時,計(jì)量時間較長,影響生產(chǎn)速度,為了提高計(jì)量精度,提高生產(chǎn)效率,采用變頻器控制螺旋速度,根據(jù)粉料設(shè)定重量,自動調(diào)節(jié)PLC模擬量輸出大小,調(diào)節(jié)變頻器速度,控制粉料計(jì)量.
3.2 溫度控制
瀝青混合料的出料溫度是影響施工質(zhì)量的一個重要因素。溫度過低會影響混合料質(zhì)量,產(chǎn)生拌和不均勻的“花料”現(xiàn)象,而且不利于攤鋪碾壓;而過高的溫度又會造成燃料等很大的浪費(fèi),嚴(yán)重時還會引起瀝青老化、結(jié)焦。因此必須嚴(yán)格控制混合料溫度瀝青混合料溫度控制是關(guān)鍵生產(chǎn)工藝。
溫度控制程序由功能FC51(燃燒器控制), FC60(除塵控制)組成,石料采用燃油燃燒器烘焙加熱, 溫度高低由風(fēng)門大小調(diào)節(jié),采用快速響應(yīng)的非接觸式紅外線測溫儀測溫,此信號反饋給PLC,程序調(diào)用PLC內(nèi)置的溫度調(diào)節(jié)功能塊FB59進(jìn)行控溫,自動調(diào)節(jié)風(fēng)油比跟蹤設(shè)定的熱骨料溫度。
除塵器負(fù)壓是燃燒器燃燒效率的關(guān)鍵因素之一,測量滾筒負(fù)壓并及時調(diào)節(jié)引風(fēng)風(fēng)門使其穩(wěn)定,為充分燃燒提供條件;程序調(diào)用PLC內(nèi)置 PID功能塊FB42對負(fù)壓進(jìn)行自動控制。
3.3成品倉控制
成品倉是瀝青攪拌站的重要組成部分,運(yùn)料小車根據(jù)指令在規(guī)定的時間范圍內(nèi)將計(jì)量攪拌好的成品料運(yùn)送至不同的倉位。小車采用施耐德ATV71變頻器驅(qū)動,利用 CPU-314ST中集成的4路高速計(jì)數(shù)單元對安裝在電動機(jī)上的編碼器進(jìn)行計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)小車的精確定位。
程序由功能塊FB300,FC310組成,包擴(kuò)高速計(jì)數(shù)設(shè)置,選倉控制,倉位測量定位,變頻器控制。
3.4功能擴(kuò)展與兼容
攪拌站控制系統(tǒng)中還包括:供料控制功能塊FB20,電動機(jī)控制功能FC150等,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(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。
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(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)采用工業(yè)電腦+人機(jī)界面組合成雙操作系統(tǒng)
4.1電腦組態(tài)軟件
隨著客戶對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)時交互的配方報表,報警功能。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)通訊模式對實(shí)現(xiàn)上述功能提供了完美解決方案。
上位機(jī)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(yùn)行在WINDOWS 2000 / XP環(huán)境下。具有全中文友好界面,新穎,簡單而強(qiáng)大的組態(tài)功能,可快速簡捷完成生產(chǎn)任務(wù)。組態(tài)軟件支持3000點(diǎn)變量系統(tǒng),能準(zhǔn)確控制每個生產(chǎn)工藝細(xì)節(jié),3000個圖素的畫面能在1秒之內(nèi)更新,高速的畫面更新使畫面更流暢,更美觀。利用組態(tài)軟件強(qiáng)大的多屏功能,電腦系統(tǒng)配置雙顯示器,一臺用來顯示設(shè)備監(jiān)控畫面,一臺用來顯示數(shù)據(jù)和進(jìn)行生產(chǎn)操作。組態(tài)操作界面采用菜單,子菜單,按鈕超級鏈接等方式切換畫面。畫面有:
a) 主畫面:生產(chǎn)流程監(jiān)控和計(jì)量監(jiān)控;
通過下拉菜單和點(diǎn)擊按鈕,完成多種操作任務(wù);在生產(chǎn)過程可中切換到其他控制畫面。為防止誤操作,相關(guān)按鈕增加了連鎖條件和操作權(quán)限;
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(jì)了200個配方;可隨意地以文件形式另存在硬盤或軟盤中,并能方便地轉(zhuǎn)存為EXCEL文件。
d) PLC狀態(tài)監(jiān)控:
真實(shí)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(jī)進(jìn)行實(shí)時逐行或逐頁打??;并能方便地轉(zhuǎn)存為EXCEL文件
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。
g) 組態(tài)支持GRPS/CDMA/電話撥號通訊,可遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)情
況和PLC工作狀況。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以訪問工地生產(chǎn)數(shù)據(jù),監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。
h) 組態(tài)支持短信功能,可以通過手機(jī)接受來自工地現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況。另外還可提供視頻采集設(shè)備,支持CDMA和局域網(wǎng)傳輸,通過視頻服務(wù)器和監(jiān)控站更直觀的監(jiān)控現(xiàn)場工況。
4.2人機(jī)界面系統(tǒng)
人機(jī)界面系統(tǒng)采用SIMATIC TP 270型觸摸式操作面板,采用MPI/DP方式與VIPA-300S通訊,可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和監(jiān)視?;赪INDOWS CE操作系統(tǒng),TP270提供有創(chuàng)新性的操作員控制和監(jiān)視功能以及固有的操作員面板的優(yōu)點(diǎn):堅(jiān)固耐用,穩(wěn)定可靠,簡便易用。
人機(jī)界面配套組態(tài)軟件為Simatic Protool CS,Protool用于Win98/nt/xp,基于完整的圖形用戶界面不需要特殊的編程知識就可以輕松創(chuàng)建面向?qū)ο蟮?,基于符號的?xiàng)目。
人機(jī)界面組態(tài)畫面功能組成分為電機(jī)控制頁,冷料控制頁,燃燒系統(tǒng)頁,參數(shù)設(shè)定頁,運(yùn)行狀態(tài)頁,報警信息頁.組態(tài)畫面布局清晰合理,畫面切換和刷新速度快.對人機(jī)界面的操作為觸摸式,簡單直接.人機(jī)界面系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的手動和自動操作,是一種全新的操控概念,他保持了傳統(tǒng)控制方式所特有的操作特點(diǎn),將按鈕開關(guān)控制集成,使操控系統(tǒng)變的簡約化.電機(jī)控制頁集中了所有現(xiàn)場設(shè)備電機(jī),觸模式啟停按鈕,動態(tài)的電機(jī)狀態(tài)文字標(biāo)識.冷料控制頁主要是冷倉電機(jī)啟停和速度調(diào)節(jié),其中速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,對速度的控制更加精確.燃燒系統(tǒng)頁主要是對引風(fēng)門,鼓風(fēng)門的控制和燃燒器點(diǎn)火控制, 引風(fēng)門,鼓風(fēng)門和燃燒器工作狀態(tài)一目了然.參數(shù)設(shè)定頁是生產(chǎn)過程中必要的所有參數(shù),包括每鍋骨料,粉料,瀝青的設(shè)定,生產(chǎn)任務(wù)的制定,攪拌時間,小車卸料時間,拌鍋門開時間,加粉延時和加瀝青延時的設(shè)定,數(shù)值設(shè)定均采用彈出式數(shù)字小鍵盤來完成,方便快捷.運(yùn)行狀態(tài)頁顯示了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的重要信息,主要包括稱量情況,成品倉,瀝青,砂倉,除塵器出入口溫度,砂震,粉倉硫化狀況,小車運(yùn)行情況,數(shù)字顯示加高亮反色顯示讓操作人員對設(shè)備運(yùn)行狀況一幕了然。報警信息頁面顯示了工程技術(shù)人員多年工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的檢測點(diǎn)和故障點(diǎn)信息。主要有電機(jī)運(yùn)行狀況報警,稱量超重,缺料報警,溫度超溫報警和成品倉系統(tǒng)中倉位,小車位置,液壓油狀況報警等信息。報警提示以紅色高亮閃爍表現(xiàn),非常醒目。在其它畫面顯示狀態(tài)時遇有報警畫面上彈出一小驚嘆號,并伴有高亮閃。
人機(jī)界面可以作為一套獨(dú)立的系統(tǒng),他能完成日常生產(chǎn)任務(wù).電控系統(tǒng)中人機(jī)界面主要是和電腦系統(tǒng)配合互為冗余,提高上位機(jī)的可靠性。電腦生產(chǎn)過程中人機(jī)界面也可以同時干預(yù),提高了操作的靈活性,拓寬了操作界面,在應(yīng)急處理過程中表現(xiàn)出非凡的優(yōu)越性。
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。自2006年以來我們采用VIPA-300S PLC用于瀝青攪拌站控制,現(xiàn)以有數(shù)十套VIPA PLC投入運(yùn)行,產(chǎn)品遠(yuǎn)銷到澳大利亞,印度,餓羅斯,中東等國家地區(qū);系統(tǒng)自投入使用以來,故障率較低,設(shè)備性能穩(wěn)定;兩個系統(tǒng)的運(yùn)行速度我們也進(jìn)行了對比,原S7-400系統(tǒng)運(yùn)行時的掃描周期為7毫秒,采用VIPA-314ST CPU系統(tǒng)運(yùn)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,上位機(jī)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(yùn)行更加安全、可靠、性能更優(yōu)異。
作者簡介
魏建強(qiáng) 1963 男 漢族,籍貫 北京市,學(xué)士,工程師,電控部
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