[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用，并將VIPA公司PLC與同類PLC做了相應的比較，闡述了VIPA公司PLC的突出優(yōu)勢，對PLC、PC、HMI單元作了設計說明;該系統(tǒng)投入應用后，不但降低了成本還提升了整套控制系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)的運行更加安全、可靠、性能更優(yōu)異，達到設計目的。

[關鍵詞] 瀝青攪拌站，VIPA PLC，300S，500S，200V從站系統(tǒng)

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(zhuǎn)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(yè)，工作環(huán)境惡劣，因此對該設備控制系統(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(tǒng)的任務是按照工藝流程順序控制各部設備,按生產(chǎn)配方自動進行計量拌料。目前控制系統(tǒng)基本采用PC+HMI+PLC的控制模式，上位機PC, HMI主要用于下發(fā)控制指令進行生產(chǎn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)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(tài)計量要求PLC運算速度快，掃描周期應在10ms以內(nèi)
• 設備控制點多，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(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：

• 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)

      為了適應出口產(chǎn)品的需要，滿足設備快速安裝，便于移動的要求，在2008年初我們開發(fā)設計了分布式總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)系統(tǒng)以應用在2000型瀝青攪拌站上,控制系統(tǒng)按設備結構分解為八個獨立單元，安裝在現(xiàn)場相應設備處，并在工廠內(nèi)完成單元局部配線，現(xiàn)場只鋪設電源線通訊線，實現(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,急停按鈕.便于現(xiàn)場操作與維護. 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，對本單元設備進行采集與控制。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。

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

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。STEP 7編程軟件采用的是模塊式結構編程，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. VIPA 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(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,進行計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種石料累計計量、3種粉料累計計量、1種瀝青計量、１種添加劑計量;攪拌控制，報表數(shù)局上傳處理等

      石料計量采用雙料門氣缸控制，計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，使計量級配更加準確。

      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。瀝青含量過少、過多都會降低瀝青混凝土強度，影響壓實度和穩(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致路面“泛油”。因此必須嚴格控制油石比使其誤差達到±0.3%以內(nèi)。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,待石料、粉料稱量完成后，經(jīng)過二次運算，再按配方進行噴灑，提高了出料質(zhì)量。

     粉料計量是采用計量螺旋控制。根據(jù)拌和工藝不同，粉料設定變化范圍大，當設定重量較小時,會產(chǎn)生誤差較大, 當設定重量較大時,計量時間較長,影響生產(chǎn)速度,為了提高計量精度,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，嚴重時還會引起瀝青老化、結焦。因此必須嚴格控制混合料溫度瀝青混合料溫度控制是關鍵生產(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, 溫度高低由風門大小調(diào)節(jié)，采用快速響應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進行控溫，自動調(diào)節(jié)風油比跟蹤設定的熱骨料溫度。

      除塵器負壓是燃燒器燃燒效率的關鍵因素之一，測量滾筒負壓并及時調(diào)節(jié)引風風門使其穩(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對負壓進行自動控制。

3.3成品倉控制

      成品倉是瀝青攪拌站的重要組成部分，運料小車根據(jù)指令在規(guī)定的時間范圍內(nèi)將計量攪拌好的成品料運送至不同的倉位。小車采用施耐德ATV71變頻器驅(qū)動，利用 CPU-314ST中集成的4路高速計數(shù)單元對安裝在電動機上的編碼器進行計數(shù)，實現(xiàn)小車的精確定位。

      程序由功能塊FB300,FC310組成，包擴高速計數(shù)設置，選倉控制，倉位測量定位，變頻器控制。

3.4功能擴展與兼容

      攪拌站控制系統(tǒng)中還包括：供料控制功能塊FB20，電動機控制功能FC150等，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(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

      上位機采用工業(yè)電腦+人機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,上位機組態(tài)系統(tǒng)一般要求具有復雜的畫面功能，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。

      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。具有全中文友好界面，新穎，簡單而強大的組態(tài)功能，可快速簡捷完成生產(chǎn)任務。組態(tài)軟件支持3000點變量系統(tǒng)，能準確控制每個生產(chǎn)工藝細節(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)軟件強大的多屏功能,電腦系統(tǒng)配置雙顯示器，一臺用來顯示設備監(jiān)控畫面，一臺用來顯示數(shù)據(jù)和進行生產(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)控和計量監(jiān)控；

      通過下拉菜單和點擊按鈕，完成多種操作任務；在生產(chǎn)過程可中切換到其他控制畫面。為防止誤操作，相關按鈕增加了連鎖條件和操作權限；

b)      控制子畫面：

供料控制，設備控制，加熱控制等。

c)       生產(chǎn)設定：

      生產(chǎn)攪拌參數(shù)設定, 存儲配方和調(diào)用配方，在此系統(tǒng)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，并能方便地轉(zhuǎn)存為EXCEL文件。

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，可控制打印機進行實時逐行或逐頁打??；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)相關的信息。

g)      組態(tài)支持GRPS/CDMA/電話撥號通訊，可遠程監(jiān)控生產(chǎn)情

況和PLC工作狀況。遠程計算機可以訪問工地生產(chǎn)數(shù)據(jù)，監(jiān)控設備運行情況。

h)      組態(tài)支持短信功能，可以通過手機接受來自工地現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況。另外還可提供視頻采集設備，支持CDMA和局域網(wǎng)傳輸，通過視頻服務器和監(jiān)控站更直觀的監(jiān)控現(xiàn)場工況。

4.2人機界面系統(tǒng)

      人機界面系統(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，可實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和監(jiān)視。基于WINDOWS 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：堅固耐用，穩(wěn)定可靠，簡便易用。

      人機界面配套組態(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蟮模诜柕捻椖俊?strong>

      人機界面組態(tài)畫面功能組成分為電機控制頁,冷料控制頁,燃燒系統(tǒng)頁,參數(shù)設定頁,運行狀態(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.對人機界面的操作為觸摸式,簡單直接.人機界面系統(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,將按鈕開關控制集成,使操控系統(tǒng)變的簡約化.電機控制頁集中了所有現(xiàn)場設備電機,觸模式啟停按鈕,動態(tài)的電機狀態(tài)文字標識.冷料控制頁主要是冷倉電機啟停和速度調(diào)節(jié),其中速度調(diào)節(jié)實現(xiàn)數(shù)字化,對速度的控制更加精確.燃燒系統(tǒng)頁主要是對引風門,鼓風門的控制和燃燒器點火控制, 引風門,鼓風門和燃燒器工作狀態(tài)一目了然.參數(shù)設定頁是生產(chǎn)過程中必要的所有參數(shù),包括每鍋骨料,粉料,瀝青的設定,生產(chǎn)任務的制定,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定,數(shù)值設定均采用彈出式數(shù)字小鍵盤來完成,方便快捷.運行狀態(tài)頁顯示了設備正常運轉(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，小車運行情況，數(shù)字顯示加高亮反色顯示讓操作人員對設備運行狀況一幕了然。報警信息頁面顯示了工程技術人員多年工程經(jīng)驗總結出的檢測點和故障點信息。主要有電機運行狀況報警，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。

      人機界面可以作為一套獨立的系統(tǒng),他能完成日常生產(chǎn)任務.電控系統(tǒng)中人機界面主要是和電腦系統(tǒng)配合互為冗余,提高上位機的可靠性。電腦生產(chǎn)過程中人機界面也可以同時干預，提高了操作的靈活性，拓寬了操作界面，在應急處理過程中表現(xiàn)出非凡的優(yōu)越性。

5．結束語

      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。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投入運行,產(chǎn)品遠銷到澳大利亞,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，設備性能穩(wěn)定；兩個系統(tǒng)的運行速度我們也進行了對比，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，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。

作者簡介

魏建強    1963 男 漢族，籍貫  北京市，學士，工程師，電控部

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