摘 要： 提出了一種全新的攪拌機(jī)控制系統(tǒng),，使用高性能管控一體化人機(jī)界面MiniHMI-1000作為人機(jī)交互平臺(tái),，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集嵌入式工控主板EPCM-2640作為控制器，通過反饋,、控制算法進(jìn)行高精度控制,，使用Modbus進(jìn)行可靠互聯(lián)通信，實(shí)現(xiàn)了一種能控制高精度混合比例的全自動(dòng)化攪拌機(jī)控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 攪拌機(jī),；控制系統(tǒng),；MiniHMI-1000；EPCM-2640,；Modbus
隨著政府增大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),，高速公路、鐵路,、縣鄉(xiāng)公路和城市建設(shè)的投資力度進(jìn)一步加大,，勢必會(huì)刺激各種混凝土或?yàn)r青攪拌機(jī)的需求。然而,，市場上現(xiàn)有的攪拌機(jī)普遍存在生產(chǎn)效率低,、成品混合物比例不精確、成品質(zhì)量較低,、人為參與成分較多等缺點(diǎn),。
圖1是傳統(tǒng)攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖?？梢园l(fā)現(xiàn),，傳統(tǒng)的攪拌機(jī)依賴人工操作較多，混合物的比例和攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)必須依靠人為設(shè)定和控制,，使得混合物的比例精度差,，攪拌出來的混合物料質(zhì)量不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)的效率較低,。
改進(jìn)方案的提出
為了解決攪拌機(jī)的混合物比例不精確的問題,，可以通過反饋控制來調(diào)節(jié)配料的流量和比例；為了提高自動(dòng)化程度,，可以使用電機(jī)來控制物料管道的流量,。圖2是使用了PID調(diào)節(jié)的自動(dòng)比例控制的攪拌機(jī)系統(tǒng)框圖。
與傳統(tǒng)的攪拌機(jī)系統(tǒng)相比,，圖2增加了2個(gè)可控的電機(jī)（電機(jī)1,、電機(jī)2）,，控制物料A和物料B的管道流量,，替代原來繁瑣的人工填料；電機(jī)3控制攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速,。3個(gè)電機(jī)均使用了PID來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制,，使得配料的比例非常精確，攪拌的速度完全可控,。
圖3是其中1路電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID系統(tǒng)框圖,，其中Mn是給定的轉(zhuǎn)速(Ma、Mb或Mc),，e是給定轉(zhuǎn)速和采樣的轉(zhuǎn)速(即實(shí)際的轉(zhuǎn)速)之差,，通過PID調(diào)節(jié)使e接近0時(shí),，電機(jī)的轉(zhuǎn)速即與給定的轉(zhuǎn)速M(fèi)n趨于一致。
改進(jìn)方案的具體實(shí)現(xiàn)
通過上述方案的理論分析,，改進(jìn)后的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)完全可以達(dá)到提高配料的比例精確度,、降低人為操作成分和提高生產(chǎn)效率的目的，下面將提出一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)方案,。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采用廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的MiniHMI-1000人機(jī)界面作為人機(jī)交互平臺(tái),，通過RS-485總線連接下位機(jī)控制器EPCM-2640，控制器的板載模擬量輸入端口實(shí)現(xiàn)對各種環(huán)境參數(shù)的采集,，同時(shí)控制器通過計(jì)數(shù)端口實(shí)時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速,，使用PID算法計(jì)算輸出參數(shù)控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的閉環(huán)控制,。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖 4所示,。
下位機(jī)控制板EPCM-2640
EPCM2000系列工控主板是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的基于LPC2300系列ARM的可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集嵌入式工控主板，EPCM-2640作為EPCM2000系列的一員,，產(chǎn)品機(jī)械尺寸為EPIC標(biāo)準(zhǔn)尺寸(165 mm×115 mm),，擴(kuò)展總線為MiniISA總線。具有資源豐富,、接口齊全,、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。預(yù)裝正版μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并提供板載外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫,，固化了FAT32文件系統(tǒng),、TCP/IP協(xié)議、Modbus協(xié)議等,，真正做到了“只要會(huì)C語言,，就會(huì)開發(fā)產(chǎn)品”，用戶無需了解TCP/IP,、Modbus,、CAN-bus等協(xié)議，也無需了解ARM內(nèi)部寄存器,，只需要簡單地調(diào)用API函數(shù),，即可實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜功能，從而極大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期并降低了成本,。
在具體設(shè)計(jì)上,，下位機(jī)控制器EPCM-2640的2路RS-485總線采用Modbus-RTU通信協(xié)議，一路做主機(jī)控制3個(gè)變頻器,；另一路RS-485做從機(jī),，和人機(jī)界面MiniHMI-1000進(jìn)行通信，接受人機(jī)界面設(shè)定的配置和控制程序，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給人機(jī)界面,。自帶8路12 bit ADC,，能夠?qū)ΜF(xiàn)場模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過定時(shí)器捕獲端口對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測速,，反饋回來對電機(jī)進(jìn)行PID調(diào)速,。
人機(jī)界面設(shè)計(jì)
廣州致遠(yuǎn)電子有限公司生產(chǎn)的MiniHMI-1000人機(jī)界面是一款高性能的管控一體化人機(jī)界面。該人機(jī)界面主要特點(diǎn)如下：
(1)工業(yè)級32 bit嵌入式RSIC微處理器,，主頻達(dá)400 MHz,；
(2)具有4路CVBS視頻輸入接口，可顯示工程作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)畫面,；
(3)采用26萬色10.4英寸高亮度,、高對比度工業(yè)級液晶顯示器；
(4)可外接大容量存儲(chǔ)設(shè)備,，保存關(guān)鍵歷史數(shù)據(jù)及產(chǎn)品配方,；
(5)支持VGA擴(kuò)展顯示接口；
(6)支持iCAN,、CANopen,、DeviceNet等工業(yè)現(xiàn)場總線通信協(xié)議。
圖5是MiniHMI-1000的實(shí)物圖,。
在圖 4系統(tǒng)中,，人機(jī)界面系統(tǒng)作為通信主站，與下位機(jī)控制器EPCM-2640之間的通信連接采用Modbus-RTU協(xié)議,。人機(jī)界面的畫面編輯采用與MiniHMI-1000配套的組態(tài)軟件HMI Developer Suite,，簡稱HDS。
圖6,、圖7分別為“運(yùn)行監(jiān)控”與“設(shè)置頁面”的畫面,。
在操作現(xiàn)場，工作人員可通過“運(yùn)行監(jiān)控”畫面（圖6所示）實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),、電壓/電流過載情況,、各種物料的流量、當(dāng)前工作配方等信息,。高權(quán)限等級的工作人員（例如工廠管理員）可通過驗(yàn)證身份（用戶名/密碼)進(jìn)入“設(shè)置頁面”(圖7所示),，修改運(yùn)行狀況和當(dāng)前工作配方。
為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行,，可以在報(bào)警組件中編輯報(bào)警條件表達(dá)式,，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常情況時(shí),，人機(jī)界面上將滾動(dòng)顯示報(bào)警信息。同時(shí)可通過觸發(fā)器腳本完成報(bào)警決策與錯(cuò)誤處理。
現(xiàn)場運(yùn)行中,，需要通過改變各種物料的流量搭配比例來改變混合物的屬性,。使用HDS的配方管理功能可以根據(jù)用戶的需求預(yù)設(shè)多種產(chǎn)品配方。現(xiàn)場更改工作配方時(shí),，只需點(diǎn)擊觸摸屏相關(guān)按鈕即可,。
使用MiniHMI-1000作為上位機(jī)人機(jī)交互界面，EPCM-2640作為下位機(jī)控制器,，通過RS-485總線（Modbus協(xié)議）進(jìn)行可靠通信,，實(shí)現(xiàn)了一種能控制高精度混合比例的全自動(dòng)化攪拌機(jī)控制系統(tǒng)，能夠減少繁瑣的人工控制成分,，提高混合物的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。