摘 要： 提出了一種全新的攪拌機控制系統(tǒng),，使用高性能管控一體化人機界面MiniHMI-1000作為人機交互平臺,，遠程數(shù)據(jù)采集嵌入式工控主板EPCM-2640作為控制器，通過反饋,、控制算法進行高精度控制,，使用Modbus進行可靠互聯(lián)通信，實現(xiàn)了一種能控制高精度混合比例的全自動化攪拌機控制系統(tǒng),。
關(guān)鍵詞： 攪拌機,；控制系統(tǒng)；MiniHMI-1000,；EPCM-2640,；Modbus
隨著政府增大基礎設施的建設，高速公路,、鐵路,、縣鄉(xiāng)公路和城市建設的投資力度進一步加大，勢必會刺激各種混凝土或瀝青攪拌機的需求,。然而,，市場上現(xiàn)有的攪拌機普遍存在生產(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。
圖1是傳統(tǒng)攪拌機的結(jié)構(gòu)框圖,?？梢园l(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的攪拌機依賴人工操作較多,，混合物的比例和攪拌機的轉(zhuǎn)動必須依靠人為設定和控制,，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,，導致生產(chǎn)的效率較低,。
改進方案的提出
為了解決攪拌機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,；為了提高自動化程度,，可以使用電機來控制物料管道的流量。圖2是使用了PID調(diào)節(jié)的自動比例控制的攪拌機系統(tǒng)框圖。
與傳統(tǒng)的攪拌機系統(tǒng)相比,，圖2增加了2個可控的電機（電機1,、電機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3控制攪拌機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。3個電機均使用了PID來實現(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(即實際的轉(zhuǎn)速)之差,，通過PID調(diào)節(jié)使e接近0時,，電機的轉(zhuǎn)速即與給定的轉(zhuǎn)速Mn趨于一致。
改進方案的具體實現(xiàn)
通過上述方案的理論分析,，改進后的攪拌機控制系統(tǒng)完全可以達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，下面將提出一個具體的實現(xiàn)方案,。
系統(tǒng)設計
采用廣州致遠電子有限公司的MiniHMI-1000人機界面作為人機交互平臺,，通過RS-485總線連接下位機控制器EPCM-2640，控制器的板載模擬量輸入端口實現(xiàn)對各種環(huán)境參數(shù)的采集,，同時控制器通過計數(shù)端口實時采集電機轉(zhuǎn)速,，使用PID算法計算輸出參數(shù)控制變頻器調(diào)節(jié)電機，實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控制,。系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖 4所示,。
下位機控制板EPCM-2640
EPCM2000系列工控主板是廣州致遠電子有限公司開發(fā)的基于LPC2300系列ARM的可擴展的遠程數(shù)據(jù)采集嵌入式工控主板，EPCM-2640作為EPCM2000系列的一員,，產(chǎn)品機械尺寸為EPIC標準尺寸(165 mm×115 mm),，擴展總線為MiniISA總線。具有資源豐富,、接口齊全,、穩(wěn)定可靠等特點。預裝正版μC/OS-II實時操作系統(tǒng)并提供板載外設驅(qū)動庫,，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C語言,，就會開發(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),，即可實現(xiàn)這些復雜功能,，從而極大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期并降低了成本。
在具體設計上,，下位機控制器EPCM-2640的2路RS-485總線采用Modbus-RTU通信協(xié)議,，一路做主機控制3個變頻器,；另一路RS-485做從機,，和人機界面MiniHMI-1000進行通信，接受人機界面設定的配置和控制程序,，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給人機界面,。自帶8路12 bit ADC，能夠?qū)ΜF(xiàn)場模擬數(shù)據(jù)進行采集,，通過定時器捕獲端口對電機的轉(zhuǎn)速進行測速,，反饋回來對電機進行PID調(diào)速。
人機界面設計
廣州致遠電子有限公司生產(chǎn)的MiniHMI-1000人機界面是一款高性能的管控一體化人機界面,。該人機界面主要特點如下：
(1)工業(yè)級32 bit嵌入式RSIC微處理器,，主頻達400 MHz；
(2)具有4路CVBS視頻輸入接口,，可顯示工程作業(yè)區(qū)實時畫面,；
(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)可外接大容量存儲設備,，保存關(guān)鍵歷史數(shù)據(jù)及產(chǎn)品配方；
(5)支持VGA擴展顯示接口,；
(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的實物圖,。
在圖 4系統(tǒng)中，人機界面系統(tǒng)作為通信主站,，與下位機控制器EPCM-2640之間的通信連接采用Modbus-RTU協(xié)議,。人機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“運行監(jiān)控”與“設置頁面”的畫面。
在操作現(xiàn)場，工作人員可通過“運行監(jiān)控”畫面（圖6所示）實時了解系統(tǒng)運行狀態(tài),、電壓/電流過載情況,、各種物料的流量、當前工作配方等信息,。高權(quán)限等級的工作人員（例如工廠管理員）可通過驗證身份（用戶名/密碼)進入“設置頁面”(圖7所示),，修改運行狀況和當前工作配方。
為了保證系統(tǒng)安全運行,，可以在報警組件中編輯報警條件表達式,，實現(xiàn)報警功能。當系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常情況時,，人機界面上將滾動顯示報警信息,。同時可通過觸發(fā)器腳本完成報警決策與錯誤處理。
現(xiàn)場運行中,，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)用戶的需求預設多種產(chǎn)品配方。現(xiàn)場更改工作配方時,，只需點擊觸摸屏相關(guān)按鈕即可,。
使用MiniHMI-1000作為上位機人機交互界面，EPCM-2640作為下位機控制器,，通過RS-485總線（Modbus協(xié)議）進行可靠通信,，實現(xiàn)了一種能控制高精度混合比例的全自動化攪拌機控制系統(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,，在實際生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實意義。