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.
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(jià)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。
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
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):
現(xiàn)在系統(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,。
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(yǔ)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,我們利用其對(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。
3.2 溫度控制
• 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。
• 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,。
• 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
• 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?yè)P(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,。
• 小車卷?yè)P(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
• 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,。
• 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,。
a) 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,。
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(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,。
d) 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。
e) 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?。焊鶕?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(yè)打印,。
f) 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(yǔ)
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)行速度我們也進(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VIPA-314ST CPU系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(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,,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(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,。