基于沥青拌合楼的计算机智能控制系统分析

薛立新

【摘要】沥青拌合楼是当今市政道路修筑的主要设备，其装备程度是否先进直接影响拌合料质量以及市政道路建设水平和速度。本文为了适应沥青路面的时代要求，通过实际调研提出基于PLC的沥青拌合楼计算机智能控制系统方案。

【关键词】沥青拌合楼；监控系统；PLC

沥青拌合楼是市政道路建设的专用设备之一，主要是结合实际施工需要将骨料、粉料、沥青等筑路材料按照一定比例在一定的温度下搅拌均匀，用来铺设市政道路路面，因此设备是否先进直接影响铺筑的沥青路面的质量。近年来，我国市政道路发展迅速，其路面建设对沥青混凝土性能和质量以及沥青拌合楼控制方法提出了更高要求，因此，必须综合考虑各方面因素，采取必要的设计措施。随着计算机技术、网络技术的发展，在沥青拌合楼控制系统中应用计算机网络技术、先进控制技术来提高沥青拌合楼的网络化、智能化和自动化已成为必然趋势，基于此本文主要提出沥青拌合楼计算机智能控制系统方案。

一、沥青搅拌设备控制系统

根据沥青拌合设备工艺流程，控制系统需要完成包括骨料初配、传送、筛分、提升、热骨料的存储以及粉料提升、沥青脱水、骨料计量、混合料搅拌、成品输送等在内的整个沥青混凝土生产流程的控制，各个环节设备的自动启停、逻辑联锁等也由控制系统实现，以实现沥青混凝土生产过程的自动化。同时，在设备运行期间，通过监控系统实时监控主要工艺参数，并自动报警和生成报表。沥青搅拌设备控制系统的最终目标是形成符合要求的成品料，并使温度、计量精度达到国家规定的工艺技术标准及要求。这就决定了沥青拌合楼控制系统必须具备强大的控制与数据采集、数据传输功能。

二、沥青拌合楼的计算机智能控制系统方案

强制式沥青拌合楼的控制设备输入输出点数较多且分布较为分散，导致控制结构相对复杂。为此，在系统方案中，采用SIMATIC S7-300PLC、现场总线技术并接合串级控制，充分发挥SIMATIC S7-300PLC在控制上自带PID功能块的优势，实现对沥青拌合楼的温度、称重等工艺参数的自动控制和调整。其控制结构如图1。PLC作为本系统的核心控制器，主要作用表现在：负责拌合楼拌料、设定参数；协调从站之间的工作；完成对整个系统的逻辑控制和PID调节的运算控制；向操作站提供所采集和处理的数据，并执行操作站所发出的指令；转换PID运算数据结果为模拟信号；通过通信电缆和DP协议对变频器内部参数进行读写和控制。

图1 强制式沥青拌合楼PLC控制结构图

随着科技水平的提高和控制技术的发展，沥青拌合楼称量系统已经逐步实现了向依靠先进传感器和PLC等高精度设备和先进的控制理念的方向发展。骨料称量系统可靠性、准确度和精确性直接影响混合料的质量，在整套设备中起着十分重要的作用。可将控制系统设计为三种工作状态，即调整、半自动、自动，用于适应设备正常的工作要求，在调整状态下，可手动操作调整设备各个生产模块的动作，由半自动实现各个生产模块的单循环工作，自动状态实现整个系统的连续工作。整个骨料称量过程由PLC控制完成，并将称好的骨料投入搅拌锅中，结构图见图2。从图可以看出，按照骨料粒径大小不同，分别由五个仓上的控制阀门和搅拌锅的控制阀门、骨料传感器等组成，在PLC的控制下完成整个称量过程，首先根据PLC各个设备之间的输入循环和输出循环确定哪些为PLC的输入、输出，之后计算出控制系统对PLC的输入和输出的数目。

图2 骨料称量过程图

沥青拌合楼的数据采集是对沥青储罐和拌合机的采集。拌合楼数据的采集完全由计算机控制系统完成，从而保证数据真实性以及与生产单位数据的一致性；增加了对沥青储罐的采集，可保证沥青进出储罐的量的正确性，还能有效防止沥青流失。这里以基于GPRS的数据传输系统和计算机控制室来实现沥青拌合楼的数据采集。沥青拌合楼数据采集示意图见图3。

图3 沥青拌合楼数据采集示意图

增加具有高可靠性的工业控制计算机，将其安装在操作室，与以太网Profinet及连接在计算机上的打印机组成监控级，Profinet使用标准以太网作为连接介质，选用TCP/IP作为系统的通信协议，加上应用层的RPC/DCOM完成节点之间的通信和网络寻址。使用交换机构建数据交换网络，将DP的控制器通过通讯模块连接到Profinet，这样能在工程师站使用Step7通过以太网进行编程。控制站PLC编程和硬件组态在Step7中完成，采用FAMEVIEW组态软件，FAMEVIEW与PLC之间的通信协议采用Step7中的协议通道，系统中选择以TCP/IP通信方式实现。利用FAMEVIEW组态软件实现对整个沥青拌合楼动态模拟现实工艺流程图、参数设置、工作方式切换、配方查询、大功率电机运行状态监控等，实现重要数据的历史存档，并提供重要数据超限声光报警，当生产过程中设备出现故障，及时报警，并提示相应的处理方法。通过进行相应的配置，方便监控系统与PLC控制系统进行数据交换及对沥青拌合楼进行操作和监控，监控系统中，主要由登陆、参数设置、主工作、开始计量、电机启动、冷料仓启动、燃烧控制、电机工作状态监控、除尘控制监控、成品仓监控等页面组成。监控中心是传输数据的核心所在，可实时显示设备和系统的运行状态，而且设计监控系统，做成多种监控页面，替代了原有操作面板和显示记录仪表等，有利于管理整个网络状况。

三、结语

总之，沥青拌合楼是市政道路建设的专用设备之一，其装备程度是否先进直接影响拌合料质量以及市政道路建设水平和速度，应用计算机網络技术、先进控制技术来提高沥青拌合楼的网络化、智能化和自动化是其发展必然趋势。在科技日新月异的今天，应积极推广高新技术的应用，使其转化为生产力，通过应用计算机智能控制系统，提高沥青拌合站各项工艺技术指标，降低能耗和操作人员劳动强度，提高设备自动化、智能化水平，创造可观的经济效益和社会效益。

参考文献：

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