搅拌站电气控制系统的设计与应用

本文介绍了一种沥青混凝土搅拌设备的自动控制系统，该系统将先进的计算机控制技术、PLC控制技术、变频调速技术、精确称量技术结合在一起，以工控机组态作为上位机进行监控，触摸屏作为人机操作界面。分析了搅拌设备的工艺流程及控制系统的功能，建立了控制系统组成结构，研究了系统硬件设计和软件设计中的主要要求及实现方法。该系统在实际应用中稳定可靠，配比精度高，操作简便、直观，取得了很好的效果。

系统的资源配置和工艺流程

沥青混凝土搅拌设备主要包括配料系统、干燥系统、燃烧系统、提升系统、振动筛、热料贮存仓、称量搅拌系统、沥青供给系统等机构。控制系统主要任务是实时调节冷骨料级配供料皮带的转速，保证热骨料储仓的粒料在要求的范围之内，通过调节燃烧器风门与油门的开度，控制干燥筒出料槽口的料温，使其在设定值的允许误差范围之内。

按配料比例及所设定的生产率计算并称量各种粒料、粉料、沥青的重量，然后放料入搅拌缸中，使其搅拌均匀，达到设定搅拌时间时，把搅拌缸中的成品料装入运料车或者通过提升机把成品料送入成品料仓储存。该设备生产工艺流程图如图1所示：

图1设备生产工艺流程图

控制系统功能和要求

该控制系统采用先进的计算机控制技术与多层网络结构+先进控制算法对生产过程进行自动控制。主要特点为采用PLC作下位机，按照工艺参数与流程要求对各种配料的称重计量、输送、搅拌、加热保温的各种泵、搅拌电机、电磁阀等开关量和温度、压力等模拟量进行监测控制，实现冷骨料供料系统的自动调节控制，干燥筒加热温度的检测与控制，各种骨料、沥青、粉料的配料称量、搅拌时间控制，成品料提升储存，沥青温度、热料储仓温度检测及生产过程中有关数据处理与打印等任务，能纪录完整的生产工艺数据，在触摸屏和计算机屏幕上显示工艺流程中各阀门、电机的运行状况，同时对各种温度超限、阀门故障、料位超限进行声光报警，并且设有“自动”和“手动”两种状态。

当现场出现故障或要对工艺进行人工干预时，可将开关转换至手动状态，对各种执行机械进行手动操作，这样技术人员可以重新设定新的参数，操作人员在现场处理紧急问题，从而达到了理想的效果。这种控制方式使设备的配料比精度和生产率有了较大的提高，大大减轻了操作人员的劳动强度，是国内沥青混凝土生产控制发展的主流方向。

系统设计和组成

系统采用一台工控机作为上位机，以可编程序控制器作为控制核心，以触摸屏作为用户人机操作界面，称重系统采用METTLER TOLEDO公司Panther系列精密称量显示仪表和称量传感器，骨料上料系统和粉料加料系统采用变频器组成闭环控制系统。

燃烧系统采用进口燃烧器，配以红外温度传感器和Pt100温度传感器，采用变频器控制风门、油门开度实现温度控制。上位机通过MPI多点接口与下位机PLC进行通讯，通过I/O输入、输出板卡与变频器、温度传感器进行通讯，对现场设备的运行进行集中监控、统一调度，实现远程控制。

PLC与触摸屏采用RS-232C通讯接口，双绞线连接。操作人员随时可以通过计算机了解现场的运行状况，进行参数设定和手动控制。同时，设备运行及系统的各种历史数据则存储在计算机的数据库中，随时可以查阅、显示和打印输出。

系统配置

(1)软件部分

微软 WINDOWS 2000操作系统；西门子WINCC V5.1组态软件；西门子softnet-S7软件；西门子S7-300编程软件STEP7；触摸屏编程软件NTST3.31C。

(2)硬件配置

P4 2.8G CPU；512M DDR内 存；64M显卡；80G硬 盘；4个USB2．0接口；17英寸CRT显示 器、掩模式工业键盘、鼠标套装；32CH光隔数据采集卡；模拟量输入、输出模块。

PLC采用德国西门子的S7-300系列CPU，选用S7-315-DP可编程控制器，内置PID模块，48K存储器，I／O能扩展到2048点，西门子CP561l通讯卡。

触摸屏选用欧姆龙NT631C-ST141B真彩液晶触摸屏。

在上料和称量系统中，粉料计量和添加采用“先称量后输送”的结构，提高了计量准确度和输送速度。粉料仓采用新粉仓和回收粉仓分离，配置两个螺旋输送器，实现新粉和回收粉按比例添加。热骨料中的每种规格骨料，均采用大小料仓分别投放，同时结合控制程序实现冲量自动跟踪修正，自动调整料仓称、放料时间，提高了热骨料的计量准确度。

沥青的称量采用双气缸控制三通旋塞阀，首先依据设定量进行第一次粗称，然后按照骨料与粉料实际投放值及预设油石比，进行二次补充沥青称量。实现实时跟踪油石比，提高沥青计量准确度和沥青混合料的配比精确度，减少了称量时间。

PLC采集现场各种开关量信号，获取设备动态信息。同时输出各种控制信号，驱动继电器动作后，控制现场各种执行元件如电磁阀、电动执行器、电动机等进行相应动作。该系统还配置了高精度模拟量输入、输出单元，可以同步采集现场各种模拟量信号，并及时准确地将各种料的称量数据信号进行实时传送控制。

PLC中内置的用户应用程序是专为设备度身订做，能够实现整个系统从运行开始、上料、点火、称量直至最后搅拌出料等一系列动作的自动连续运行。针对骨料，粉料，沥青的不同称量特点，系统还专门设计不同称量校正程序，从而能够实现各种料的动态高精度称量。

触摸屏与PLC配套设计了不同状态下的控制操作画面。在不同的操作画面中，可以通过触摸相应的按钮开关来执行相应的操作。同时，可以在画面中记录和观察各种数据和信号。如图2所示自动操作画面，当按下开始按钮后，系统开始自动循环进行从上料、称量、放料、搅拌直至出料的整个工作过程，各个过程连续进行互不影响，中间无需人干预，当达到设定的生产量后，系统自动停止。对于小的干扰波动系统会自动进行调整。

同时操作人员可以通过画面对各种信号的称量数据进行监测。如遇到紧急情况可按下急停按钮，系统立即停止自动动作，转入手动操作画面。在手动操作画面，操作员可以方便的进行各种手动操作，进行试车，配比试料，处理问题等操作，同时记录和观察各种数据和信号。参数设置画面可以方便地设置系统运行时的各项参数，配料比例，搅拌时间、次数等参数。报表画面可以自动记录每一次称量后的产量，配料比以及累积产量等数据。

图2 系统人机操作界面

该自动控制系统已在某筑路机械公司大型沥青混凝土搅拌站中配套使用，使用过程中，系统稳定可靠，配比精度高，计量精度达到骨料±0.5%，粉料±0.5%，沥青±0.3%。实现了上料、配料、出料的自动化，按照生产工艺要求完成了各种顺序控制，称量控制。在实际应用中取得了很好的效果，提高了沥青混凝土的产量和质量。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“搅拌站电气控制系统的设计与应用”，作者为杨聚庆、刘娇月。）

来源：电气技术