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早期工業(yè)自動化控制系統(tǒng)功能簡單 ,可靠性差 ,運行極不穩(wěn)定,嚴(yán)格地說只能稱其為電路系統(tǒng), 而不具備真正意義上的自動化控制系統(tǒng)。20 世紀(jì) 70 年代末以來,隨著以電子計算機為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)的發(fā)展,單片機、計算機和目前國際上先進的可編程控制器( PLC) 廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。而在公路交通領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用和最為重要的自動化控制系統(tǒng)就是瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)。

以單片機為主體架構(gòu)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在一般的工業(yè)和民用領(lǐng)域有著優(yōu)異的表現(xiàn)。但是對于大型機械設(shè)備的控制 ,其控制精度、可靠性、穩(wěn)定性都無法達到實際需求。例如瀝青攪拌設(shè)備 ,其機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并有復(fù)雜的電氣電路系統(tǒng) , 現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾大; 其自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)難度高, 牽涉電氣電路控制、溫度控制、物料計量控制等 ; 對于產(chǎn)品質(zhì)量有著特殊的要求,瀝青混合料配比精度直接影響公路的使用壽命 、 路面性能等。這就要求系統(tǒng)必須具備控制精度高 、 性能穩(wěn)定、可靠性高等基本條件 。目前單片機無法滿足大型機械設(shè)備的控制要求, 其系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜 , 接插件較多,耦合性高,客觀上增大了故障率 ; 程序設(shè)計繁瑣 、 冗長,增加了系統(tǒng)開發(fā)周期, 降低了系統(tǒng)可擴展性 ; 在物料計量精度的控制上很難達到國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,無法勝任高等級路面的鋪設(shè)。

可編程控制器是目前國際上先進的自動化控制設(shè)備,其性能非?？煽?,抗干擾能力強 ,運行穩(wěn)定 ,控制精度高, 數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確、可靠 。能夠完成 I/O 操作、 A/D 轉(zhuǎn)換 、 D/A 轉(zhuǎn)換、溫度控制等功能 。目前國際上廣泛采用可編程控制器作為大型機械設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的主體架構(gòu)已是公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。目前瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)主要有 3 種。

1　 計算機為主控設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)

采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)以計算機作為中央控制中心 ,信號采集使用內(nèi)置 ISA 總線 AD 卡來實現(xiàn) ,計算機對 AD卡采樣信號進行綜合識別處理后作出執(zhí)行動作判斷并發(fā)出相應(yīng)的控制指令給自制開關(guān)量板( 帶CPU 由單片機構(gòu)成) , 自制開關(guān)量板輸出開關(guān)量用以驅(qū)動外部執(zhí)行機構(gòu)動作 。

該體系結(jié)構(gòu)缺點是系統(tǒng)編程復(fù)雜 , 既要對 AD 卡采樣、信號濾波和計算機及 AD 卡間的相互通訊進行編程 ,又要對計算機與自制開關(guān)量板間的相互通訊及指令協(xié)調(diào)進行編程 ,大大增加了系統(tǒng)的實現(xiàn)難度。自制的開關(guān)量板穩(wěn)定性很差 , 故障率高 ,極易損壞 ,且難維修,板卡損壞后用戶不得不重新更換。內(nèi)置 AD 卡故障不但影響信號采集和通訊, 還有可能導(dǎo)致計算機故障而使整個系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。計算機與自制開關(guān)量板和 AD卡間較高的耦合性造成了整個系統(tǒng)的高故障率和不穩(wěn)定性 ,若發(fā)生故障 ,其后果難以預(yù)料。

總體上,采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)耦合性高 ,安裝調(diào)試復(fù)雜,可靠性差,性能不穩(wěn)定 ,故障率高 ,可擴展性差 ,系統(tǒng)升級改造困難 ,通用性差 。由于該系統(tǒng)抗干擾能力差 ,誤動作多 ,控制精度低, 死機現(xiàn)象嚴(yán)重, 因此不適合用于大型機械設(shè)備控制 。

2　 計算機 + 儀表秤 +自制開關(guān)量板( 或 PLC) 的體系結(jié)構(gòu)

采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)也是以計算機為核心進行通訊和指令控制 ,以儀表秤作為信號通訊模塊 ; 以自制開關(guān)量板或 PLC 實現(xiàn)開關(guān)量的輸入輸出 。

該系統(tǒng)以計算機為控制中心進行通訊和指令控制,這一點與體系結(jié)構(gòu) 1相同,一旦計算機出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓, 造成無法彌補的損失 。開關(guān)量輸出若采用自制開關(guān)量板亦將增加系統(tǒng)的故障率, 降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。儀表秤價格昂貴, 維護費用高昂, 一旦損壞則必須更換新設(shè)備 ; 而且儀表秤作為儀表其性能已經(jīng)固化 ,無法根據(jù)實際需求進行更改 ,標(biāo)定復(fù)雜; 可擴展性差 ,目前最多只有 4 個輸出點 。

總之,該系統(tǒng)以計算機為核心的架構(gòu)無法從根本上解決其高故障率、編程復(fù)雜、耦合性高、穩(wěn)定性差等缺點,即便使用 PLC 也只能提高其局部穩(wěn)定性, 整體性能不會有太大改善; 另外,該系統(tǒng)雖然采用了 PLC 和儀表秤,但系統(tǒng)整合性不強,外部接插件較多, 系統(tǒng)連接復(fù)雜,整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作難; 某一部分的損壞都將不得不更換新的設(shè)備 ,維護性較差; 要從根本上提高其整體性能則必須徹底改變以計算機為核心的體系結(jié)構(gòu)。

3　 計算機+PLC 的體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)采用國際上先進的高性能PLC 為主控設(shè)備,PLC 與計算機之間連接松散, 耦合性低,且 PLC 可獨立于計算機運行; 信號采集使用 PLC擴展的AD模塊, 其性能非常穩(wěn)定, 當(dāng)通道損壞時不必更換新的 AD 模塊 , 因為其有備用的通道可供使用。PLC 輸入輸出點的損壞也不影響 PLC 和整個系統(tǒng)的運行,只需要更換輸入輸出點即可。

可編程控制器作為控制系統(tǒng)的主控設(shè)備, 用以實現(xiàn)模擬量輸入處理和開關(guān)量輸入輸出處理, 保證了數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確、可靠。輸入輸出點從理論上講是可以無限擴展的 ,如此增強了系統(tǒng)的可擴展性 。中央監(jiān)控計算機與 GOT 作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備, 用以實時監(jiān)控 PLC 的工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù) 。要注意的是二者是兩套相互獨立的系統(tǒng),它們之間互不依賴。

中央監(jiān)控計算機采用了 Windows 98 平臺 ,監(jiān)控軟件用Microsoft Visual Basic 開發(fā) ,并以Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫,監(jiān)控系統(tǒng)界面友好、 運行穩(wěn)定、 操作簡單。系統(tǒng)監(jiān)控界面實時顯示主要工作參數(shù), 操作人員可以直觀地監(jiān)視外部設(shè)備的工作狀況, 及時發(fā)現(xiàn)問題, 實時修改工作參數(shù); 中央監(jiān)控計算機還可以完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲 、 報表打印任務(wù) ,充分發(fā)揮了計算機的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理能力; 另外 , 運用計算機強大的圖形處理功能,監(jiān)控軟件可以生動、 直觀地模擬設(shè)備工作狀況并及時進行報警提示 ,使得系統(tǒng)操作更為簡便直觀 ,作為系統(tǒng)操作人員所需關(guān)注的就是整個系統(tǒng)及設(shè)備的管理。

觸摸屏的作用和計算機大體相同, 不同的是它的操作非常簡便快捷。計算機需要專業(yè)人員操作而它無需具備計算機專業(yè)知識 , 所有操作只需用手指輕松點觸畫面就可完成 。作為與 PLC 相匹配的外部擴展模塊,其優(yōu)越的可靠性和穩(wěn)定性大大增強了系統(tǒng)的工作性能 。

以可編程控制器為主控設(shè)備的控制系統(tǒng) ,配料秤輸出點可任意擴展, 實現(xiàn)二次補償 ,以確保配料精確可靠,計量精度高 ?？删幊炭刂破鞯牟捎帽ＷC了系統(tǒng)功能強大 、 可靠性高 、控制精度高。體系結(jié)構(gòu)采用模塊式,各控制單元由統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模塊組成 ,可編程控制器的采用,保證了數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確 、 可靠 。

4　 瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)示例

以西安漢道交通科技有限責(zé)任公司與中國建筑第七工程局機械廠聯(lián)合開發(fā)的 LB 系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)為例詳述自動化控制系統(tǒng)。

4. 1　 系統(tǒng)組成

( 1)中央監(jiān)控計算機 ;

( 2)可編程控制器( PLC) ;

( 3)A/D 模塊 ;

( 4)高性能變送器;

( 5)圖形操作終端( 觸摸屏/GOT) ;

( 6)稱重傳感器 ;

( 7)打印機 ;

( 8)不間斷穩(wěn)壓電源( UPS) 。

4. 2　 系統(tǒng)功能

( 1)全自動與手動工作模式;

( 2)計算機全程監(jiān)控 ;

( 3)圖形操作終端( 觸摸屏) 監(jiān)控;

( 4)石料稱重、配料動作;

( 5)瀝青稱量、配料動作;

( 6)粉料稱量、配料動作;

( 7)配料自動補償;

( 8)成品料提升機動作及保護 ;

( 9)主要生產(chǎn)過程參數(shù)顯示;

( 10)熱骨料溫度監(jiān)控 ;

( 11)各主要電機電流監(jiān)控 ;

( 12)故障報警提示;

( 13)存儲生產(chǎn)過程參數(shù);

( 14)打印生產(chǎn)過程報告。

4. 3　 系統(tǒng)特性

( 1)基于Windows98 操作系統(tǒng) , 界面友好 ,易于操作,運行穩(wěn)定;

( 2)以 Visual Basic 為開發(fā)工具,Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫;

( 3)雙獨立監(jiān)控系統(tǒng)( 計算機監(jiān)控、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)) ;

( 4)連接線簡單 ;

( 5) 易于維護和調(diào)試;

( 6) 高可靠性 ;

( 7) 高精度控制;

( 8) 標(biāo)定方便( 采用軟件標(biāo)定) ;

( 9) 操作簡單 。

4. 4　 微機控制界面設(shè)計內(nèi)容

系統(tǒng)微機控制軟件以 Windows 為平臺 , 使用 Mi-crosoft Visual Basic 開發(fā)工具設(shè)計, 并以Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫, 界面友好 ,操作簡便 ,運行穩(wěn)定 。

界面設(shè)計風(fēng)格遵循 Windows 標(biāo)準(zhǔn) , 您可以看到類似Windows98 界面的菜單、命令按鈕 、狀態(tài)條、工具條等。界面頂端為菜單 ,有配方表、 報表打印、 沖量設(shè)置、標(biāo)定等菜單項。底部為狀態(tài)條 ,顯示配方設(shè)定值、實際值、 系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)及幫助信息。中間是模擬動畫監(jiān)控區(qū)域 ,畫有機械設(shè)備示意圖形 ,可以生動形象地看到運行部件的工作狀況, 物料計量過程和生產(chǎn)流程 、 故障報警提示等 。

微機控制軟件是 PLC 的前臺監(jiān)控系統(tǒng) , 用以監(jiān)控PLC 工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù)。其主要功能為 :

( 1)設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù), 主要是配方的設(shè)置 ,包括石料、瀝青、粉料含量設(shè)定以及拌和的時間 、放料時間的設(shè)定;

( 2)實時顯示系統(tǒng)工作參數(shù) ,包括各物料秤的動態(tài)稱值、 配方設(shè)定值 、 實際稱量值、溫度曲線圖 、 電流曲線圖 、 熱料倉和粉料倉料位指示等 ;

( 3)存儲和處理生產(chǎn)數(shù)據(jù) ,報表打印 ;

( 4)進行系統(tǒng)設(shè)置,如沖量設(shè)置和物料秤標(biāo)定 ,它們直接影響系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性 。

4. 5　 系統(tǒng)的標(biāo)定

基于單片機架構(gòu)的系統(tǒng)之標(biāo)定非常繁瑣 ,往往標(biāo)定時間都在數(shù)小時以上, 既費時又費力, 而且精度較差?；趦x表秤的系統(tǒng)標(biāo)定較為復(fù)雜, 須系統(tǒng)工程師才可完成 ,精度也較差,不能實現(xiàn)智能控制。標(biāo)定精度將直接影響整個系統(tǒng)的控制精度, 最終影響瀝青混合料配合比 ,標(biāo)定精度是系統(tǒng)之關(guān)鍵所在 。

基于 PLC 外加計算機架構(gòu)的系統(tǒng)標(biāo)定一改以往之繁瑣,不需要專業(yè)技術(shù)人員就可完成 ,操作簡便 。其不需要通過調(diào)節(jié)硬件模塊來調(diào)整物料秤稱值 ,可以通過界面控制軟件填入初始化數(shù)值, 計算機將自動調(diào)整采樣值。下面以 LB2000 瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)為例對其進行說明。

系統(tǒng)的標(biāo)定是指物料的標(biāo)定, 一般情況下 ,在系統(tǒng)初始運行時電子秤計算機顯示值和實際稱量值是不一致的 ,標(biāo)定的目的是為了使顯示值和實際稱量值一致。

LB系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)的標(biāo)定是通過軟件來實現(xiàn)的 ,在軟件標(biāo)定窗口只需填寫初始參數(shù),計算機就會自動調(diào)整顯示值使之與實際值一致。標(biāo)定所需初始參數(shù)有“額定配重”、“當(dāng)前采樣值”和“調(diào)整值” 。

標(biāo)定初始參數(shù)的含義為:

( 1)“額定配重”為當(dāng)前物料秤所掛砝碼重量額定值。

( 2)“當(dāng)前采樣值”為當(dāng)前物料秤額定配重下之計算機采樣值。

( 3)“調(diào)整值”為當(dāng)前額定配重下需經(jīng)計算機調(diào)整的采樣值 。

標(biāo)定時先確定標(biāo)定砝碼重量, 填入額定配重欄 ,將砝碼放置在物料秤上,“當(dāng)前采樣值”顯示當(dāng)前計算機采樣值,將之填入調(diào)整值一欄 ,確認(rèn)即可 。

4. 6　 觸摸屏監(jiān)控的操作

觸摸屏作為 PLC 的圖形操作終端( GOT) 與計算機處于同等地位, 通過 RS-422端口與 PLC 進行通信用以監(jiān)控 PLC 的工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù)。觸摸屏內(nèi)置多個畫面 ,用以實現(xiàn)各種監(jiān)控功能 ,其操作簡單 ,無須任何外部操作設(shè)備 ,用手指點觸畫面激活區(qū)域就可完成相應(yīng)操作 。

GOT 作為 PLC 的擴展模塊, 與 PLC 有著較強的整合性 ,加之自身性能可靠、穩(wěn)定, 在穩(wěn)定性方面優(yōu)于計算機 ; 因此即便不使用計算機 ,也絲毫不影響系統(tǒng)的工作性能。

觸摸屏主要功能: 過程參數(shù)顯示、 稱值、 系統(tǒng)設(shè)定 、配料設(shè)定 、 時間設(shè)定、 沖量設(shè)定等,觸摸屏與計算機之間是相互獨立,互不依賴的關(guān)系,并且它們與 PLC 之間也是相互獨立,互不依賴的。觸摸屏除不能存儲生產(chǎn)記錄、 打印報表外能完成計算機所能完成的所有工作 。

5　 結(jié)語

通過對常見三種瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)體系架構(gòu)的介紹,以及系統(tǒng)可靠性 、 穩(wěn)定性、控制精度、耦合性和可擴展性的分析比較 ,我們得出以下結(jié)論 :

以PLC 作為系統(tǒng)控制核心的體系結(jié)構(gòu)徹底擺脫了以往以計算機為核心的架構(gòu)束縛, 從根本上解決了可靠性差 、 穩(wěn)定性低 、 控制精度不高和可擴展性差的弊端,提高了系統(tǒng)的整體性能。

現(xiàn)將 LB 系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)的性能概括如下 :

( 1)基于 PLC 為主控設(shè)備的控制系統(tǒng), 其系統(tǒng)整合性較強 ,其它系統(tǒng)需要較多外部接插件來完成的工作PLC 自身都可以完成, 既降低了系統(tǒng)的連接復(fù)雜性,又提高了系統(tǒng)可靠性 。

( 2)PLC 與計算機 、 AD 模塊和GOT 間的耦合性較低,計算機僅作為 PLC 外部設(shè)備承擔(dān)管理和監(jiān)控工作,也就是說, 除 AD 模塊外 ,PLC 可獨立于其它外部設(shè)備( 如計算機) 運行 ,確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 大大降低了故障率 。

( 3)采用高性能的AD 模塊,保證了數(shù)據(jù)輸入輸出的可靠性及通訊的穩(wěn)定和信號采樣的精確可靠 ,從而確保了系統(tǒng)的可靠性 。

( 4)PLC 強大的功能可以實現(xiàn)配料的二次計量,二次補償使得物料秤動態(tài)計量精度和配比精度有著顯著的提高 ,在眾多瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位 。早期工業(yè)自動化控制系統(tǒng)功能簡單 ,可靠性差 ,運行極不穩(wěn)定,嚴(yán)格地說只能稱其為電路系統(tǒng), 而不具備真正意義上的自動化控制系統(tǒng)。20 世紀(jì) 70 年代末以來,隨著以電子計算機為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)的發(fā)展,單片機、計算機和目前國際上先進的可編程控制器( PLC) 廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。而在公路交通領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用和最為重要的自動化控制系統(tǒng)就是瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)。

以單片機為主體架構(gòu)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在一般的工業(yè)和民用領(lǐng)域有著優(yōu)異的表現(xiàn)。但是對于大型機械設(shè)備的控制 ,其控制精度、可靠性、穩(wěn)定性都無法達到實際需求。例如瀝青攪拌設(shè)備 ,其機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并有復(fù)雜的電氣電路系統(tǒng) , 現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾大; 其自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)難度高, 牽涉電氣電路控制、溫度控制、物料計量控制等 ; 對于產(chǎn)品質(zhì)量有著特殊的要求,瀝青混合料配比精度直接影響公路的使用壽命 、 路面性能等。這就要求系統(tǒng)必須具備控制精度高 、 性能穩(wěn)定、可靠性高等基本條件 。目前單片機無法滿足大型機械設(shè)備的控制要求, 其系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜 , 接插件較多,耦合性高,客觀上增大了故障率 ; 程序設(shè)計繁瑣 、 冗長,增加了系統(tǒng)開發(fā)周期, 降低了系統(tǒng)可擴展性 ; 在物料計量精度的控制上很難達到國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,無法勝任高等級路面的鋪設(shè)。

可編程控制器是目前國際上先進的自動化控制設(shè)備,其性能非?？煽?,抗干擾能力強 ,運行穩(wěn)定 ,控制精度高, 數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確、可靠 。能夠完成 I/O 操作、 A/D 轉(zhuǎn)換 、 D/A 轉(zhuǎn)換、溫度控制等功能 。目前國際上廣泛采用可編程控制器作為大型機械設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的主體架構(gòu)已是公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。目前瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)主要有 3 種。

1　 計算機為主控設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)

采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)以計算機作為中央控制中心 ,信號采集使用內(nèi)置 ISA 總線 AD 卡來實現(xiàn) ,計算機對 AD卡采樣信號進行綜合識別處理后作出執(zhí)行動作判斷并發(fā)出相應(yīng)的控制指令給自制開關(guān)量板( 帶CPU 由單片機構(gòu)成) , 自制開關(guān)量板輸出開關(guān)量用以驅(qū)動外部執(zhí)行機構(gòu)動作 。
瀝青攪拌站控制系統(tǒng)

該體系結(jié)構(gòu)缺點是系統(tǒng)編程復(fù)雜 , 既要對 AD 卡采樣、信號濾波和計算機及 AD 卡間的相互通訊進行編程 ,又要對計算機與自制開關(guān)量板間的相互通訊及指令協(xié)調(diào)進行編程 ,大大增加了系統(tǒng)的實現(xiàn)難度。自制的開關(guān)量板穩(wěn)定性很差 , 故障率高 ,極易損壞 ,且難維修,板卡損壞后用戶不得不重新更換。內(nèi)置 AD 卡故障不但影響信號采集和通訊, 還有可能導(dǎo)致計算機故障而使整個系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。計算機與自制開關(guān)量板和 AD卡間較高的耦合性造成了整個系統(tǒng)的高故障率和不穩(wěn)定性 ,若發(fā)生故障 ,其后果難以預(yù)料。

總體上,采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)耦合性高 ,安裝調(diào)試復(fù)雜,可靠性差,性能不穩(wěn)定 ,故障率高 ,可擴展性差 ,系統(tǒng)升級改造困難 ,通用性差 。由于該系統(tǒng)抗干擾能力差 ,誤動作多 ,控制精度低, 死機現(xiàn)象嚴(yán)重, 因此不適合用于大型機械設(shè)備控制 。

2　 計算機 + 儀表秤 +自制開關(guān)量板( 或 PLC) 的體系結(jié)構(gòu)

采用該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)也是以計算機為核心進行通訊和指令控制 ,以儀表秤作為信號通訊模塊 ; 以自制開關(guān)量板或 PLC 實現(xiàn)開關(guān)量的輸入輸出 。
瀝青攪拌站控制系統(tǒng) 

該系統(tǒng)以計算機為控制中心進行通訊和指令控制,這一點與體系結(jié)構(gòu) 1相同,一旦計算機出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓, 造成無法彌補的損失 。開關(guān)量輸出若采用自制開關(guān)量板亦將增加系統(tǒng)的故障率, 降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。儀表秤價格昂貴, 維護費用高昂, 一旦損壞則必須更換新設(shè)備 ; 而且儀表秤作為儀表其性能已經(jīng)固化 ,無法根據(jù)實際需求進行更改 ,標(biāo)定復(fù)雜; 可擴展性差 ,目前最多只有 4 個輸出點 。

總之,該系統(tǒng)以計算機為核心的架構(gòu)無法從根本上解決其高故障率、編程復(fù)雜、耦合性高、穩(wěn)定性差等缺點,即便使用 PLC 也只能提高其局部穩(wěn)定性, 整體性能不會有太大改善; 另外,該系統(tǒng)雖然采用了 PLC 和儀表秤,但系統(tǒng)整合性不強,外部接插件較多, 系統(tǒng)連接復(fù)雜,整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作難; 某一部分的損壞都將不得不更換新的設(shè)備 ,維護性較差; 要從根本上提高其整體性能則必須徹底改變以計算機為核心的體系結(jié)構(gòu)。

3　 計算機+PLC 的體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)采用國際上先進的高性能PLC 為主控設(shè)備,PLC 與計算機之間連接松散, 耦合性低,且 PLC 可獨立于計算機運行; 信號采集使用 PLC擴展的AD模塊, 其性能非常穩(wěn)定, 當(dāng)通道損壞時不必更換新的 AD 模塊 , 因為其有備用的通道可供使用。PLC 輸入輸出點的損壞也不影響 PLC 和整個系統(tǒng)的運行,只需要更換輸入輸出點即可。
瀝青攪拌站控制系統(tǒng) 

可編程控制器作為控制系統(tǒng)的主控設(shè)備, 用以實現(xiàn)模擬量輸入處理和開關(guān)量輸入輸出處理, 保證了數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確、可靠。輸入輸出點從理論上講是可以無限擴展的 ,如此增強了系統(tǒng)的可擴展性 。中央監(jiān)控計算機與 GOT 作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備, 用以實時監(jiān)控 PLC 的工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù) 。要注意的是二者是兩套相互獨立的系統(tǒng),它們之間互不依賴。

中央監(jiān)控計算機采用了 Windows 98 平臺 ,監(jiān)控軟件用Microsoft Visual Basic 開發(fā) ,并以Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫,監(jiān)控系統(tǒng)界面友好、 運行穩(wěn)定、 操作簡單。系統(tǒng)監(jiān)控界面實時顯示主要工作參數(shù), 操作人員可以直觀地監(jiān)視外部設(shè)備的工作狀況, 及時發(fā)現(xiàn)問題, 實時修改工作參數(shù); 中央監(jiān)控計算機還可以完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲 、 報表打印任務(wù) ,充分發(fā)揮了計算機的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理能力; 另外 , 運用計算機強大的圖形處理功能,監(jiān)控軟件可以生動、 直觀地模擬設(shè)備工作狀況并及時進行報警提示 ,使得系統(tǒng)操作更為簡便直觀 ,作為系統(tǒng)操作人員所需關(guān)注的就是整個系統(tǒng)及設(shè)備的管理。

觸摸屏的作用和計算機大體相同, 不同的是它的操作非常簡便快捷。計算機需要專業(yè)人員操作而它無需具備計算機專業(yè)知識 , 所有操作只需用手指輕松點觸畫面就可完成 。作為與 PLC 相匹配的外部擴展模塊,其優(yōu)越的可靠性和穩(wěn)定性大大增強了系統(tǒng)的工作性能 。

以可編程控制器為主控設(shè)備的控制系統(tǒng) ,配料秤輸出點可任意擴展, 實現(xiàn)二次補償 ,以確保配料精確可靠,計量精度高 。可編程控制器的采用保證了系統(tǒng)功能強大 、 可靠性高 、控制精度高。體系結(jié)構(gòu)采用模塊式,各控制單元由統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模塊組成 ,可編程控制器的采用,保證了數(shù)據(jù)輸入輸出處理精確 、 可靠 。

4　 瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)示例

以西安漢道交通科技有限責(zé)任公司與中國建筑第七工程局機械廠聯(lián)合開發(fā)的 LB 系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)為例詳述自動化控制系統(tǒng)。

4. 1　 系統(tǒng)組成

( 1)中央監(jiān)控計算機 ;

( 2)可編程控制器( PLC) ;

( 3)A/D 模塊 ;

( 4)高性能變送器;

( 5)圖形操作終端( 觸摸屏/GOT) ;

( 6)稱重傳感器 ;

( 7)打印機 ;

( 8)不間斷穩(wěn)壓電源( UPS) 。

4. 2　 系統(tǒng)功能

( 1)全自動與手動工作模式;

( 2)計算機全程監(jiān)控 ;

( 3)圖形操作終端( 觸摸屏) 監(jiān)控;

( 4)石料稱重、配料動作;

( 5)瀝青稱量、配料動作;

( 6)粉料稱量、配料動作;

( 7)配料自動補償;

( 8)成品料提升機動作及保護 ;

( 9)主要生產(chǎn)過程參數(shù)顯示;

( 10)熱骨料溫度監(jiān)控 ;

( 11)各主要電機電流監(jiān)控 ;

( 12)故障報警提示;

( 13)存儲生產(chǎn)過程參數(shù);

( 14)打印生產(chǎn)過程報告。

4. 3　 系統(tǒng)特性

( 1)基于Windows98 操作系統(tǒng) , 界面友好 ,易于操作,運行穩(wěn)定;

( 2)以 Visual Basic 為開發(fā)工具,Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫;

( 3)雙獨立監(jiān)控系統(tǒng)( 計算機監(jiān)控、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)) ;

( 4)連接線簡單 ;

( 5) 易于維護和調(diào)試;

( 6) 高可靠性 ;

( 7) 高精度控制;

( 8) 標(biāo)定方便( 采用軟件標(biāo)定) ;

( 9) 操作簡單 。

4. 4　 微機控制界面設(shè)計內(nèi)容

系統(tǒng)微機控制軟件以 Windows 為平臺 , 使用 Mi-crosoft Visual Basic 開發(fā)工具設(shè)計, 并以Microsoft Access為后臺數(shù)據(jù)庫, 界面友好 ,操作簡便 ,運行穩(wěn)定 。

界面設(shè)計風(fēng)格遵循 Windows 標(biāo)準(zhǔn) , 您可以看到類似Windows98 界面的菜單、命令按鈕 、狀態(tài)條、工具條等。界面頂端為菜單 ,有配方表、 報表打印、 沖量設(shè)置、標(biāo)定等菜單項。底部為狀態(tài)條 ,顯示配方設(shè)定值、實際值、 系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)及幫助信息。中間是模擬動畫監(jiān)控區(qū)域 ,畫有機械設(shè)備示意圖形 ,可以生動形象地看到運行部件的工作狀況, 物料計量過程和生產(chǎn)流程 、 故障報警提示等 。

微機控制軟件是 PLC 的前臺監(jiān)控系統(tǒng) , 用以監(jiān)控PLC 工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù)。其主要功能為 :

( 1)設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù), 主要是配方的設(shè)置 ,包括石料、瀝青、粉料含量設(shè)定以及拌和的時間 、放料時間的設(shè)定;

( 2)實時顯示系統(tǒng)工作參數(shù) ,包括各物料秤的動態(tài)稱值、 配方設(shè)定值 、 實際稱量值、溫度曲線圖 、 電流曲線圖 、 熱料倉和粉料倉料位指示等 ;

( 3)存儲和處理生產(chǎn)數(shù)據(jù) ,報表打印 ;

( 4)進行系統(tǒng)設(shè)置,如沖量設(shè)置和物料秤標(biāo)定 ,它們直接影響系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性 。

4. 5　 系統(tǒng)的標(biāo)定

基于單片機架構(gòu)的系統(tǒng)之標(biāo)定非常繁瑣 ,往往標(biāo)定時間都在數(shù)小時以上, 既費時又費力, 而且精度較差?；趦x表秤的系統(tǒng)標(biāo)定較為復(fù)雜, 須系統(tǒng)工程師才可完成 ,精度也較差,不能實現(xiàn)智能控制。標(biāo)定精度將直接影響整個系統(tǒng)的控制精度, 最終影響瀝青混合料配合比 ,標(biāo)定精度是系統(tǒng)之關(guān)鍵所在 。

基于 PLC 外加計算機架構(gòu)的系統(tǒng)標(biāo)定一改以往之繁瑣,不需要專業(yè)技術(shù)人員就可完成 ,操作簡便 。其不需要通過調(diào)節(jié)硬件模塊來調(diào)整物料秤稱值 ,可以通過界面控制軟件填入初始化數(shù)值, 計算機將自動調(diào)整采樣值。下面以 LB2000 瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)為例對其進行說明。

系統(tǒng)的標(biāo)定是指物料的標(biāo)定, 一般情況下 ,在系統(tǒng)初始運行時電子秤計算機顯示值和實際稱量值是不一致的 ,標(biāo)定的目的是為了使顯示值和實際稱量值一致。

LB系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)的標(biāo)定是通過軟件來實現(xiàn)的 ,在軟件標(biāo)定窗口只需填寫初始參數(shù),計算機就會自動調(diào)整顯示值使之與實際值一致。標(biāo)定所需初始參數(shù)有“額定配重”、“當(dāng)前采樣值”和“調(diào)整值” 。

標(biāo)定初始參數(shù)的含義為:

( 1)“額定配重”為當(dāng)前物料秤所掛砝碼重量額定值。

( 2)“當(dāng)前采樣值”為當(dāng)前物料秤額定配重下之計算機采樣值。

( 3)“調(diào)整值”為當(dāng)前額定配重下需經(jīng)計算機調(diào)整的采樣值 。

標(biāo)定時先確定標(biāo)定砝碼重量, 填入額定配重欄 ,將砝碼放置在物料秤上,“當(dāng)前采樣值”顯示當(dāng)前計算機采樣值,將之填入調(diào)整值一欄 ,確認(rèn)即可 。

4. 6　 觸摸屏監(jiān)控的操作

觸摸屏作為 PLC 的圖形操作終端( GOT) 與計算機處于同等地位, 通過 RS-422端口與 PLC 進行通信用以監(jiān)控 PLC 的工作狀態(tài),修改 PLC 工作參數(shù)。觸摸屏內(nèi)置多個畫面 ,用以實現(xiàn)各種監(jiān)控功能 ,其操作簡單 ,無須任何外部操作設(shè)備 ,用手指點觸畫面激活區(qū)域就可完成相應(yīng)操作 。

GOT 作為 PLC 的擴展模塊, 與 PLC 有著較強的整合性 ,加之自身性能可靠、穩(wěn)定, 在穩(wěn)定性方面優(yōu)于計算機 ; 因此即便不使用計算機 ,也絲毫不影響系統(tǒng)的工作性能。

觸摸屏主要功能: 過程參數(shù)顯示、 稱值、 系統(tǒng)設(shè)定 、配料設(shè)定 、 時間設(shè)定、 沖量設(shè)定等,觸摸屏與計算機之間是相互獨立,互不依賴的關(guān)系,并且它們與 PLC 之間也是相互獨立,互不依賴的。觸摸屏除不能存儲生產(chǎn)記錄、 打印報表外能完成計算機所能完成的所有工作 。

5　 結(jié)語

通過對常見三種瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)體系架構(gòu)的介紹,以及系統(tǒng)可靠性 、 穩(wěn)定性、控制精度、耦合性和可擴展性的分析比較 ,我們得出以下結(jié)論 :

以PLC 作為系統(tǒng)控制核心的體系結(jié)構(gòu)徹底擺脫了以往以計算機為核心的架構(gòu)束縛, 從根本上解決了可靠性差 、 穩(wěn)定性低 、 控制精度不高和可擴展性差的弊端,提高了系統(tǒng)的整體性能。

現(xiàn)將 LB 系列瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)的性能概括如下 :

( 1)基于 PLC 為主控設(shè)備的控制系統(tǒng), 其系統(tǒng)整合性較強 ,其它系統(tǒng)需要較多外部接插件來完成的工作PLC 自身都可以完成, 既降低了系統(tǒng)的連接復(fù)雜性,又提高了系統(tǒng)可靠性 。

( 2)PLC 與計算機 、 AD 模塊和GOT 間的耦合性較低,計算機僅作為 PLC 外部設(shè)備承擔(dān)管理和監(jiān)控工作,也就是說, 除 AD 模塊外 ,PLC 可獨立于其它外部設(shè)備( 如計算機) 運行 ,確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 大大降低了故障率 。

( 3)采用高性能的AD 模塊,保證了數(shù)據(jù)輸入輸出的可靠性及通訊的穩(wěn)定和信號采樣的精確可靠 ,從而確保了系統(tǒng)的可靠性 。

( 4)PLC 強大的功能可以實現(xiàn)配料的二次計量,二次補償使得物料秤動態(tài)計量精度和配比精度有著顯著的提高 ,在眾多瀝青攪拌設(shè)備微機控制系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位 。

 

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