瀝青混合料攪拌設備自動控制系統(tǒng)設計
1 概述
瀝青混合料攪拌設備是一種復雜的綜合配套設備，由于在野外作業(yè)，工作環(huán)境惡劣、氣溫變化幅度大、干擾源多等因素的影響，給該設備控制系統(tǒng)的設計增加了很大的難度。特別是用于高等級公路的設備，對瀝青、粒料、粉料和溫度的計量精度要求高，因此對該設備控制系統(tǒng)硬件和軟件設計相對要求也較高，必須綜合考慮上述因素，采取必要的設計措施，才能滿足高等級公路施工的要求。
2 機械構成及工藝流程簡介
以間歇式瀝青混合料攪拌設備為例，其主要由以下部分組成：冷骨料配料裝置；骨料的烘干與加熱系統(tǒng)；熱料提升裝置；熱料篩分與稱量裝置；粉料供給系統(tǒng)；瀝青供給系統(tǒng)；攪拌器；成品料提升機；成品料儲倉；除塵裝置。其機械構成如圖1所示?！ ?
瀝青混合料攪拌設備是一種復雜的綜合配套設備，由于在野外作業(yè)，工作環(huán)境惡劣、氣溫變化幅度大、干擾源多等因素的影響，給該設備控制系統(tǒng)的設計增加了很大的難度。特別是用于高等級公路的設備，對瀝青、粒料、粉料和溫度的計量精度要求高，因此對該設備控制系統(tǒng)硬件和軟件設計相對要求也較高，必須綜合考慮上述因素，采取必要的設計措施，才能滿足高等級公路施工的要求。
2 機械構成及工藝流程簡介
以間歇式瀝青混合料攪拌設備為例，其主要由以下部分組成：冷骨料配料裝置；骨料的烘干與加熱系統(tǒng)；熱料提升裝置；熱料篩分與稱量裝置；粉料供給系統(tǒng)；瀝青供給系統(tǒng)；攪拌器；成品料提升機；成品料儲倉；除塵裝置。其機械構成如圖1所示?！ ?
圖1 間歇式瀝青混合料攪拌設備機構示意圖
該設備的工藝流程如下：
(1)不同規(guī)格的冷石料及砂→定量配給并進行粗配→冷骨料輸送機→干燥筒進行烘干、加熱→熱料提升機提升→熱料篩分機進行篩分并按不同的規(guī)格分存至各熱料倉→熱料分組及累計稱量→攪拌器攪拌；
(2)礦料→粉料倉→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(3)瀝青→瀝青罐→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(4)攪拌器拌好的成品料→成品料提升機提升→成品料儲倉→運往工地。
3 控制系統(tǒng)設計任務及指標要求
瀝青混合料攪拌設備是一種綜合配套設備，獨立運轉(zhuǎn)部件多，工藝流程復雜。其控制系統(tǒng)的任務是將各部件按照預定的程序開機、運行及拌料、關機，在整機性能滿足要求的前提下，盡量簡化操作，提高整機的自動化控制水平。
控制系統(tǒng)設計的原則：
(1)提高控制系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)的可靠性指標達到國家標準要求，并努力爭取達到或接近國際先進水平。
(2)硬件部分應盡量采用優(yōu)質(zhì)的成熟產(chǎn)品或國外先進產(chǎn)品，在滿足各項性能指標的前提下，設法降低控制系統(tǒng)的制作成本。
(3)采用國際標準，貫徹執(zhí)行現(xiàn)行的國家及企業(yè)標準，努力提高“三化”程度。
控制系統(tǒng)的指標根據(jù)不同的機型及檔次有不同的要求，按照中國交通行業(yè)標準JT／270-1995《瀝青混合料攪拌設備通用技術條件》規(guī)定見表1。
該設備的工藝流程如下：
(1)不同規(guī)格的冷石料及砂→定量配給并進行粗配→冷骨料輸送機→干燥筒進行烘干、加熱→熱料提升機提升→熱料篩分機進行篩分并按不同的規(guī)格分存至各熱料倉→熱料分組及累計稱量→攪拌器攪拌；
(2)礦料→粉料倉→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(3)瀝青→瀝青罐→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(4)攪拌器拌好的成品料→成品料提升機提升→成品料儲倉→運往工地。
3 控制系統(tǒng)設計任務及指標要求
瀝青混合料攪拌設備是一種綜合配套設備，獨立運轉(zhuǎn)部件多，工藝流程復雜。其控制系統(tǒng)的任務是將各部件按照預定的程序開機、運行及拌料、關機，在整機性能滿足要求的前提下，盡量簡化操作，提高整機的自動化控制水平。
控制系統(tǒng)設計的原則：
(1)提高控制系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)的可靠性指標達到國家標準要求，并努力爭取達到或接近國際先進水平。
(2)硬件部分應盡量采用優(yōu)質(zhì)的成熟產(chǎn)品或國外先進產(chǎn)品，在滿足各項性能指標的前提下，設法降低控制系統(tǒng)的制作成本。
(3)采用國際標準，貫徹執(zhí)行現(xiàn)行的國家及企業(yè)標準，努力提高“三化”程度。
控制系統(tǒng)的指標根據(jù)不同的機型及檔次有不同的要求，按照中國交通行業(yè)標準JT／270-1995《瀝青混合料攪拌設備通用技術條件》規(guī)定見表1。
目前國內(nèi)外先進的設備，其控制系統(tǒng)的技術指標應達到表1中優(yōu)等品的要求。
4 控制方式選擇
當前控制系統(tǒng)流行的工作方式有以下三種：
(1)全自動工作方式；
(2)半自動工作方式(自動+手動)；
(3)手動工作方式。
不同的機型對控制系統(tǒng)的工作方式有不同的要求?？刂葡到y(tǒng)按照工作方式及用戶要求選擇控制方式。當前控制方式大致可分為三類：繼電接觸控制；可編程控制器PLC控制；計算機控制。
繼電接觸控制操作簡單、可靠，且制作成本低，但自動化程度低，控制精度差?？删幊炭刂破鱌LC控制可實現(xiàn)時序控制，且標準化、通用化及可靠性都較好，控制精度較高。計算機控制精度高，信息處理量大，可實現(xiàn)全自動控制及生產(chǎn)過程管理自動化，但系統(tǒng)復雜，成本高，可適用于控制精度要求高的設備。
5 硬件設計
控制系統(tǒng)的硬件設計與控制方式有關。硬件設計要考慮盡量采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品和標準化、通用化產(chǎn)品，以減少制作及調(diào)機周期，提高系統(tǒng)的可靠性和易維修性。下面對各種控制方式的硬件設計分別舉例加以說明。
(1)繼電接觸控制系統(tǒng)硬件主要是由繼電器、接觸器、定時器、電壓表、電流表和一些按鈕等組成。圖2是瀝青混合料攪拌設備攪拌電機控制的例子，圖中當按下開關A時，電機正轉(zhuǎn)；按下開關B時，電機反轉(zhuǎn)。該電路保證電機正反轉(zhuǎn)之間有互鎖關系。
4 控制方式選擇
當前控制系統(tǒng)流行的工作方式有以下三種：
(1)全自動工作方式；
(2)半自動工作方式(自動+手動)；
(3)手動工作方式。
不同的機型對控制系統(tǒng)的工作方式有不同的要求?？刂葡到y(tǒng)按照工作方式及用戶要求選擇控制方式。當前控制方式大致可分為三類：繼電接觸控制；可編程控制器PLC控制；計算機控制。
繼電接觸控制操作簡單、可靠，且制作成本低，但自動化程度低，控制精度差?？删幊炭刂破鱌LC控制可實現(xiàn)時序控制，且標準化、通用化及可靠性都較好，控制精度較高。計算機控制精度高，信息處理量大，可實現(xiàn)全自動控制及生產(chǎn)過程管理自動化，但系統(tǒng)復雜，成本高，可適用于控制精度要求高的設備。
5 硬件設計
控制系統(tǒng)的硬件設計與控制方式有關。硬件設計要考慮盡量采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品和標準化、通用化產(chǎn)品，以減少制作及調(diào)機周期，提高系統(tǒng)的可靠性和易維修性。下面對各種控制方式的硬件設計分別舉例加以說明。
(1)繼電接觸控制系統(tǒng)硬件主要是由繼電器、接觸器、定時器、電壓表、電流表和一些按鈕等組成。圖2是瀝青混合料攪拌設備攪拌電機控制的例子，圖中當按下開關A時，電機正轉(zhuǎn)；按下開關B時，電機反轉(zhuǎn)。該電路保證電機正反轉(zhuǎn)之間有互鎖關系。
圖2 瀝青混合料攪拌設備攪拌電機示例
(2)可編程控制器PLC控制系統(tǒng)硬件主要是由PLC模塊、中間繼電器、接觸器、數(shù)字表和若干按鈕組成。圖3是瀝青混合料攪拌設備成品料提升機PLC控制的例子，系統(tǒng)的動作是：提升斗起始位置在底端裝載位A，當PLC檢測到攪拌器為開狀態(tài)時，提升斗延時10s后開始提升，提升至高端卸料位B，延時10s卸料后，卷揚機換相通電，提升斗下降，下降至底端接近開關C時，卷揚機延時1s斷電，提升斗下滑至底端裝載位A待命；當檢測到攪拌器為開狀態(tài)時，下一循環(huán)重新開始。
(2)可編程控制器PLC控制系統(tǒng)硬件主要是由PLC模塊、中間繼電器、接觸器、數(shù)字表和若干按鈕組成。圖3是瀝青混合料攪拌設備成品料提升機PLC控制的例子，系統(tǒng)的動作是：提升斗起始位置在底端裝載位A，當PLC檢測到攪拌器為開狀態(tài)時，提升斗延時10s后開始提升，提升至高端卸料位B，延時10s卸料后，卷揚機換相通電，提升斗下降，下降至底端接近開關C時，卷揚機延時1s斷電，提升斗下滑至底端裝載位A待命；當檢測到攪拌器為開狀態(tài)時，下一循環(huán)重新開始。
圖3 瀝青混合料攪拌設備成品料提升機PLC控制示例
(3)計算機控制系統(tǒng)硬件主要是由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)、管理計算機、打印機、電源UPS、中間繼電器、接觸器、數(shù)字表和若干按鈕組成。工業(yè)控制計算機系統(tǒng)主是要由CPU、數(shù)據(jù)采集及放大部分、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、模擬放大、通訊、I/O輸入輸出開關量及總線部分等組成。圖4是瀝青混合料攪拌設備計算機控制系統(tǒng)，控制的主要目標是瀝青、石料、粉料、溫度計量控制精度，控制的輸入輸出信號主要來自攪拌樓、成品料提升機、主燃燒器、滾筒等，其前沿控制核心是工控機。
該控制系統(tǒng)的工作過程：先開烘干滾筒、熱提、振動篩、引風機、鼓風機，再同時點火和開油泵，并以小火預熱滾筒3～5min，然后冷料級配機開始上料，慢慢加大油門升溫，待料溫升至設定溫度后，啟動自動控溫，使溫度控制在設定值±5℃以內(nèi)；觀察熱料倉料位，待熱料達到一定料位后，啟動自動鍵開始拌料，各種料的進料、稱量及下料和拌和都是自動進行，管理計算機可以設定和顯示各種料的重量和配比、粒料溫度，控制生產(chǎn)過程及故障報警，并與打印機配 合隨時打印生產(chǎn)過程參數(shù).
圖4 瀝青混合料攪拌設備計算機控制系統(tǒng)
(3)計算機控制系統(tǒng)硬件主要是由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)、管理計算機、打印機、電源UPS、中間繼電器、接觸器、數(shù)字表和若干按鈕組成。工業(yè)控制計算機系統(tǒng)主是要由CPU、數(shù)據(jù)采集及放大部分、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、模擬放大、通訊、I/O輸入輸出開關量及總線部分等組成。圖4是瀝青混合料攪拌設備計算機控制系統(tǒng)，控制的主要目標是瀝青、石料、粉料、溫度計量控制精度，控制的輸入輸出信號主要來自攪拌樓、成品料提升機、主燃燒器、滾筒等，其前沿控制核心是工控機。
該控制系統(tǒng)的工作過程：先開烘干滾筒、熱提、振動篩、引風機、鼓風機，再同時點火和開油泵，并以小火預熱滾筒3～5min，然后冷料級配機開始上料，慢慢加大油門升溫，待料溫升至設定溫度后，啟動自動控溫，使溫度控制在設定值±5℃以內(nèi)；觀察熱料倉料位，待熱料達到一定料位后，啟動自動鍵開始拌料，各種料的進料、稱量及下料和拌和都是自動進行，管理計算機可以設定和顯示各種料的重量和配比、粒料溫度，控制生產(chǎn)過程及故障報警，并與打印機配 合隨時打印生產(chǎn)過程參數(shù).
圖4 瀝青混合料攪拌設備計算機控制系統(tǒng)
圖5 間歇式瀝青混合料攪拌設備計算機
控制粉料計量程序框圖
6 軟件設計
間歇式瀝青混合料攪拌設備控制系統(tǒng)由于控制方式不同，可有不同的控制軟件；繼電接觸控制沒有專門的控制軟件，但可通過各種繼電器和接觸器之間的組合，實現(xiàn)順序控制；可編程控制器PLC控制有專門的控制指令，且指令少，程序設計簡單，系統(tǒng)工作可靠；計算機控制軟件設計可以用高級語言與機器語言結(jié)合，因此程序設計靈活，功能強大，可實現(xiàn)動態(tài)過程模擬，人機交換界面更親切。圖5是計算機控制粉料計量和控制程序框圖。
程序調(diào)試成功后，可選擇合適EPROM芯片，對程度進行固化，然后插進CPU調(diào)試使用，確認各動作及通訊都正常工作后可裝機使用。
控制粉料計量程序框圖
6 軟件設計
間歇式瀝青混合料攪拌設備控制系統(tǒng)由于控制方式不同，可有不同的控制軟件；繼電接觸控制沒有專門的控制軟件，但可通過各種繼電器和接觸器之間的組合，實現(xiàn)順序控制；可編程控制器PLC控制有專門的控制指令，且指令少，程序設計簡單，系統(tǒng)工作可靠；計算機控制軟件設計可以用高級語言與機器語言結(jié)合，因此程序設計靈活，功能強大，可實現(xiàn)動態(tài)過程模擬，人機交換界面更親切。圖5是計算機控制粉料計量和控制程序框圖。
程序調(diào)試成功后，可選擇合適EPROM芯片，對程度進行固化，然后插進CPU調(diào)試使用，確認各動作及通訊都正常工作后可裝機使用。
本文標簽：瀝青混合料攪拌設備自動控制系統(tǒng)設計
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