采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定土廠拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：傳統(tǒng)穩(wěn)定土廠拌站控制系統(tǒng)存在著布線復(fù)雜、信號(hào)干擾大，自動(dòng)化程度低等弊端，采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線組建的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，控制精度高，控制電纜用量的減少，有效地降低了由控制電纜引發(fā)的各類故障，大大提高了混凝土廠拌設(shè)備的運(yùn)行可靠性

關(guān)鍵詞：Profibus總線；穩(wěn)定土廠拌站；PLC

前言

穩(wěn)定土廠拌設(shè)備是高等級(jí)公路施工專用攪拌設(shè)備，它能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)定層配比，通過控制骨料倉給料系統(tǒng)、計(jì)量水泵等的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)原材料連續(xù)配給和混合料繼續(xù)生產(chǎn)。現(xiàn)代公路和城市道路基層施工均采用大規(guī)模、連續(xù)性的機(jī)械化施工， 施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)穩(wěn)定土的各種骨料以及粉料配比精度的要求越來越高，并且要求廠拌設(shè)備具有較高的生產(chǎn)效率。因此，穩(wěn)定土生產(chǎn)過程中廠拌設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)日益受到人們的重視。

現(xiàn)存大量的廠拌設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)操作面板復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集與傳輸仍然采用普通電纜，該方式存在布線復(fù)雜、信號(hào)容易丟失、配方改變困難的弊端。針對(duì)這些問題開發(fā)的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定土廠拌站控制系統(tǒng)，采用性能優(yōu)越的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線組建的控制系統(tǒng)，能夠很好的解決這些問題。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為參考模型，采用的是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲EN50170現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，定義了物理傳輸特性、總線取協(xié)議和應(yīng)用功能的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由Profibus DP、Profibus PA、和Profibus FMS三個(gè)兼容部分組成。Profibus DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散的I/O形式的通信具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

1 控制系統(tǒng)硬件組成

結(jié)合穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的實(shí)際需求，組建高速低成本的Profibus DP網(wǎng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、變頻器、傳感器及其他電控元器件構(gòu)成。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該控制系統(tǒng)采取PLC與Profibus總線配合控制的方式。其中PLC作為控制核心，負(fù)責(zé)處理各個(gè)模塊采集到的信號(hào)并將控制信號(hào)和數(shù)據(jù)輸出。選用西門子S7-300系列PLC，型號(hào)為315F-2 PN/DP，它具有工業(yè)以太網(wǎng)接口和PROFIBUS DP網(wǎng)接口， 工業(yè)以太網(wǎng)接口用于PLC與上位機(jī)以及觸摸屏進(jìn)行通訊，PROFIBUS DP網(wǎng)接口用于PLC與變頻器以及遠(yuǎn)程IO模塊ET200M進(jìn)行通訊。

上位機(jī)采用普通PC機(jī)，該上位機(jī)在系統(tǒng)組建初期負(fù)責(zé)硬件的組態(tài)、程序的編寫、程序的下載；系統(tǒng)組建完成后能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行修改、下載并對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)控。

使用西門子公司的TP170系列觸摸屏，具有價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)緊湊、顯示清晰、組態(tài)簡(jiǎn)單高效等優(yōu)點(diǎn)，TP170的引入能夠大大減少控制室內(nèi)的儀表盤、指示燈、數(shù)碼管等器件，從而減少設(shè)備間的布線，使運(yùn)行更加可靠，同時(shí)使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活改變顯示內(nèi)容與方式，大大提高了設(shè)備的控制性能和水平。通過WINCC FLEXIBLE組態(tài)軟件建立組態(tài)和控制界面，整個(gè)系統(tǒng)的控制都可以通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)，并能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)定與顯示。

小皮帶以及粉料的絞刀稱處安放壓力傳感器， 用于采集各種骨料和粉料的稱重信號(hào)， 該信號(hào)輸入ET200M的模擬量模塊，通過PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并由PLC進(jìn)行程序的計(jì)算處理。

變頻器用于控制四種骨料的小皮帶、粉料的螺旋給料機(jī)以及水箱電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。PLC與變頻器通過PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，變頻器運(yùn)行頻率的采集與設(shè)定、變頻器的故障監(jiān)控都通過通訊的方式完成。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 流程控制

編程軟件采用西門子的Step7 5.4版本，建立好項(xiàng)目后進(jìn)行硬件組態(tài)，再根據(jù)控制流程編寫控制系統(tǒng)的控制程序，其控制流程為：廠拌設(shè)備中的控制對(duì)象為：料斗、稱重傳感器、小皮帶、集料皮帶、水箱、攪拌倉及卸料機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分。通過裝載設(shè)備將各種骨料裝入料斗，料斗底端有放料機(jī)構(gòu)，骨料落入小皮帶，皮帶底端有稱重裝置用以確定骨料的重量。骨料隨著小皮帶進(jìn)入集料皮帶，通過集料皮帶傳送到攪拌倉進(jìn)行攪拌，攪拌完成的混凝土由成品運(yùn)輸皮帶傳送到成品倉儲(chǔ)存放，成品倉的卸料機(jī)構(gòu)由傳感器判斷運(yùn)貨汽車的到位與否控制卸料。

2.2 通訊

在硬件組態(tài)時(shí)設(shè)定好各個(gè)從站的DP地址，兩組遠(yuǎn)程IO為3和4，變頻器地址從5到7，在實(shí)際硬件中，需要將變頻器的地址撥碼設(shè)置成與硬件組態(tài)一致。

圖2 系統(tǒng)硬件組態(tài)圖

2.3 軟件濾波

由于外界干擾等原因，PLC 采集到的稱重傳感器信號(hào)存在一定幅度的波動(dòng)。為了提高精確程度，除在硬件上采取濾波措施外，在PLC 程序中，也對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了軟件濾波處理，對(duì)采樣數(shù)據(jù)利用“算術(shù)平均法”，采集100個(gè)數(shù)據(jù)求和，再取其平均值，之后再作為原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算。

3 結(jié)束語

混凝土廠拌設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，來自各個(gè)方面的干擾比較多， 采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行信號(hào)傳輸，有連接在總線末端附近的終端器，是一種阻抗匹配元件，能采用反射波原理使信號(hào)變形最小，減少了信號(hào)的衰減與畸變。并且控制電纜用量的減少，有效地降低了由控制電纜引發(fā)的各類故障，大大提高了混凝土廠拌設(shè)備的運(yùn)行可靠性，實(shí)踐證明，抗干擾效果較好。

參考文獻(xiàn)

[1]張廣平.PLC 技術(shù)在穩(wěn)定土廠拌設(shè)備中的應(yīng)用[J].公路交通技術(shù)，2006.

[2]丁小平，等.PLC 在穩(wěn)定土廠拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009.

[3]柳青，陳欠根.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的廠拌站集散控制系統(tǒng)[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.

[4]李強(qiáng).profibus現(xiàn)場(chǎng)總線在冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].斟協(xié)論壇，2012.