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沥青混合料搅拌设备自动控制系统设计
1 概述
  沥青混合料搅拌设备是一种复杂的综合配套设备,由于在野外作业,工作环境恶劣、气温变化幅度大、干扰源多等因素的影响,给该设备控制系统的设计增加了很大的难度。特别是用于高等级公路的设备,对沥青、粒料、粉料和温度的计量精度要求高,因此对该设备控制系统硬件和软件设计相对要求也较高,必须综合考虑上述因素,采取必要的设计措施,才能满足高等级公路施工的要求。
  2 机械构成及工艺流程简介
  以间歇式沥青混合料搅拌设备为例,其主要由以下部分组成:冷骨料配料装置;骨料的烘干与加热系统;热料提升装置;热料筛分与称量装置;粉料供给系统;沥青供给系统;搅拌器;成品料提升机;成品料储仓;除尘装置。其机械构成如图1所示。
  图1 间歇式沥青混合料搅拌设备机构示意图
  该设备的工艺流程如下:
  (1)不同规格的冷石料及砂→定量配给并进行粗配→冷骨料输送机→干燥筒进行烘干、加热→热料提升机提升→热料筛分机进行筛分并按不同的规格分存至各热料仓→热料分组及累计称量→搅拌器搅拌;
  (2)矿料→粉料仓→输送及称量装置→搅拌器搅拌;
  (3)沥青→沥青罐→输送及称量装置→搅拌器搅拌;
  (4)搅拌器拌好的成品料→成品料提升机提升→成品料储仓→运往工地。
  3 控制系统设计任务及指标要求
  沥青混合料搅拌设备是一种综合配套设备,独立运转部件多,工艺流程复杂。其控制系统的任务是将各部件按照预定的程序开机、运行及拌料、关机,在整机性能满足要求的前提下,尽量简化操作,提高整机的自动化控制水平。
  控制系统设计的原则:
  (1)提高控制系统的可靠性,使系统的可靠性指标达到国家标准要求,并努力争取达到或接近国际先进水平。
  (2)硬件部分应尽量采用优质的成熟产品或国外先进产品,在满足各项性能指标的前提下,设法降低控制系统的制作成本。
  (3)采用国际标准,贯彻执行现行的国家及企业标准,努力提高“三化”程度。
  控制系统的指标根据不同的机型及档次有不同的要求,按照中国交通行业标准JT/270-1995《沥青混合料搅拌设备通用技术条件》规定。
  目前国内外先进的设备,其控制系统的技术指标应达到表1中优等品的要求。
  4 控制方式选择
  当前控制系统流行的工作方式有以下三种:
  (1)全自动工作方式;
  (2)半自动工作方式(自动+手动);
  (3)手动工作方式。
  不同的机型对控制系统的工作方式有不同的要求。控制系统按照工作方式及用户要求选择控制方式。当前控制方式大致可分为三类:继电接触控制;可编程控制器PLC控制;计算机控制。
  继电接触控制操作简单、可靠,且制作成本低,但自动化程度低,控制精度差。可编程控制器PLC控制可实现时序控制,且标准化、通用化及可靠性都较好,控制精度较高。计算机控制精度高,信息处理量大,可实现全自动控制及生产过程管理自动化,但系统复杂,成本高,可适用于控制精度要求高的设备。
  5 硬件设计
  控制系统的硬件设计与控制方式有关。硬件设计要考虑尽量采用现有成熟产品和标准化、通用化产品,以减少制作及调机周期,提高系统的可靠性和易维修性。下面对各种控制方式的硬件设计分别举例加以说明。
  (1)继电接触控制系统硬件主要是由继电器、接触器、定时器、电压表、电流表和一些按钮等组成。图2是沥青混合料搅拌设备搅拌电机控制的例子,图中当按下开关A时,电机正转;按下开关B时,电机反转。该电路保证电机正反转之间有互锁关系。
  图2 沥青混合料搅拌设备搅拌电机示例
  (2)可编程控制器PLC控制系统硬件主要是由PLC模块、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成。图3是沥青混合料搅拌设备成品料提升机PLC控制的例子,系统的动作是:提升斗起始位置在底端装载位A,当PLC检测到搅拌器为开状态时,提升斗延时10s后开始提升,提升至高端卸料位B,延时10s卸料后,卷扬机换相通电,提升斗下降,下降至底端接近开关C时,卷扬机延时1s断电,提升斗下滑至底端装载位A待命;当检测到搅拌器为开状态时,下一循环重新开始。
  图3 沥青混合料搅拌设备成品料提升机PLC控制示例
  (3)计算机控制系统硬件主要是由工业控制计算机系统、管理计算机、打印机、电源UPS、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成。工业控制计算机系统主是要由CPU、数据采集及放大部分、A/D模数转换、模拟放大、通讯、I/O输入输出开关量及总线部分等组成。图4是沥青混合料搅拌设备计算机控制系统,控制的主要目标是沥青、石料、粉料、温度计量控制精度,控制的输入输出信号主要来自搅拌楼、成品料提升机、主燃烧器、滚筒等,其前沿控制核心是工控机。
  该控制系统的工作过程:先开烘干滚筒、热提、振动筛、引风机、鼓风机,再同时点火和开油泵,并以小火预热滚筒3~5min,然后冷料级配机开始上料,慢慢加大油门升温,待料温升至设定温度后,启动自动控温,使温度控制在设定值±5℃以内;观察热料仓料位,待热料达到一定料位后,启动自动键开始拌料,各种料的进料、称量及下料和拌和都是自动进行,管理计算机可以设定和显示各种料的重量和配比、粒料温度,控制生产过程及故障报警,并与打印机配 合随时打印生产过程参数.
  图4 沥青混合料搅拌设备计算机控制系统
  图5 间歇式沥青混合料搅拌设备计算机 控制粉料计量程序框图
  6 软件设计
  间歇式沥青混合料搅拌设备控制系统由于控制方式不同,可有不同的控制软件;继电接触控制没有专门的控制软件,但可通过各种继电器和接触器之间的组合,实现顺序控制;可编程控制器PLC控制有专门的控制指令,且指令少,程序设计简单,系统工作可靠;计算机控制软件设计可以用高级语言与机器语言结合,因此程序设计灵活,功能强大,可实现动态过程模拟,人机交换界面更亲切。图5是计算机控制粉料计量和控制程序框图。
  程序调试成功后,可选择合适EPROM芯片,对程度进行固化,然后插进CPU调试使用,确认各动作及通讯都正常工作后可装机使用。
 
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