VIPA PLC在沥青搅拌站上的应用

沥青混合料搅拌设备主要包括供料控制，温度控制，计量控制，除尘控制以及成品仓控制等。其控制系统的任务是按照工艺流程顺序控制各部设备，按生产配方自动进行计量拌料。目前控制系统基本采用PC+HMI+PLC的控制模式，上位机PC，HMI主要用于下发控制指令进行生产监控与数据管理，下位机PLC负责全部的过程控制。

PLC在搅拌楼控制中的应用特点

1.通用特点

PLC作为沥青混凝土搅拌设备控制的核心元件，选型应注意以下几点：动态计量要求PLC运算速度快，扫描周期应在10ms以内；设备控制点多，要求PLC内存要大，要有一定余量；通讯速度要快，上位机画面刷新速度应大于5次/s；选用模块化PLC，便于系统扩展；在整机性能满足要求的前提下，尽量简化系统，降低成本，提高整机的性能价格比。

2.特点比较

VIPA公司推出的300S/500S系列PLC是一种高性能PLC，与其他同类产品相比，具有如下特点：CPU运行速度快、内存大（2～8MB）、通讯接口丰富（具有PROFIBUS-DP主站、MPI、内置以太网接口等）、编程与西门子STEP 7完全兼容，其I/O模块和附件与S7-300可直接互换使用。为了提高设备性能，降低成本，选用了VIPA 500S可编程控制器，设计了分散式总线控制系统。

3.分布式控制系统PLC选型

沥青搅拌站是一台大型模块化工程机械，常规设计采用集中控制方式。控制系统线路复杂，电缆用量大，现场安装工作量大时间长。为了适应产品出口的需要，降低设备成本，满足设备快速安装、便于移动的要求，我们开发设计了2000型沥青搅拌站分散式总线控制系统，采用PROFIBUS-DP总线技术，选用VIPA-515S CPU为主站，安装在控制室的工控机内，通过总线与其他控制单元连接；现场采用VIPA 200V I/O模块。

VIPA 500S是一款全新的板卡式的CPU，通过PCI总线与计算机连接，集成在计算机中。VIPA 200V I/O模块是非常紧凑的模块化单元，体积小，特别适合从站分布式控制，具有多功能模块，最大可安装32个模块，可满足各种规模的控制需求。

PLC的程序设计

VIPA PLC采用西门子STEP 7编程软件进行编程，程序用梯形图和语句表方式编写。程序包括计量控制功能块FB100，供料控制FB20，温度控制FC51，除尘控制FC60以及成品仓控制FB300等。

1.计量控制

计量控制是搅拌站控制最关键的部分，要求PLC A/D采集精度高，响应迅速，称量控制准确。VIPA的AD单元采集速度可达170次/s，精度为16位，完全可以满足工艺要求。我们利用其对石料、粉料、沥青等称量值进行动态采集，PLC根据生产配方对称量信号运算处理后，由输出模块自动控制石料秤门、粉料螺旋输送机、沥青泵等开启停止，进行计量控制以及搅拌过程控制等。

油石比精度及自动跟踪油石比是沥青混合料质量的一个重要指标，因此必须严格控制油石比使其误差达到±0.3%以内。为了提高油石比精度，沥青计量采用二次计量方式，先按设定重量的120%称量，待石料、粉料称量完成后，经过二次运算，再按配方进行喷洒，提高了出料质量。

粉料计量是采用计量螺旋控制。为了提高计量精度，提高生产效率，采用变频器控制螺旋速度，根据粉料设定重量，自动调节PLC模拟量输出大小，调节变频器速度，控制粉料计量。

2.温度控制

沥青混合料的出料温度是影响施工质量的一个重要因素。温度过低会影响混合料质量，产生拌和不均匀的“花料”现象，而且不利于摊铺碾压；而过高的温度又会造成燃料等很大的浪费，严重时还会引起沥青老化、结焦。因此必须严格控制混合料温度，沥青混合料温度控制是关键生产工艺。

温度控制程序由功能FC51（燃烧器控制）、FC60（除尘控制）组成，石料采用燃油燃烧器烘焙加热。

温度高低由风门大小调节，采用快速响应的非接触式红外线测温仪测温，此信号反馈给PLC，程序调用PLC内置的温度调节功能块FB59进行控温，自动调节风油比跟踪设定的热骨料温度。

除尘器负压是燃烧器燃烧效率的关键因素之一，测量滚筒负压并及时调节引风风门使其稳定，为充分燃烧提供条件；程序调用PLC内置PID功能块FB42对负压进行自动控制。

3.成品仓控制

成品仓是沥青搅拌站的重要组成部分，运料小车根据指令在规定的时间范围内将计量搅拌好的成品料运送至不同的仓位。小车采用施耐德ATV71变频器驱动，利用高速计数单元对安装在电动机上的编码器进行计数，实现小车的精确定位。

程序由功能块FB300、FC310组成，包扩高速计数设置，选仓控制，仓位测量定位以及变频器控制。

4.功能扩展与兼容

搅拌站控制系统中还包括：供料控制功能块FB20，电动机控制功能FC150等，随着道路施工工艺的不断改进更新，沥青搅拌站外围设备会不断增加，一体化控制要求PLC具有较强的可扩展性。CPU-500S可扩展125个从站，为搅拌站外围设备的加入提供了便利的操作和可靠的保证。

沥青搅拌设备控制的智能化和人性化要求日益突出，过去生产的搅拌站就面临着一个控制系统改造的问题，对于旧的采用西门子PLC的控制系统应用VIPA PLC改造快捷方便，减少了硬件改动和软件改动。

上位机软件设计

上位机采用工业电脑+人机界面组合成双操作系统。

1.电脑组态软件

随着客户对搅拌站工艺要求的提高，上位机组态系统一般要求具有复杂的画面功能，强大的数据处理功能和实时交互的配方报表，报警功能。上位机组态系统的功能实现依赖于与PLC的无障碍快速通讯，VIPA PLC的以太网通讯模式对实现上述功能提供了完美解决方案。

2.人机界面系统

人机界面系统采用SIMATIC TP 270型触摸式操作面板，采用MPI/DP方式与VIPA-500S通讯，可实现生产过程控制和监视。

总结

自2006年以来，开始采用VIPA-300S/500S，现已有数十套VIPA PLC投入运行，产品远销到澳大利亚，印度，饿罗斯及中东等国家地区。系统自投入使用以来，故障率低，设备性能稳定。采用VIPA PLC不但降低了成本还提升了整套控制系统的性能，使全系统的运行更加安全、可靠，并且性能更优异。

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