沥青混合料搅拌设备PLC控制系统设计.doc

1 沥青混合料的生产工艺过程工艺流程在很大程度上决定了自动化控制系统的控制结构。无论是2000型还是3000型沥青混合料搅拌设备，虽然设备在某些工艺环节的实现结构上有所差别，但其拌料工艺流程大致相同，主要包含混合料生产工艺流程和除尘流程。1.1 混合料生产工艺流程(1)不同规格的冷砂石料分别储人各自的料斗冷骨料定量给料装置对各料按容积进行粗配冷骨料输送机传输干燥滚筒烘干加热(燃烧器的火焰逆料流烘干加热到足够温度) 热骨料提升机传输热骨料筛分机筛分热骨料储人各自的临时料斗(以上过程为连续进行) 热骨料计量装置精确称量搅拌器搅拌；(2)粉料粉料储仓粉料称量装置搅拌器搅拌；(3)沥青(流体)沥青保温罐(加热到一定温度) 沥青称量装置搅拌器搅拌。各料称量完毕后，放人搅拌器定时搅拌，搅拌好的混合料成品直接运往工地或由成品料斗送人混合料成品料仓。1.2 除尘流程干燥滚筒与热骨料筛分机等排出的烟尘集尘装置(一除)将烟尘粗分离(分离出的颗粒回收再用) 除尘装置(二除)再次分离烟尘(烟雾经烟囱排出) 螺旋输送器输送粉尘至粉尘储仓作为粉料再用或作为废弃物处理。2 沥青混凝土搅拌设备控制系统的控制要求沥青混合料搅拌设备的控制系统除了要可靠地实现成品料生产工艺流程外，还必须达到控制系统的控制技术指标，高效节能地生产出合格的沥青混合成品料，机器要易于操作与维修。2.1 精度要求以NP3000CA型沥青混合料搅拌设备为例，石料计量精度0.5；粉料计量精度0.5%；沥青计量精度0.3%；沥青含量偏差0.5%。2.2 功能要求控制精度是设备的定量指标，控制系统在满足控制定量指标的要求下，还需满足一些定性的指标。在工作过程中，需对设备的工作状态进行监控，可全自动、半自动或手动操作，可储存多种生产配合比，并且易于对生产配合比进行设置调整。同时，还要求计算机系统打印生产报表，对设备的工作状态进行实时监控，对机器的故障进行诊断报警等。3 基于PLC的沥青搅拌设备控制系统的控制原理可靠地实现工艺要求和技术指标，实现模块化控制，便于进行集中控制和监控是PLC控制系统的一大优点。沥青搅拌设备PLC控制系统的控制原理如图1所示。NP3000CA型沥青搅拌设备的控制系统将继电器控制、计算机控制和PLC控制融为一体，PLC控制器作为控制系统的核心部件，将输入的信息按预设程序进行处理。应变变送器及温度变送器将称重传感器和温度传感器的信号进行采集、调理，并实时输入PLC控制器，行程开关和各一次电路元器件触点等开关量信号则直接输入PLC。这些输入信号量经PLc按控制逻辑程序处理后输出，控制执行机构或器件一次电路的通断，从而达到控制的目的。中央管理计算机实现生产报表的打印、故障报警、状态监视、设定数据管理以及手动操作等功能，计算机通过串口通信，将键盘控制指令、配合比设定值、温度设定值、称量落差补偿值、定时器设定值等送入PLC。图1 沥青搅拌设备PLC控制系统控制原理4 沥青混合料配料计量精度控制在沥青混合料搅拌设备中，采用一次称量(需要落差补偿)或二次称量技术，并配以专用的配料控制器，保证配料计量精度。4.1 热集料的计量精度控制为了达到所要求的计量精度，热集料的计量主要有一次称量和二次称量2种方法。一次称量：仓门开度恒定，当集料达到一定值时，料仓仓门在PLC的控制下提前关闭(落差补偿)。该技术在NP3000CA型沥青搅拌设备中已得到成功应用，配料精度得到很好的控制。二次称量分为第一次粗称和第二次精称，粗称时根据各仓设定值的大小，仓门相对较大，较快地称完各仓集料设定值的70%(可调)，剩下的30%则将仓门关小，进行第二次精称。计量时，按预设级配累加称量，计量顺序从大骨料到细骨料依次称量。4.2 沥青的计量精度控制沥青的计量也有一次称量和二次称量2种力。法，其计量方法与热集料的计量方法相似。在LB3000型搅拌设备中采用了二次称量方式，第一次称量为沥青用量的60%80%(可根据需要设定)，剩下的20%40%进行第二次精称。沥青计量值与第一一次称量值之差必须大于沥青的补偿值，否则就会发生第二次沥青不予计量的现象。计量配料采用专用的配料控制器，可显著提高沥青、骨料和粉料的称重计量精度，该项技术在NP3000CA型沥青搅拌设备中已得到成功应用，配料精度得到很好的控制。5 控制系统的控制流程控制过程必须满足工艺流程的要求，了解设备控制流程是编制PLC控制系统软件的基础。沥青搅拌设备的控制流程分为启动停机控制流程、点火控制流程和生产控制流程。5.1 启动停机控制流程设备启动且初始状态正常时，自动按照启动负荷从大到小的顺序，依次启动排风机、鼓风机、干燥滚筒等，具体启动流程如图2所示。设备停机且排气温度达到要求时，按启动相反顺序和定时器设定延时值，依次停止各运动机构。图2 设备启动流程图5.2 点火控制流程设备开始生产时，点火的自动控制过程需保证骨料的加热温度。启动点火按钮后，控制系统自动检测点火情况以及排气口温度，决定冷骨料的供料时刻，控制流程如图3所示。当排气口温度达到预设供料温度时，冷骨料喂料器开始工作，向输送平皮带喂料，再经斜皮带将料输送至于燥滚筒进行加热。图3 点火控制流程图5.3 生产控制流程设备自动生产工作开始后，在一个工作循环中需要完成骨料、沥青、粉料的自动计量及三者的混合搅拌，其控制流程图如图4所示。需要手动控制时，通过控制面板上的按键切换至手动位置，然后即可进行手动操作。图4 生产过程循环控制流程图6 控制硬件电路设计硬件电路部分包括一次电路元器件和PLC等。鼓风机、排风机、热料仓门气缸等各执行机构或器件的一次电路分别由空气开关、交流接触器、热继电器、导线等连接组成，冷骨料喂料器采用变频器控制。根据系统的需求，NP3000CA型搅拌设备选用了三菱FX2N系列PLC，该系列PLC具有高速、高级功能、逻辑软件以及定位控制等特点，支持从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案，支持逻辑梯形图和语句表编程语言。二次配线中，反映各执行机构运行状态的触点开闭、行程开关触点开闭信号，以及反映热继电器、空气开关状态的触点信号等，作为PLC的输入信号。各接触器、继电器等器件的线圈通断电信号，分别由PLC控制器直接或间接提供，由计算机实行机器运行状态的实时监控，并为用户提供操作平台。7 软件的编制编制软件是控制系统设计的一个重要组成部分，定义参数表是软件编制的基础。然后根据设备控制流程图，按照所选PLC的编程规则，编制控制逻辑梯形图程序和调试程序，最后将调试完成的程序烧写到PLC的ROM中，完成软件的编制。7.1 参数表的定义参数表的定义包括对输入信号表、输出信号表、中间标志位、存储单元表的定义。依据硬件接线原理图，如选FX2N系列PLC，则按照其输入点编号和输出点编号的规定，给接触器、继电器、行程开关、热继电器的开闭触点以及控制开关分配PLC的输入地址，给接触