1 概述
瀝青混合料攪拌設(shè)備是一種復(fù)雜的綜合配套設(shè)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(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加了很大的難度。特別是用于高等級(jí)公路的設(shè)備，對(duì)瀝青、粒料、粉料和溫度的計(jì)量精度要求高，因此對(duì)該設(shè)備控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)相對(duì)要求也較高，必須綜合考慮上述因素，采取必要的設(shè)計(jì)措施，才能滿足高等級(jí)公路施工的要求。 2 機(jī)械構(gòu)成及工藝流程簡(jiǎn)介
以間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)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(jī)；成品料儲(chǔ)倉(cāng)；除塵裝置。其機(jī)械構(gòu)成如圖1所示。
圖1 間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備機(jī)構(gòu)示意圖
該設(shè)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(jìn)行粗配→冷骨料輸送機(jī)→干燥筒進(jìn)行烘干、加熱→熱料提升機(jī)提升→熱料篩分機(jī)進(jìn)行篩分并按不同的規(guī)格分存至各熱料倉(cāng)→熱料分組及累計(jì)稱量→攪拌器攪拌；
（2）礦料→粉料倉(cāng)→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(jī)提升→成品料儲(chǔ)倉(cāng)→運(yùn)往工地。
3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及指標(biāo)要求
瀝青混合料攪拌設(shè)備是一種綜合配套設(shè)備，獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)部件多，工藝流程復(fù)雜。其控制系統(tǒng)的任務(wù)是將各部件按照預(yù)定的程序開機(jī)、運(yùn)行及拌料、關(guān)機(jī)，在整機(jī)性能滿足要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化操作，提高整機(jī)的自動(dòng)化控制水平。
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并努力爭(zhēng)取達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。
（2）硬件部分應(yīng)盡量采用優(yōu)質(zhì)的成熟產(chǎn)品或國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，設(shè)法降低控制系統(tǒng)的制作成本。
（3）采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，貫徹執(zhí)行現(xiàn)行的國(guó)家及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，努力提高“三化”程度。
控制系統(tǒng)的指標(biāo)根據(jù)不同的機(jī)型及檔次有不同的要求，按照中國(guó)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT／270-1995《瀝青混合料攪拌設(shè)備通用技術(shù)條件》規(guī)定見表1。
目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)備，其控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到表1中優(yōu)等品的要求。
4 控制方式選擇
當(dāng)前控制系統(tǒng)流行的工作方式有以下三種：
（1）全自動(dòng)工作方式；
（2）半自動(dòng)工作方式（自動(dòng)+手動(dòng)）；
（3）手動(dòng)工作方式。
不同的機(jī)型對(duì)控制系統(tǒng)的工作方式有不同的要求。控制系統(tǒng)按照工作方式及用戶要求選擇控制方式。當(dāng)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(jì)算機(jī)控制。
繼電接觸控制操作簡(jiǎn)單、可靠，且制作成本低，但自動(dòng)化程度低，控制精度差。可編程控制器PLC控制可實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制，且標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及可靠性都較好，控制精度較高。計(jì)算機(jī)控制精度高，信息處理量大，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制及生產(chǎn)過程管理自動(dòng)化，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，可適用于控制精度要求高的設(shè)備。
5 硬件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與控制方式有關(guān)。硬件設(shè)計(jì)要考慮盡量采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)化、通用化產(chǎn)品，以減少制作及調(diào)機(jī)周期，提高系統(tǒng)的可靠性和易維修性。下面對(duì)各種控制方式的硬件設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)備攪拌電機(jī)控制的例子，圖中當(dāng)按下開關(guān)A時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；按下開關(guān)B時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。該電路保證電機(jī)正反轉(zhuǎn)之間有互鎖關(guān)系。
圖2 瀝青混合料攪拌設(shè)備攪拌電機(jī)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(shè)備成品料提升機(jī)PLC 控制的例子，系統(tǒng)的動(dòng)作是：提升斗起始位置在底端裝載位A，當(dāng)PLC檢測(cè)到攪拌器為開狀態(tài)時(shí)，提升斗延時(shí)10s后開始提升，提升至高端卸料位B，延時(shí) 10s卸料后，卷揚(yáng)機(jī)換相通電，提升斗下降，下降至底端接近開關(guān)C時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)延時(shí)1s斷電，提升斗下滑至底端裝載位A待命；當(dāng)檢測(cè)到攪拌器為開狀態(tài)時(shí)，下一循環(huán)重新開始。
圖3 瀝青混合料攪拌設(shè)備成品料提升機(jī)PLC控制示例
（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件主要是由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、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(jì)算機(jī)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(guān)量及總線部分等組成。圖4是瀝青混合料攪拌設(shè)備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制的主要目標(biāo)是瀝青、石料、粉料、溫度計(jì)量控制精度，控制的輸入輸出信號(hào)主要來自攪拌樓、成品料提升機(jī)、主燃燒器、滾筒等，其前沿控制核心是工控機(jī)。
該控制系統(tǒng)的工作過程：先開烘干滾筒、熱提、振動(dòng)篩、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)，再同時(shí)點(diǎn)火和開油泵，并以小火預(yù)熱滾筒3～5min，然后冷料級(jí)配機(jī)開始上料，慢慢加大油門升溫，待料溫升至設(shè)定溫度后，啟動(dòng)自動(dòng)控溫，使溫度控制在設(shè)定值±5℃以內(nèi)；觀察熱料倉(cāng)料位，待熱料達(dá)到一定料位后，啟動(dòng)自動(dòng)鍵開始拌料，各種料的進(jìn)料、稱量及下料和拌和都是自動(dòng)進(jìn)行，管理計(jì)算機(jī)可以設(shè)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(bào)警，并與打印機(jī)配 合隨時(shí)打印生產(chǎn)過程參數(shù).
圖4 瀝青混合料攪拌設(shè)備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
圖5 間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備計(jì)算機(jī) 控制粉料計(jì)量程序框圖
6 軟件設(shè)計(jì)
間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)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(shí)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)工作可靠；計(jì)算機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)可以用高級(jí)語言與機(jī)器語言結(jié)合，因此程序設(shè)計(jì)靈活，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程模擬，人機(jī)交換界面更親切。圖5是計(jì)算機(jī)控制粉料計(jì)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(duì)程度進(jìn)行固化，然后插進(jìn)CPU調(diào)試使用，確認(rèn)各動(dòng)作及通訊都正常工作后可裝機(jī)使用。
