沥青拌和设备控制系统设计1Word文档下载推荐.docx

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即走企业合作之路，走技术引进之路，走自主研发之路，走整合重组之路。

随着国家对环保要求的提高，对设备噪声、粉尘排放、有害气体（沥青烟雾）的排放、节能降耗等控制越来越严格，对强拌设备的技术发展提出更高的要求，节能型、环保型产品将大量普及，甚至替代通用型号。

考虑到强拌设备用户的特殊需要，例如施工场地的限制、安装转场的方便和快捷等，需要紧凑型、集装箱型、简易快装型等结构新颖的强拌设备。

在控制技术方面，随着人们对人性化、自动化控制、智能化控制的要求提高，在控制系统中将大量应用人机工程学设计、机电一体化技术，进一步提高强拌设备的计量精度；

对所有电机减速机、放料门、气路油路管道阀门进行动态监控,实时反馈部件运行状态；

控制程序将具有自诊断自修复、自动检测故障，具有实时报警功能、提醒用户定期维护信息；

将热料仓的仓储状态与冷料供给建立数据连接、将干燥滚筒内负压值与除尘器引风机建立数据连接、将干燥滚筒出料温度与燃烧器供油量建立数据连接，形成闭环控制，进一步提高自动化控制程度；

建立设备运行数据库，记录设备运行过程中的所有反馈数据，用于设备检测和维护的依据；

建立用户数据库，记录所有搅拌配次的计量数据，可追溯原始配比参数；

具有订单功能，预设配比和产量，根据订单实施自动化生产。

建立远程故障诊断，实现远程会诊、故障排除等功能。

初步实现无人值守自动化生产，有效提高强拌设备控制的舒适性、直观性和操作的简易性。

2沥青拌和设备及其计量系统介绍

2.1沥青拌和设备

沥青拌和设备，是将不同粒径的碎石、天然砂或破碎砂等按适当的比例配制成符合规定级配范围的集料，加热后，与适当比例的热沥青及矿粉在规定的温度下拌和均匀，得到沥青路面所需要的混合料的设备。

沥青混合料拌和设备按生产工艺流程可分为：

强制间歇式和滚筒连续式。

本设计只研究强制间歇式沥青混合料拌和设备。

按移动的性能常见的有固定式、半固定式和移动式。

按生产率的大小可分为小型（≤50吨/小时），中型（60-150吨/小时），大型（160-400吨/小时）和超大型（﹥400吨/小时）。

强制间歇式沥青混合料拌和设备主要由冷骨料供给装置（包括3-6个砾石、砂子储仓，皮带或振动给料器以及水平皮带输送机和斜皮带输送机等）、冷骨料烘干加热装置（干燥滚筒与燃烧装置等）、热骨料提升装置（热骨料垂直式提升机或倾斜式提升机）、热骨料筛分与储存装置（筛分机与热骨料储仓）、热骨料计量装置（杠杆计量秤或电子计量秤）、石粉储存、输送和定量供给装置（包括石粉仓、螺旋输送机和石粉计量秤等）、沥青储存、加热、输送和定量供给装置（包括沥青储罐、沥青熔化加热装置、沥青输送泵、沥青计量秤和沥青喷洒装置）、拌和装置（双卧轴旋转叶浆强制式搅拌器或其他形式的搅拌器）、成品料输送、储存及加热保温装置（单斗导轨式提升机或带罩皮带式提升机、成品料储仓与加热保温装置）、除尘装置（一级旋风干式除尘器和二级布袋式除尘器或其他形式的除尘器）、控制装置（控制室或控制柜，包括电气、检测、监控装置和计算机系统等）等组成。

装置基本结构组成图如。

图2-1强制间歇式沥青混合料拌和设备的基本结构组成

1-冷骨料贮存及配料装置；

2-冷骨料带式输送机；

3-冷骨料烘干、加热筒；

4-热骨料提升机；

5-热骨料筛分及贮存装置；

6-热骨料计量装置；

7-石粉供给及计量装置；

8-沥青供给系统；

9-搅拌器；

10-成品料贮存仓；

11-除尘装置

强制间歇式沥青混合料拌和设备的生产工艺特点，一般为各组成成分按比例分别进行精确计量且间歇分批投料和强制搅拌，即按质量分批计量→分批投料→分批强制搅拌→分批出料，故称之为强制间歇式。

骨料在烘干加热之后计量。

热骨料、石粉及沥青分别在各自的计量装置内进行分批计量；

热骨料（各不同尺寸规格的料）采用累计计量方式；

冷骨料的烘干加热和混合料的搅拌分别在两个不同的总成装置（干燥滚筒与搅拌器）内进行；

冷骨料烘干加热方式为火焰逆流式；

混合料的拌和方式为旋转叶桨强制搅拌式。

这种方式的大，投资建设与维修费用较高；

能耗大。

骨料尺寸不规范时，超尺寸料烘干加热后从溢流管中溢出，造成热能损失；

中间环节过多，热能损失也大。

2.2强制间歇式沥青混合料拌和设备的生产工艺流程

强制间歇式沥青混合料拌和设备的生产工艺流程如图2-2所示。

图2-2强制间歇式沥青混合料拌和设备的生产工艺流程

沥青混合料拌和设备自动化控制介绍

沥青混合料拌和设备是在公路、城市道路、机场等沥青混合料路面工程施工中用于生产沥青混合料的专用设备。

它是沥青混合料路面面层机械化施工中的主导机械设备之一，目前该设备各总成已集成化、模块化和自动化。

沥青拌和设备是一种较为复杂的机械设备，对它的操作和控制是种系统工程。

随着高等级公路建设的发展和对沥青混合料要求的提高，特别是对沥青混合料的配合比要求的提高，通过人工控制简单的继电器、接触器等控制已不能满足工程需要。

因此，目前拌和设备中操作和控制大多才用计算机自动化控制技术，即微机的自动化控制。

微机的自动化控制系统是保证拌和设备生产出高质量成品料的关键。

所谓的微机自动化控制，就是对设备各系统工作次序及参数设定进行编程自动化控制，使各系统工作的顺序、参数的设定、参数的反馈、特别是计量控制和设定按照需求精确运转，并对混合料质量进行监控。

，沥青混合料拌和设备是一种机电一体化技术较为密集的机械设备。

（1）设备本体：

包括设备的各构造体，其功能是使构造系统的各子系统，零部件按照一定的空间关系安装在一定的位置上，并保持特定的关系。

（2）动力部分：

包括电动机，空压机和电子伺服驱动，其功能是在控制信息的作用下，提供动力以驱动各执行机构完成各种动作和功能。

（3）检测部分：

包括专门的传感器（沥青和热骨料的称重传感器）和仪器仪表，其功能主要是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析处理后产出相应的控制信息。

（4）执行机构：

包括步进电动机，汽缸等，其功能是根据控制信息和指令完成所需要的机械动作。

（5）控制器：

包括计算机,可编程将控制器（PLC）等，其功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中存储分析加工，根据信息处理的结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。

（6）接口：

包括输入与输出接口，其功能是有三个：

一是交换，二是放大，三是传递。

沥青混合料拌和设备机电一体化控制系统运用的是“计算机+PLC”体系结构。

即:

（1）热骨料的筛分及其储存装置。

（2）热骨料计量装置。

（3）沥青储存、加热、输送计量及其喷射装置。

（4）搅拌器电动机及其沥青喷射泵电动机控制。

2.3沥青混合料拌和设备中的热骨料计量装置的控制方案

热骨料计量装置也是强制间歇式沥青混合料拌和设备的必备装置，其功用是对经筛分后分仓暂存的不同规格的沙石材料，按骨料级配和配比要求分别进行精确计量，以达到所规定的级配和配比要求，保证成品料的品质。

计量方法通常有两种：

质量计量和容积计量，热骨料计量一般都是采用按质量计量。

计量秤有杠杆秤、电子秤等不同形式。

其中电子秤体积小，精度高，安装方便，适用于远距离自动控制，但它对环境要求较高且维修较为复杂。

目前拌和设备上基本采用电子秤。

电子称由计量斗、压力或拉力传感器和电子测量器等组成。

图2-3所示为强制间歇式沥青混合料拌和设备的计量系统，它由石粉计量、热骨料计量和沥青计量三部分组成。

正对着热骨料储仓下方的热骨料计量斗，通过传感器悬挂在机架上。

不同规格的沙石材料按照级配质量比先后落入计量斗，经累计计量斗且达到设定值后计量斗卸料门开启，卸料于搅拌器中。

当计量都内落入物料时，传感器中的应变片的电阻值发生变化，使通过传感器的电压值改变，改变值被传给PLC进行测量转换，并将测量值转换成质量值的变化值。

PLC把测量值传送到工控机，工控机把控制信号发送给PLC,或者PLC根据程序自己产生相应的控制信号并输出，控制执行机构完成相应的动作。

图2-3间歇强制式搅拌设备称量系统简图

1-搅拌器；

2-沥青喷管；

3-石粉称量斗；

4石粉料螺旋输送器；

5-石粉计量秤；

6-热骨料储仓；

7-骨料称量斗；

8-三通阀；

9骨料计量秤；

10-沥青回油管；

11-沥青进油管；

12-沥青计量秤；

13-沥青称量筒；

14-沥青保温筒；

15-沥青喷射泵

执行机构所要完成的系统规定动作：

热骨料储仓包括三个储仓，分别装有三种不同粒径的热骨料，分别为1号料仓、2号料仓、3号料仓，分别有汽缸控制卸料门的开启；

沥青计量量筒分别有三通阀和卸料门控制；

搅拌器电动机和沥青喷射泵电动机的控制。

1）热骨料计量传感器信号的测量及转换

2）热沥青计量传感器信号的测量及转换

3）1号热料仓卸料门气缸的开关控制

4）2号热料仓卸料门气缸的开关控制

5）3号热料仓卸料门气缸的开关控制

6）计量斗卸料门的开关控制

7）沥青三通阀的控制

8）沥青出口阀门的控制

9）搅拌器卸料门控制

10）搅拌器电机的控制

11）沥青喷射泵电机控制

2.4系统总体机构设计控制布局

系统总体机构设计控制布局图如图2-4所示。

图2-4

电路总图：

如图2-5所示。

图2-5

3系统硬件

3.1控制系统

沥青拌和设备包括上位机（软件）及下位机（硬件）。

采用了XP平台，监控软件采用MicrosoftVisualBasic开发，并以MicrosoftAcess为后台数据库，监控系统界面友好，稳定，操作简单。

系统监控界面实时显示主要工作参数，操作人员可以直接地监控外部设备的工作状况，及时发现问题，实时修改工作参数；

工控机可以完成生产数据储存，报表打印任务，充分发挥了计算机的数字计算和数据处理的能力;

另外，运用计算机强大的图形处理功能，监控软件可以生动直观地模拟设备工作状况并及时进行报警提示，使得系统操作更为简单直观，作为系统工作人员所需关注的就是整个系统及设备的管理。

下位机（硬件）系统结构采用国际上先进的高性能PLC为主控设备，PLC与计算机之间连接松散，耦合性低，且PLC可独力与计算机运行；

信号采集使用PLC扩展的A/D模块，其性能非常稳定，当其通道损坏时不必更换新的A/D模块，与因为其有备用的通道可供使用，PLC输入输出点的损坏也不影响PLC和整个系统的运行，只需更换输入输出点即可。

PLC作为控制系统的主控设备，用以实现模拟量输入处理和开关量输入输出处理，保证了数据输入输出处理精确可靠。

输入输出点从理论上讲可以是无限扩展的，如此增强了系统的可扩展性。

本设计考虑到传感器，汽缸等输入输出点的数目，选用西门子PLCS7-200CPU224XPCN。

本设计考虑到传感器，汽缸等输