分布式控制系統(tǒng)在瀝青攪拌設(shè)備上的應(yīng)用

任水祥，王后能，堯三品

（ 1．三一重工股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2．武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，湖北 武漢 430073 ）

自1975年美國(guó)霍尼韋爾第一套分布式控制系統(tǒng)TDCS-2000問(wèn)世以來(lái)，分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開(kāi)放的聯(lián)網(wǎng)能力逐漸成為過(guò)程工業(yè)自動(dòng)控制的主流系統(tǒng)。

分布式控制系統(tǒng)采用微處理器分別控制各個(gè)回路，而采用中小型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或高性能的控制器實(shí)施上一級(jí)的控制，各回路之間和上下級(jí)之間通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道交換信息[1]。分布式控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獲取、直接數(shù)字控制、人機(jī)交互及監(jiān)控和管理等功能，是在計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種比較完善的控制與管理生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)。同時(shí)，通過(guò)CAN總線能夠使各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間準(zhǔn)確、高速地實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，從而為整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建打下良好的基礎(chǔ)[2]。

在筑路工程的建設(shè)中，瀝青攪拌設(shè)備的作用是生產(chǎn)瀝青混合料，故瀝青攪拌設(shè)備是瀝青路面施工的關(guān)鍵設(shè)備之一，也是目前機(jī)電一體化技術(shù)密集的機(jī)械設(shè)備之一[3]。我國(guó)瀝青攪拌設(shè)備在20世紀(jì)60年代后期起步，發(fā)展很快，設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，整機(jī)設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了突破[4][5]。瀝青攪拌設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并有復(fù)雜的電氣電路系統(tǒng)；所處現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾大；其自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度高，牽涉電路控制、溫度控制、物料計(jì)量控制等[6]。正是因?yàn)槠渖婕暗轿锪陷斔?、烘干、加熱、篩分、計(jì)量、儲(chǔ)存、攪拌和燃燒、除塵、自動(dòng)控制等相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用[7]，所以控制難度比較高。本文提出了基于分布式控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制方式。

本文采用 ABB控制器搭建工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分布式控制。以太網(wǎng)通訊是適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的要求，提高了通訊穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)降低了設(shè)備成本。分布式控制模式提高了數(shù)據(jù)傳輸速度和模塊集成度，減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量及現(xiàn)場(chǎng)安裝造成的機(jī)械故障和電氣故障，同時(shí)達(dá)到減少約束，節(jié)約成本的目的。ABB控制器與擴(kuò)展模塊間的 CAN通訊提高了整機(jī)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性；變頻器和秤信號(hào)變送器的 CAN通訊具有易擴(kuò)展性和易維護(hù)性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

1．控制技術(shù)

基于ABB控制器和CAN通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建的分布式控制系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)。

工業(yè)以太網(wǎng)的主要技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在通訊準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性，其全雙工通信使得端口間兩對(duì)雙絞線分別同時(shí)接收和發(fā)送報(bào)文幀而不會(huì)發(fā)生沖突。現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）被稱(chēng)為21世紀(jì)工業(yè)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它是連接工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、爽向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)用夠成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）?？刂破骶植烤W(wǎng)CAN（Controller Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN現(xiàn)場(chǎng)總線有卓越的特性和極高的可靠性。

2．設(shè)計(jì)流程

管理層和控制層（上位機(jī)和ABB主控制器）之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，上位機(jī)采用Delphi軟件進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，下位機(jī)使用KW公司的Multiprog編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。控制層和設(shè)備層（主控制器和總線模塊）之間采用CAN通訊。設(shè)備層總共分為五個(gè)部分（除塵部分、計(jì)量部分、攪拌和粉罐部分、成品倉(cāng)和小車(chē)部分、冷料部分），其中除塵部分、攪拌層和粉罐部分主要由總線模塊組成；計(jì)量層部分包括總線模塊及三個(gè)秤信號(hào)變送器組成，它們之間采用CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；成品倉(cāng)和小車(chē)部分包括總線模塊及一個(gè)小車(chē)變頻器，它們之間同樣采用CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；冷料部分主要由五個(gè)冷料變頻器組成，冷料變頻器與總線模塊之間采用CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，冷料部分其它I/O控制通過(guò)變頻器自帶的I/O點(diǎn)傳輸。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)示意圖

3．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為以太網(wǎng)通訊軟件設(shè)計(jì)，以及分布式CAN通訊軟件設(shè)計(jì)兩部分。

（一）以太網(wǎng)通訊軟件設(shè)計(jì)有兩個(gè)功能塊，一個(gè)向主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)，一個(gè)從主控制器接收數(shù)據(jù)。向主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)：

4．總結(jié)

控制系統(tǒng)選用ABB高端控制器作為控制核心，采用全自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)操作相結(jié)合的運(yùn)行模式，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)調(diào)試和自動(dòng)生產(chǎn)不同的運(yùn)行方式。這種分布式控制系統(tǒng)吸取了計(jì)算機(jī)集中控制和常規(guī)模擬儀表分散控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，并克服了兩者的缺點(diǎn)，將通訊、計(jì)算、控制、屏幕顯示結(jié)合為一體，能方便地改變控制模式，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制。同時(shí)，故障引起的危險(xiǎn)被徹底分散，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

[1]閻偉，陳小強(qiáng)，鄭華強(qiáng)．分布式控制系統(tǒng)在大型注塑機(jī)上的應(yīng)用[J]．輕工機(jī)械，2013，31（1）：36-39．

[2]李光耀，郭迎清，王海泉．基于CAN總線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)分布式控制系統(tǒng)通信研究[J]．測(cè)控技術(shù)，2009，28（1）：62-66．

[3]楊波．淺析瀝青攪拌設(shè)備運(yùn)料車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]．科技向?qū)В?012，（6）：262．

[4]何華．淺析我國(guó)瀝青攪拌設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（25）：251-253．

[5]張超群．國(guó)內(nèi)瀝青攪拌設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]．機(jī)械廣場(chǎng)，2007，（12）：32-35．

[6]余建輝，王志興．瀝青攪拌設(shè)備微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2003，（2）：8-11．

[7]蘇紅云．瀝青攪拌設(shè)備在使用過(guò)程中的節(jié)能減排[J]．建筑機(jī)械技術(shù)與管理，2011，（6）：27-41．