瀝青混合料拌和樓培訓平臺的研制及應用

劉藝柱+韓金玉

摘要：針對瀝青拌和操作人員緊缺，培訓技術(shù)落后的問題，設(shè)計了瀝青混合料拌和樓的模擬樣機的培訓平臺。該平臺的應用程序采用模塊化設(shè)計，具備原理演示、專業(yè)培訓及技能鑒定等功能；可模擬瀝青拌和樓生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和故障，操作界面簡潔、方便。實訓結(jié)果表明，培訓平臺的應用對提高培訓質(zhì)量和效率具有積極作用。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；培訓平臺；單片機；控制系統(tǒng)

中圖分類號：U415.52文獻標志碼：B

Abstract： Aimed at the shortage of asphalt mixing plant operators and technical backwardness of the training， a training platform was designed for the simulation model of asphalt mixing plant. The modular design of applications provides the training platform with functions such as principle demonstration， professional training and skill appraisal. With a simple and convenient interface， the platform can simulate the field data and breakdowns of the production process of asphalt mixing plant. Practical training results show that the platform helps to improve the training quality and efficiency.

Key words： configuration software； training platform； SCM； control system

0引言

瀝青混合料拌和樓作為瀝青路面機械化施工中的關(guān)鍵設(shè)備，集機、電、氣、液于一體，其工況的好壞直接影響瀝青混合料的質(zhì)量，進而影響路面的鋪筑質(zhì)量。其生產(chǎn)中涉及電氣控制、溫度控制、配料計量控制等內(nèi)容，且一般不允許隨意改變工藝參數(shù)。

瀝青混合料拌和樓操作培訓一直沿襲理論教學、書面考核和見習值班等傳統(tǒng)培訓模式。存在培訓周期長、業(yè)務針對性差、誤操作風險高、培訓成本高等問題[1]。培訓過程中學員沒有機會親自動手操作，這就使理論教學與實踐環(huán)節(jié)嚴重脫節(jié)。為提高在崗人員的專業(yè)素質(zhì)和技能水平，以適應產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，促進學員對瀝青混合料拌和樓生產(chǎn)工藝流程的認識，加深學員對瀝青混合料生產(chǎn)過程的理解，借鑒國內(nèi)一些優(yōu)秀培訓平臺[26]，開發(fā)了一種瀝青混合料拌和樓培訓平臺。

1瀝青混合料拌和工藝流程

瀝青混合料拌和樓主要由提升機、振動篩、熱料倉層、稱量層、熱骨料暫存?zhèn)}和攪拌缸等6部分組成，如圖1所示。提升機將加熱后的熱骨料提升至裝置的最高處，熱骨料經(jīng)振動篩振動分揀，根據(jù)振動篩孔徑大小分揀到6個熱料倉中；每個熱料倉存儲規(guī)格一致的熱骨料，下設(shè)有倉門控制投料量；在稱量層，每種熱骨料均設(shè)置了獨立計量裝置，計量裝置下部設(shè)置2個放料門來控制骨料下泄速度，保證計量精度；按照配比稱量好的各種熱骨料存放在共用熱骨料暫存?zhèn)}中，暫存?zhèn)}下部設(shè)置倉門用于控制攪拌缸的放料量；裝置的最下面是攪拌缸，它負責將骨料、瀝青、粉料和添加劑等進行混合攪拌，攪拌缸下方設(shè)有倉門用于泄放成品混合料。

2培訓平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于瀝青混合料拌和樓的體積龐大，結(jié)構(gòu)件復雜，不適宜做模型，所以培訓平臺中采用三維效果圖表示，既直觀又經(jīng)濟。設(shè)備電氣控制分強電一次回路和控制二次回路，在平臺回路中大容量的空氣開關(guān)、斷路器和繼電器等由小型的空氣開關(guān)、交流接觸器和中間繼電器代替；電動機、電磁閥等執(zhí)行構(gòu)件選用指示燈代替，不影響教學訓練，還可以降低成本、減小體積、減輕重量。結(jié)構(gòu)部分選用24 m×12 m的大型圖板進行布局，外觀大氣?？蚣苓x用萬能三角鐵制作，重量輕、成本低。底座裝有6個腳輪，方便設(shè)備的靈活移動，便于裝置與控制器的連接操作。

3培訓平臺控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)由PC機（iFIX組態(tài)軟件）、PACSystemsTM RX3i控制器、信號發(fā)生板等組成，如圖2所示。PACSystemsTM RX3i控制器作為控制系統(tǒng)的核心，檢測生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)、存儲工藝參數(shù)、執(zhí)行控制算法及發(fā)出控制指令等。PC機（iFIX組態(tài)軟件）作為上位機，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，還可以遠程設(shè)置各種生產(chǎn)工藝參數(shù)、模擬各種故障。信號發(fā)生板接受上位機傳來的指令，生成生產(chǎn)工藝參數(shù)。培訓平臺包括遠程自動控制、遠程手動控制和就地手動控制3種模式。遠程自動控制包括iFIX組態(tài)軟件自動監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備運行情況，運行過程中操作人員的干預量最小。遠程手動控制包括由操作人員通過人機界面接口進行操作，例如啟動、停車等。就地手動控制即模擬現(xiàn)場，通過圖板上的按鈕開關(guān)模擬各種現(xiàn)場狀態(tài)，對各電機、閥門實現(xiàn)手動操作控制，便于調(diào)校設(shè)備[7]。

PACSystems RX3i控制器通過以太網(wǎng)口與PC機連接，運行ProficyTM Machine Edition軟件進行硬件組態(tài)和軟件編程。系統(tǒng)中選用的模塊包括電源模塊IC695PSD040、CPU模塊IC695CPU315、以太網(wǎng)通信模塊IC695ETM001、數(shù)字量輸入模塊IC694ACC300、數(shù)字量輸出模塊IC694MDL754、模擬量輸入模塊IC695ALG600、模擬量輸出模塊IC695ALG704等。硬件組態(tài)和軟件流程如圖3、4所示。

信號發(fā)生板由STC89C52RC單片機、微型繼電器、D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、4×4鍵盤、8位LED顯示等組成，如圖5所示。微型繼電器模擬料位開關(guān)、限位開關(guān)等開關(guān)量給定信號；DAC0832模擬稱重測量儀的4～20 mA輸出信號；數(shù)碼管和鍵盤提供人機交互界面。單片機程序為模塊化設(shè)計，預存現(xiàn)場運行工藝狀態(tài)參數(shù)。在培訓過程中，各種工藝參數(shù)可從內(nèi)存中調(diào)出，通過繼電器和D/A轉(zhuǎn)換器送至RX3i控制器從而更好地模擬各種生產(chǎn)狀態(tài)。

iFIX組態(tài)軟件通過RS232電纜連接信號發(fā)生板，代替鍵盤輸入，培訓師遠程設(shè)置各種生產(chǎn)參數(shù)和故障狀態(tài)，培訓學員的現(xiàn)場應變處理能力。

4培訓平臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)選用iFIX工業(yè)自動化組態(tài)軟件，為用戶提供“過程化窗口”。結(jié)合組態(tài)軟件和PAC控制系統(tǒng)，以組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，進行二次開發(fā)[810]。通過iFIX組態(tài)軟件實現(xiàn)畫面顯示、故障報警、實時曲線、歷史曲線、調(diào)度、數(shù)據(jù)查詢和各種報表的生成及打印等功能。在生產(chǎn)過程中，上位機軟件iFIX5.1通過OPC驅(qū)動實時監(jiān)控RX3i控制器，完成遠程自動和遠程手動控制，采集和管理實時數(shù)據(jù)。按照生產(chǎn)工藝及控制要求，程序的各步序之間都有嚴格地轉(zhuǎn)換條件和連鎖關(guān)系，以確保系統(tǒng)工藝的順利完成。通過監(jiān)控界面，操作人員可對處理過程中的各個部分的設(shè)備運行狀況充分了解，及時掌握各個環(huán)節(jié)發(fā)生的各種情況。

5應用舉例

實訓過程完全模擬拌和樓的實際生產(chǎn)流程。啟動后上位機系統(tǒng)上電，信號發(fā)生板復位，各種信號狀態(tài)清零，模擬生產(chǎn)前狀態(tài)；接著PAC控制系統(tǒng)通電，進行自檢和輸入輸出端口狀態(tài)監(jiān)測；最后上位機與控制系統(tǒng)進行通訊聯(lián)系。

開機運行后，培訓師通過iFIX組態(tài)軟件生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計界面，給信號發(fā)生板下載生產(chǎn)過程參數(shù)，模擬某種生產(chǎn)狀態(tài)，例如：料倉缺料。教師設(shè)置“缺料”信息后，信號發(fā)生板收到指令，將模擬料位計的繼電器斷開，表示料倉缺料狀態(tài)。PAC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊檢測到繼電器斷開信號時，執(zhí)行缺料處理流程，系統(tǒng)暫停放料、計量，暫停生產(chǎn)。同時該狀態(tài)作為信息反饋至中控室上位機組態(tài)軟件中，作為報警信息進行提示。信號發(fā)生板延時1個時間段后，自動將繼電器吸合，表示“缺料”故障排除。系統(tǒng)恢復正常生產(chǎn)，上位機的報警信息清除。

6結(jié)語

瀝青混合料拌和樓培訓平臺融合了傳感器、PLC、電氣控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控以及系統(tǒng)運行維護和故障檢測等技術(shù)，綜合了流程演示、模擬操作、故障設(shè)置、事故演練及培訓考核等功能，方便學生全面了解生產(chǎn)過程，掌握與現(xiàn)場控制最相近的操作技能，可廣泛用于教學培訓和技能鑒定等領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]肖亞蘇，俞永江，李楠，等.低溫多效海水淡化仿真培訓平臺的研制及應用[J].自動化與儀表，2014，29（8）：4851.

[2]王鑫國，劉建峰，陸金桂.傳熱培訓平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2010，25（12）：3741.

[3]麥艷紅，鐘文.基于GE Rx3i PLC生產(chǎn)過程控制技術(shù)培訓平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].河池學院學報， 2013，33（2）：114118.

[4]趙剛，徐杰，劉紅苗.基于PLC和IFIX的小區(qū)供熱鍋爐控制系統(tǒng)[J].自動化與儀表，2012（10）：3841.

[5]王艷國，聶云，呂平，等.全玻璃化工仿真裝置實訓教學的研究與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2005（5）：7376.

[6]王剛，王瑤，袁率，等.化工原理傳熱實驗數(shù)測平臺Xworks系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理，2003，20（5）：3437.

[7]羅志國，姜茂發(fā)，鄒宗樹，等.RH實訓教學系統(tǒng)的設(shè)計與研制[J].實驗室研究與探索，2014，33（8）：229231，299.

[8]王月芹.基于組態(tài)的PLC實驗仿真系統(tǒng)的開發(fā)[J].廣西輕工業(yè)，2009（8）：6062.

[9]劉小春.基于組態(tài)控制技術(shù)的PLC實驗開發(fā)[J].機械制造與自動化，2006，35（3）：114116.

[10]俞海珍，史旭華，藍林花.基于組態(tài)技術(shù)的 PLC 實驗教學平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].寧波大學學報：理工版，2010，23（1）：4245.

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