[01182658]基于现场总线的沥青混凝土搅拌站控制技术

（1）任务来源： 南阳市2007年科技攻关计划项目，项目编号2007G0807。（2）应用领域和技术原理： 本课题研究主要应用于沥青混凝土搅拌站的控制系统，用于提高设备自动化水平及档次，保证产品质量的稳定性。现场总线是安装在生产过程区域的现场设备与控制室内的自动控制装置之间的一种数字式、串行、多点通信的数据总线。课题采用光缆作为通信介质，用数字信号替代模拟信号，取代了现场繁多的各种并行信号线。在一根总线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息），同时又为多个设备提供电源。现场总线把位于现场的多个控制设备之间以及现场设备与主控设备之间连接成网络系统，进行数据传输与信息交换，组成了一种在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，并进一步构成自动化系统，实现了底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。这种系统具有数据传输率快，可扩展性和可维护性好，可靠性高和抗干扰能力强的优点。（3）性能指标：控制系统实现三个基本功能： 1.各运动机构启动和停机功能； 2.温度控制功能； 3.配料称量控制功能；（配比计量精度达到骨料0.5﹪、粉料0.35﹪、沥青0.3﹪。）。 该控制系统可以实现按照工艺参数与生产流程要求对沥青混凝土搅拌站上料、配料、计量、输送、搅拌、加热等生产环节进行现场过程自动控制，保证所生产的沥青混合料的质量符合规范要求。（4）与国内外同类技术比较： 本课题研究方法完全不同于目前已有技术方法，所设计的控制系统采用PROFIBUS现场总线标准，以“计算机组态控制技术+PLC控制技术+优化控制算法＋现场总线技术”的控制方案组成分布式计算机控制系统对生产过程进行自动控制。具有基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化和管控一体化的综合自动化功能。解决了计算机控制技术和现场总线技术用于组建沥青混凝土搅拌站控制系统，实现现场控制和远距离通信的关键问题，降低了成本，提高了可靠性和抗干扰能力。实验测试与应用结果表明，本课题实现的技术方法明显优于目前已有技术和方法。（5）成果的创造性、先进性： 该研究成果经南阳市科技信息中心查新工作站检索证明，本课题所提出的基于现场总线的分布式计算机控制技术用于沥青混凝土搅拌站控制系统的设计和自动控制的方法各项技术指标明显优于目前现有的方法，达到国内领先水平。（6）作用意义： 本课题将PROFIBUS现场总线应用到控制系统中，综合应用了计算机技术、自动控制技术、数字通信和网络技术、智能传感器技术。控制功能高度分散，实现了集中管理、分散控制的控制策略。系统控制精度高、运行稳定、可靠性高、自动化程度高、能大幅度降低劳动强度，提高劳动效率。将现场总线技术为基础的计算机技术应用于筑路机械自动化领域，已成为我国筑路机械控制技术研究的一个主要方向，这对于提高我国筑路机械的自动化水平，实现筑路机械的智能化和绿色环保、节能降耗具有重要意义。（7）推广应用： 本课题密切结合国内筑路机械市场实际需求以及搅拌站控制技术和生产工艺的实际应用，着重研究了现场总线在分布式计算机控制系统中的实现方案、工业过程现场的控制要求和控制模式，在理论和方法上进行了创新，完成了控制系统的硬件与软件设计，为成果进一步应用完成了基础研究。 1.该成果推广应用前景： 混凝土生产的控制方式先后从继电器逻辑控制方式、单片机控制方式、可编程序控制器（PLC）控制方式、工控机集中控制方式、发展到分布式计算机控制系统。目前的控制系统在数据处理能力和管理功能以及通信功能方面还存在较大的差距，基于现场总线的分布式计算机控制系统具有自动化程度高、运行速度快、计量精度高、运行稳定可靠以及具备强大的数据管理和通信功能等特点，已成为当今沥青混凝土搅拌设备的主要控制模式。本项目经过对市场大量调研，对国内外沥青混凝土搅拌设备控制技术，尤其是计算机控制技术发展状况与趋势进行了研究，提出了将计算机系统和PLC系统有机融合，组成基于现场总线的分布式计算机控制系统的构想，采用PROFIBUS总线实现通信组网。PROFIBUS-DP是一种国际性的开放式总线标准，是世界上应用最广泛的现场总线技术之一。它拥有极高的通讯速率，最快可达12 Mbit/s；可灵活采用线形、星形、环形等多种拓扑结构；可实现光纤双环冗余。也可以为变送器等过程仪表提供高速的通讯总线。它用数字信号替代模拟信号，因而可实现一根总线上传输多个信号，同时又为多个设备提供电源，可靠性和抗干扰能力很强。与传统的控制系统相比，本系统采用现场总线结构从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出相当的优越性。 （1）减少硬件数量和投资：分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量。 （2）节省安装费用：一根总线上可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 （3）节省维护开销：现场总线设备具有自诊断与简单故障处理的能力；通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。 （4）提高了系统的准确性与可靠性：与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差，提高了系统的工作可靠性。因此本课题研究成果可推广应用到各种大中型沥青混凝土搅拌设备，具有良好的经济效益和社会效益，市场推广使用前景广阔。目前国内筑路机械类年需求量近260亿元，国内生产能力只有110亿元左右，发展潜力巨大。 2.措施： （1）本课题研究基于现场总线的分布式计算机控制技术在沥青混凝土搅拌站控制系统设计应用中的理论依据和可实现性，主要解决计算机控制技术和现场总线技术用于组建沥青混凝土搅拌站控制系统，实现现场控制和远距离通信的关键技术和方法，为成果进一步应用完成了基础研究。 （2）加快成果转化重点解决批量应用中硬件接口问题和软件程序设计问题。 （3）进一步加强现场总线技术的研究与应用。将现场总线技术为基础的计算机技术应用于多种筑路机械设备的自动化领域开发与推广。