分布式控制系統在瀝青攪拌設備上的應用

任水祥，王后能，堯三品

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

自1975年美國霍尼韋爾第一套分布式控制系統TDCS-2000問世以來，分布式控制系統已經在工業控制的各個領域得到了廣泛的應用，以其高度的可靠性、方便的組態軟件、豐富的控制算法、開放的聯網能力逐漸成為過程工業自動控制的主流系統。

分布式控制系統采用微處理器分別控制各個回路，而采用中小型工業控制計算機或高性能的控制器實施上一級的控制，各回路之間和上下級之間通過高速數據通道交換信息[1]。分布式控制系統具有數據獲取、直接數字控制、人機交互及監控和管理等功能，是在計算機監督控制系統、直接數字控制系統和計算機多級控制系統的基礎上發展起來的，是一種比較完善的控制與管理生產過程的系統。同時，通過CAN總線能夠使各個節點之間準確、高速地實現信號傳遞，從而為整個系統的構建打下良好的基礎[2]。

在筑路工程的建設中，瀝青攪拌設備的作用是生產瀝青混合料，故瀝青攪拌設備是瀝青路面施工的關鍵設備之一，也是目前機電一體化技術密集的機械設備之一[3]。我國瀝青攪拌設備在20世紀60年代后期起步，發展很快，設備設計、制造技術實現了跨越式發展，整機設計也實現了突破[4][5]。瀝青攪拌設備的機械結構復雜，并有復雜的電氣電路系統；所處現場環境惡劣、干擾大；其自動控制系統實現難度高，牽涉電路控制、溫度控制、物料計量控制等[6]。正是因為其涉及到物料輸送、烘干、加熱、篩分、計量、儲存、攪拌和燃燒、除塵、自動控制等相關技術及應用[7]，所以控制難度比較高。本文提出了基于分布式控制系統的網絡控制方式。

本文采用 ABB控制器搭建工業以太網和 CAN通訊網絡，實現分布式控制。以太網通訊是適應新技術發展的要求，提高了通訊穩定性、可靠性和實時性，同時降低了設備成本。分布式控制模式提高了數據傳輸速度和模塊集成度，減少了現場安裝的工作量及現場安裝造成的機械故障和電氣故障，同時達到減少約束，節約成本的目的。ABB控制器與擴展模塊間的 CAN通訊提高了整機控制系統的安全性和可靠性；變頻器和秤信號變送器的 CAN通訊具有易擴展性和易維護性的優勢，同時，也提高了數據傳輸的準確性。

1．控制技術

基于ABB控制器和CAN通訊的現場總線控制技術為基礎，搭建的分布式控制系統以工業以太網。

工業以太網的主要技術特點體現在通訊準確性、實時性、穩定性、可靠性和安全性，其全雙工通信使得端口間兩對雙絞線分別同時接收和發送報文幀而不會發生沖突。現場總線（Fieldbus）被稱為21世紀工業過程控制網絡標準。它是連接工業過程現場儀表和控制系統之間的全數字化、爽向、多站點的串行通信網絡，與控制系統和現場儀表聯用夠成現場總線控制系統FCS（Fieldbus Control System）。控制器局部網CAN（Controller Area Network）屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN現場總線有卓越的特性和極高的可靠性。

2．設計流程

管理層和控制層（上位機和ABB主控制器）之間采用工業以太網進行通訊，上位機采用Delphi軟件進行界面設計，下位機使用KW公司的Multiprog編程軟件進行程序設計。控制層和設備層（主控制器和總線模塊）之間采用CAN通訊。設備層總共分為五個部分（除塵部分、計量部分、攪拌和粉罐部分、成品倉和小車部分、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；計量層部分包括總線模塊及三個秤信號變送器組成，它們之間采用CAN通訊進行數據傳輸；成品倉和小車部分包括總線模塊及一個小車變頻器，它們之間同樣采用CAN通訊進行數據傳輸；冷料部分主要由五個冷料變頻器組成，冷料變頻器與總線模塊之間采用CAN通訊進行數據傳輸，冷料部分其它I/O控制通過變頻器自帶的I/O點傳輸。設計流程如圖1所示。

圖1 網絡示意圖

3．系統軟件設計

系統軟件設計主要分為以太網通訊軟件設計，以及分布式CAN通訊軟件設計兩部分。

（一）以太網通訊軟件設計有兩個功能塊，一個向主控制器發送數據，一個從主控制器接收數據。向主控制器發送數據：

4．總結

控制系統選用ABB高端控制器作為控制核心，采用全自動運行與手動操作相結合的運行模式，可實現設備的手動調試和自動生產不同的運行方式。這種分布式控制系統吸取了計算機集中控制和常規模擬儀表分散控制兩者的優點，并克服了兩者的缺點，將通訊、計算、控制、屏幕顯示結合為一體，能方便地改變控制模式，實現各種復雜控制。同時，故障引起的危險被徹底分散，提高了控制系統的可靠性。

[1]閻偉，陳小強，鄭華強．分布式控制系統在大型注塑機上的應用[J]．輕工機械，2013，31（1）：36-39．

[2]李光耀，郭迎清，王海泉．基于CAN總線的航空發動機分布式控制系統通信研究[J]．測控技術，2009，28（1）：62-66．

[3]楊波．淺析瀝青攪拌設備運料車自動控制系統[J]．科技向導，2012，（6）：262．

[4]何華．淺析我國瀝青攪拌設備的現狀和發展趨勢[J]．科技創新導報，2009，（25）：251-253．

[5]張超群．國內瀝青攪拌設備技術現狀和發展趨勢[J]．機械廣場，2007，（12）：32-35．

[6]余建輝，王志興．瀝青攪拌設備微機控制系統設計與應用[J]．筑路機械與施工機械化，2003，（2）：8-11．

[7]蘇紅云．瀝青攪拌設備在使用過程中的節能減排[J]．建筑機械技術與管理，2011，（6）：27-41．