采用Profibus現場總線的穩定土廠拌站控制系統設計

摘 要：傳統穩定土廠拌站控制系統存在著布線復雜、信號干擾大，自動化程度低等弊端，采用Profibus現場總線組建的控制系統結構簡單，操作簡便，控制精度高，控制電纜用量的減少，有效地降低了由控制電纜引發的各類故障，大大提高了混凝土廠拌設備的運行可靠性

關鍵詞：Profibus總線；穩定土廠拌站；PLC

前言

穩定土廠拌設備是高等級公路施工專用攪拌設備，它能根據實驗室提供的穩定層配比，通過控制骨料倉給料系統、計量水泵等的運轉，從而實現原材料連續配給和混合料繼續生產。現代公路和城市道路基層施工均采用大規模、連續性的機械化施工， 施工現場對穩定土的各種骨料以及粉料配比精度的要求越來越高，并且要求廠拌設備具有較高的生產效率。因此，穩定土生產過程中廠拌設備自動控制系統日益受到人們的重視。

現存大量的廠拌設備自動控制系統操作面板復雜，數據采集與傳輸仍然采用普通電纜，該方式存在布線復雜、信號容易丟失、配方改變困難的弊端。針對這些問題開發的基于現場總線的穩定土廠拌站控制系統，采用性能優越的Profibus現場總線組建的控制系統，能夠很好的解決這些問題。PROFIBUS現場總線是以開放式系統互聯網絡作為參考模型，采用的是德國國家標準DIN19245和歐洲EN50170現場總線標準，定義了物理傳輸特性、總線取協議和應用功能的一種計算機網絡系統，由Profibus DP、Profibus PA、和Profibus FMS三個兼容部分組成。Profibus DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散的I/O形式的通信具有巨大的優勢。

1 控制系統硬件組成

結合穩定土廠拌設備的實際需求，組建高速低成本的Profibus DP網控制系統，該系統主要由PLC、觸摸屏、變頻器、傳感器及其他電控元器件構成。其控制系統結構圖如圖1所示。

圖1 控制系統結構圖

該控制系統采取PLC與Profibus總線配合控制的方式。其中PLC作為控制核心，負責處理各個模塊采集到的信號并將控制信號和數據輸出。選用西門子S7-300系列PLC，型號為315F-2 PN/DP，它具有工業以太網接口和PROFIBUS DP網接口， 工業以太網接口用于PLC與上位機以及觸摸屏進行通訊，PROFIBUS DP網接口用于PLC與變頻器以及遠程IO模塊ET200M進行通訊。

上位機采用普通PC機，該上位機在系統組建初期負責硬件的組態、程序的編寫、程序的下載；系統組建完成后能夠對程序進行修改、下載并對程序進行監控。

使用西門子公司的TP170系列觸摸屏，具有價格低廉、堅固耐用、結構緊湊、顯示清晰、組態簡單高效等優點，TP170的引入能夠大大減少控制室內的儀表盤、指示燈、數碼管等器件，從而減少設備間的布線，使運行更加可靠，同時使設計人員能夠根據實際情況靈活改變顯示內容與方式，大大提高了設備的控制性能和水平。通過WINCC FLEXIBLE組態軟件建立組態和控制界面，整個系統的控制都可以通過觸摸屏來實現，并能對生產過程進行實時監控和相關數據的設定與顯示。

小皮帶以及粉料的絞刀稱處安放壓力傳感器， 用于采集各種骨料和粉料的稱重信號， 該信號輸入ET200M的模擬量模塊，通過PROFIBUS DP現場總線與PLC進行數據傳輸并由PLC進行程序的計算處理。

變頻器用于控制四種骨料的小皮帶、粉料的螺旋給料機以及水箱電機的運轉速度。PLC與變頻器通過PROFIBUS DP現場總線通訊，變頻器運行頻率的采集與設定、變頻器的故障監控都通過通訊的方式完成。

2 控制系統軟件設計

2.1 流程控制

編程軟件采用西門子的Step7 5.4版本，建立好項目后進行硬件組態，再根據控制流程編寫控制系統的控制程序，其控制流程為：廠拌設備中的控制對象為：料斗、稱重傳感器、小皮帶、集料皮帶、水箱、攪拌倉及卸料機構等幾個部分。通過裝載設備將各種骨料裝入料斗，料斗底端有放料機構，骨料落入小皮帶，皮帶底端有稱重裝置用以確定骨料的重量。骨料隨著小皮帶進入集料皮帶，通過集料皮帶傳送到攪拌倉進行攪拌，攪拌完成的混凝土由成品運輸皮帶傳送到成品倉儲存放，成品倉的卸料機構由傳感器判斷運貨汽車的到位與否控制卸料。

2.2 通訊

在硬件組態時設定好各個從站的DP地址，兩組遠程IO為3和4，變頻器地址從5到7，在實際硬件中，需要將變頻器的地址撥碼設置成與硬件組態一致。

圖2 系統硬件組態圖

2.3 軟件濾波

由于外界干擾等原因，PLC 采集到的稱重傳感器信號存在一定幅度的波動。為了提高精確程度，除在硬件上采取濾波措施外，在PLC 程序中，也對采集數據進行了軟件濾波處理，對采樣數據利用“算術平均法”，采集100個數據求和，再取其平均值，之后再作為原始數據進行相關的運算。

3 結束語

混凝土廠拌設備的現場環境十分惡劣，來自各個方面的干擾比較多， 采用PROFIBUS現場總線進行信號傳輸，有連接在總線末端附近的終端器，是一種阻抗匹配元件，能采用反射波原理使信號變形最小，減少了信號的衰減與畸變。并且控制電纜用量的減少，有效地降低了由控制電纜引發的各類故障，大大提高了混凝土廠拌設備的運行可靠性，實踐證明，抗干擾效果較好。

參考文獻

[1]張廣平.PLC 技術在穩定土廠拌設備中的應用[J].公路交通技術，2006.

[2]丁小平，等.PLC 在穩定土廠拌站自動控制系統中的應用[J].微計算機信息，2009.

[3]柳青，陳欠根.基于現場總線的廠拌站集散控制系統[J].湖南工業職業技術學院學報，2009.

[4]李強.profibus現場總線在冶金自動化系統中的應用[J].斟協論壇，2012.