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，培訓技術落后的問題，設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計，具備原理演示、專業培訓及技能鑒定等功能；可模擬瀝青拌和樓生產過程中的現場數據和故障，操作界面簡潔、方便。實訓結果表明，培訓平臺的應用對提高培訓質量和效率具有積極作用。

關鍵詞：組態軟件；培訓平臺；單片機；控制系統

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鍵設備，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量，進而影響路面的鋪筑質量。其生產中涉及電氣控制、溫度控制、配料計量控制等內容，且一般不允許隨意改變工藝參數。

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培訓模式。存在培訓周期長、業務針對性差、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節嚴重脫節。為提高在崗人員的專業素質和技能水平，以適應產業快速發展的需求，促進學員對瀝青混合料拌和樓生產工藝流程的認識，加深學員對瀝青混合料生產過程的理解，借鑒國內一些優秀培訓平臺[26]，開發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、熱骨料暫存倉和攪拌缸等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，熱骨料經振動篩振動分揀，根據振動篩孔徑大小分揀到6個熱料倉中；每個熱料倉存儲規格一致的熱骨料，下設有倉門控制投料量；在稱量層，每種熱骨料均設置了獨立計量裝置，計量裝置下部設置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倉中，暫存倉下部設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，攪拌缸下方設有倉門用于泄放成品混合料。

2培訓平臺結構設計

由于瀝青混合料拌和樓的體積龐大，結構件復雜，不適宜做模型，所以培訓平臺中采用三維效果圖表示，既直觀又經濟。設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、斷路器和繼電器等由小型的空氣開關、交流接觸器和中間繼電器代替；電動機、電磁閥等執行構件選用指示燈代替，不影響教學訓練，還可以降低成本、減小體積、減輕重量。結構部分選用24 m×12 m的大型圖板進行布局，外觀大氣。框架選用萬能三角鐵制作，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培訓平臺控制系統設計

控制系統由PC機（iFIX組態軟件）、PACSystemsTM RX3i控制器、信號發生板等組成，如圖2所示。PACSystemsTM RX3i控制器作為控制系統的核心，檢測生產中各環節的運行狀態、存儲工藝參數、執行控制算法及發出控制指令等。PC機（iFIX組態軟件）作為上位機，實時監控設備運行狀態，還可以遠程設置各種生產工藝參數、模擬各種故障。信號發生板接受上位機傳來的指令，生成生產工藝參數。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組態軟件自動監控系統和設備運行情況，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場，通過圖板上的按鈕開關模擬各種現場狀態，對各電機、閥門實現手動操作控制，便于調校設備[7]。

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

信號發生板由STC89C52RC單片機、微型繼電器、D/A轉換芯片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、限位開關等開關量給定信號；DAC0832模擬稱重測量儀的4～20 mA輸出信號；數碼管和鍵盤提供人機交互界面。單片機程序為模塊化設計，預存現場運行工藝狀態參數。在培訓過程中，各種工藝參數可從內存中調出，通過繼電器和D/A轉換器送至RX3i控制器從而更好地模擬各種生產狀態。

iFIX組態軟件通過RS232電纜連接信號發生板，代替鍵盤輸入，培訓師遠程設置各種生產參數和故障狀態，培訓學員的現場應變處理能力。

4培訓平臺監控系統設計

監控系統選用iFIX工業自動化組態軟件，為用戶提供“過程化窗口”。結合組態軟件和PAC控制系統，以組態軟件為基礎，進行二次開發[810]。通過iFIX組態軟件實現畫面顯示、故障報警、實時曲線、歷史曲線、調度、數據查詢和各種報表的生成及打印等功能。在生產過程中，上位機軟件iFIX5.1通過OPC驅動實時監控RX3i控制器，完成遠程自動和遠程手動控制，采集和管理實時數據。按照生產工藝及控制要求，程序的各步序之間都有嚴格地轉換條件和連鎖關系，以確保系統工藝的順利完成。通過監控界面，操作人員可對處理過程中的各個部分的設備運行狀況充分了解，及時掌握各個環節發生的各種情況。

5應用舉例

實訓過程完全模擬拌和樓的實際生產流程。啟動后上位機系統上電，信號發生板復位，各種信號狀態清零，模擬生產前狀態；接著PAC控制系統通電，進行自檢和輸入輸出端口狀態監測；最后上位機與控制系統進行通訊聯系。

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

6結語

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、電機驅動技術、組態監控以及系統運行維護和故障檢測等技術，綜合了流程演示、模擬操作、故障設置、事故演練及培訓考核等功能，方便學生全面了解生產過程，掌握與現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域。

參考文獻：

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[責任編輯：杜衛華]