沥青混合料拌和楼培训平台的研制及应用

刘艺柱+韩金玉

摘要：针对沥青拌和操作人员紧缺，培训技术落后的问题，设计了沥青混合料拌和楼的模拟样机的培训平台。该平台的应用程序采用模块化设计，具备原理演示、专业培训及技能鉴定等功能；可模拟沥青拌和楼生产过程中的现场数据和故障，操作界面简洁、方便。实训结果表明，培训平台的应用对提高培训质量和效率具有积极作用。

关键词：组态软件；培训平台；单片机；控制系统

中图分类号：U415.52文献标志码：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

沥青混合料拌和楼作为沥青路面机械化施工中的关键设备，集机、电、气、液于一体，其工况的好坏直接影响沥青混合料的质量，进而影响路面的铺筑质量。其生产中涉及电气控制、温度控制、配料计量控制等内容，且一般不允许随意改变工艺参数。

沥青混合料拌和楼操作培训一直沿袭理论教学、书面考核和见习值班等传统培训模式。存在培训周期长、业务针对性差、误操作风险高、培训成本高等问题[1]。培训过程中学员没有机会亲自动手操作，这就使理论教学与实践环节严重脱节。为提高在岗人员的专业素质和技能水平，以适应产业快速发展的需求，促进学员对沥青混合料拌和楼生产工艺流程的认识，加深学员对沥青混合料生产过程的理解，借鉴国内一些优秀培训平台[26]，开发了一种沥青混合料拌和楼培训平台。

1沥青混合料拌和工艺流程

沥青混合料拌和楼主要由提升机、振动筛、热料仓层、称量层、热骨料暂存仓和搅拌缸等6部分组成，如图1所示。提升机将加热后的热骨料提升至装置的最高处，热骨料经振动筛振动分拣，根据振动筛孔径大小分拣到6个热料仓中；每个热料仓存储规格一致的热骨料，下设有仓门控制投料量；在称量层，每种热骨料均设置了独立计量装置，计量装置下部设置2个放料门来控制骨料下泄速度，保证计量精度；按照配比称量好的各种热骨料存放在共用热骨料暂存仓中，暂存仓下部设置仓门用于控制搅拌缸的放料量；装置的最下面是搅拌缸，它负责将骨料、沥青、粉料和添加剂等进行混合搅拌，搅拌缸下方设有仓门用于泄放成品混合料。

2培训平台结构设计

由于沥青混合料拌和楼的体积庞大，结构件复杂，不适宜做模型，所以培训平台中采用三维效果图表示，既直观又经济。设备电气控制分强电一次回路和控制二次回路，在平台回路中大容量的空气开关、断路器和继电器等由小型的空气开关、交流接触器和中间继电器代替；电动机、电磁阀等执行构件选用指示灯代替，不影响教学训练，还可以降低成本、减小体积、减轻重量。结构部分选用24 m×12 m的大型图板进行布局，外观大气。框架选用万能三角铁制作，重量轻、成本低。底座装有6个脚轮，方便设备的灵活移动，便于装置与控制器的连接操作。

3培训平台控制系统设计

控制系统由PC机（iFIX组态软件）、PACSystemsTM RX3i控制器、信号发生板等组成，如图2所示。PACSystemsTM RX3i控制器作为控制系统的核心，检测生产中各环节的运行状态、存储工艺参数、执行控制算法及发出控制指令等。PC机（iFIX组态软件）作为上位机，实时监控设备运行状态，还可以远程设置各种生产工艺参数、模拟各种故障。信号发生板接受上位机传来的指令，生成生产工艺参数。培训平台包括远程自动控制、远程手动控制和就地手动控制3种模式。远程自动控制包括iFIX组态软件自动监控系统和设备运行情况，运行过程中操作人员的干预量最小。远程手动控制包括由操作人员通过人机界面接口进行操作，例如启动、停车等。就地手动控制即模拟现场，通过图板上的按钮开关模拟各种现场状态，对各电机、阀门实现手动操作控制，便于调校设备[7]。

PACSystems RX3i控制器通过以太网口与PC机连接，运行ProficyTM Machine Edition软件进行硬件组态和软件编程。系统中选用的模块包括电源模块IC695PSD040、CPU模块IC695CPU315、以太网通信模块IC695ETM001、数字量输入模块IC694ACC300、数字量输出模块IC694MDL754、模拟量输入模块IC695ALG600、模拟量输出模块IC695ALG704等。硬件组态和软件流程如图3、4所示。

信号发生板由STC89C52RC单片机、微型继电器、D/A转换芯片DAC0832、4×4键盘、8位LED显示等组成，如图5所示。微型继电器模拟料位开关、限位开关等开关量给定信号；DAC0832模拟称重测量仪的4～20 mA输出信号；数码管和键盘提供人机交互界面。单片机程序为模块化设计，预存现场运行工艺状态参数。在培训过程中，各种工艺参数可从内存中调出，通过继电器和D/A转换器送至RX3i控制器从而更好地模拟各种生产状态。

iFIX组态软件通过RS232电缆连接信号发生板，代替键盘输入，培训师远程设置各种生产参数和故障状态，培训学员的现场应变处理能力。

4培训平台监控系统设计

监控系统选用iFIX工业自动化组态软件，为用户提供“过程化窗口”。结合组态软件和PAC控制系统，以组态软件为基础，进行二次开发[810]。通过iFIX组态软件实现画面显示、故障报警、实时曲线、历史曲线、调度、数据查询和各种报表的生成及打印等功能。在生产过程中，上位机软件iFIX5.1通过OPC驱动实时监控RX3i控制器，完成远程自动和远程手动控制，采集和管理实时数据。按照生产工艺及控制要求，程序的各步序之间都有严格地转换条件和连锁关系，以确保系统工艺的顺利完成。通过监控界面，操作人员可对处理过程中的各个部分的设备运行状况充分了解，及时掌握各个环节发生的各种情况。

5应用举例

实训过程完全模拟拌和楼的实际生产流程。启动后上位机系统上电，信号发生板复位，各种信号状态清零，模拟生产前状态；接着PAC控制系统通电，进行自检和输入输出端口状态监测；最后上位机与控制系统进行通讯联系。

开机运行后，培训师通过iFIX组态软件生产参数设计界面，给信号发生板下载生产过程参数，模拟某种生产状态，例如：料仓缺料。教师设置“缺料”信息后，信号发生板收到指令，将模拟料位计的继电器断开，表示料仓缺料状态。PAC控制系统的数字量输入模块检测到继电器断开信号时，执行缺料处理流程，系统暂停放料、计量，暂停生产。同时该状态作为信息反馈至中控室上位机组态软件中，作为报警信息进行提示。信号发生板延时1个时间段后，自动将继电器吸合，表示“缺料”故障排除。系统恢复正常生产，上位机的报警信息清除。

6结语

沥青混合料拌和楼培训平台融合了传感器、PLC、电气控制系统、电机驱动技术、组态监控以及系统运行维护和故障检测等技术，综合了流程演示、模拟操作、故障设置、事故演练及培训考核等功能，方便学生全面了解生产过程，掌握与现场控制最相近的操作技能，可广泛用于教学培训和技能鉴定等领域。

参考文献：

[1]肖亚苏，俞永江，李楠，等.低温多效海水淡化仿真培训平台的研制及应用[J].自动化与仪表，2014，29（8）：4851.

[2]王鑫国，刘建峰，陆金桂.传热培训平台控制系统的设计与实现[J].自动化与仪表，2010，25（12）：3741.

[3]麦艳红，钟文.基于GE Rx3i PLC生产过程控制技术培训平台设计与实现[J].河池学院学报， 2013，33（2）：114118.

[4]赵刚，徐杰，刘红苗.基于PLC和IFIX的小区供热锅炉控制系统[J].自动化与仪表，2012（10）：3841.

[5]王艳国，聂云，吕平，等.全玻璃化工仿真装置实训教学的研究与实践[J].中国现代教育装备，2005（5）：7376.

[6]王刚，王瑶，袁率，等.化工原理传热实验数测平台Xworks系统的设计与实现[J].实验技术与管理，2003，20（5）：3437.

[7]罗志国，姜茂发，邹宗树，等.RH实训教学系统的设计与研制[J].实验室研究与探索，2014，33（8）：229231，299.

[8]王月芹.基于组态的PLC实验仿真系统的开发[J].广西轻工业，2009（8）：6062.

[9]刘小春.基于组态控制技术的PLC实验开发[J].机械制造与自动化，2006，35（3）：114116.

[10]俞海珍，史旭华，蓝林花.基于组态技术的 PLC 实验教学平台设计与实现[J].宁波大学学报：理工版，2010，23（1）：4245.

[责任编辑：杜卫华]