1引言
能源與交通一直是製約我國國民經濟發展的重要瓶頸。我國高等級公路建設的迅速發展，迫切需要配套的大型施工機械設備，瀝青混凝土攪拌站就是其中一個關鍵的機械設備。
國外公司對瀝青混凝土攪拌站的開發投入很大，特別是近10年來，該產品的技術更新速度幾乎超過了所有的工程機械。新技術、新方法的使用，使這一產品的性能不斷得到完善和改進。與美國相比，兩國國土麵積相近，但公路裏程僅為美國的七分之一，且高等級公路更少。據統計，美國的瀝青混凝土攪拌設備的社會保有量約為5000台套，每年的配套能力為300台套，且均為性能先進的大型設備。而我國的社會保有量不足千台，而能用於高等級公路建設的隻有200餘台套，其中大型的隻有20台套左右。而國產大型設備的年配套能力僅為10台套左右，其餘則隻能依賴進口。從市場分析不難看出，瀝青混凝土攪拌站是一類長期具有廣闊市場的產品。
結合國外控製係統特點和本國的實際情況，本係統以工控機、PLC、ET200M及現場儀表構成全集成自動化TIA(Totally Integrated Automation)係統兩級網絡車間級和現場級網絡。選用S7-300係列PLC，根據LBQ4000瀝青混凝土攪拌站工藝流程及係統需求在廠長辦公室設立遠程遠程監控計算機對整個拌合站的運營情況進行監控,中央控製室設立工程師站、操作員站和央控製器構成車間級網絡單元，4個分布控製站構成現場級網絡單元。上位機采用Wincc作人機接口，通過CP5611以Profibus協議與各站進行數據通訊，完成數據采集、處理、監督及控製功能。
2工藝流程及控製係統的功能需求
2．1工藝流程
LBQ4000瀝青混凝土攪拌站屬於間歇式瀝青混合料攪拌設備，主要由以下部分組成：冷骨料配料裝置、骨料烘幹與加熱係統、熱料提升裝置、熱料篩分與稱量裝置、粉料供給係統、瀝青供給係統、攪拌器、成品料提升機、成品料儲倉與除塵裝置。
該設備工藝流程如下：
(1)不同規格的冷石料及砂→定量配給並進行粗配→冷骨料初次篩分→冷骨料輸送機→幹燥筒進行烘幹、加熱→熱骨料提升機提升→熱骨料篩分機進行篩分並按不同的規格分存至各熱料倉→熱料分組及累計稱量→攪拌器攪拌；
(2)礦料→粉料倉→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(3)瀝青→瀝青罐→輸送及稱量裝置→攪拌器攪拌；
(4)攪拌器拌好的成品料→成品料卷揚機提升→成品料儲與保溫倉→運往工地。
2．2控製係統的功能需求
根據間歇式瀝青攪拌站工藝流程在現場信號采集點和電控設備較集中的地方設立分布式遠程從站，將現場監測儀表信號及控製、采集信號接入各遠程子站。通過PROFIBUS現場總線將控製主站、遠程子站與中央控製室的工程師站、操作員站相連，便於集中監控。將中央控製器與廠長室微機接入標準以太網，由管理機完成各項管理和功能。整個自動化監控係統構成TIA的車間級和現場級兩級監控網絡，TIA即統一的組態和編程、統一的數據庫管理和統一的通信,是集統一性和開放性於一體的自動化係統。
下麵詳細介紹各組成部分的功能與需求：
2．2．1中央控製級
中央控製級分為中央控製室及廠長室遠程管理監控計算機。中央控製室設有工程師站和操作員站作為2類DP主站(DPM2),PLC主控製器作為1類主站(DPM1)。工程師站即能完成係統組態、調試及控製參數的在線修改和設置等，又能完成對整個LBQ4000瀝青混凝土攪拌站的數據采集、監控，報表及打印等功能；操作員站主要完成對整個LBQ4000瀝青混凝土攪拌站的數據采集、監控、報表及打印等功能；在不需組態式修改參數時，工程師站與操作員站互為備用，提高了係統的可靠性；DPM1在預定的周期內與分布式的站（如DP從站）循環的交換信息，並對總線通信進行控製和管理。廠長室遠程管理監控計算機以工業以太網形式與主控製器相連，以便於廠長對整個係統進行管理和監控，並針對實際情況準確發出操作命令。
中央控製級主要功能如下：
（1）對分布控製站PLC送來的數據進行分析處理、儲存、建立係統數據庫；
（2）向PLC發布指令，實時控製和調節設備運行；
（3）顯示多幅工藝流程畫麵，並實時顯示巡檢參數；
（4）在線故障診斷、報警；
（5）曆史趨勢顯示，模擬量資料顯示；
（6）打印報表
2．2．2分布式控製站
共設四個分布控製站，各站主要負責采集現場各個傳感器的信號、電機的運行，除了把信號轉換後傳給上位機和中央控製器，由上位機進行顯示和控製外還要根據控製要求對現場控製櫃和執行機構作出相應的控製，所以各分站PLC不但具有中心控製的作用，還具有數據中轉站的作用。在自動狀態下，根據檢測數據對某些信號進行PID控製如石料溫度控製、石料重量、瀝青重量、礦粉重量等，以達到最優狀態；各站實現功能如下：
（1）從站1
1）對6個冷級配變頻器的監控；
2）對6個冷骨料料倉缺料進行報警，缺料信號與倉壁振動器聯鎖運行，定時停止。
（2）從站2
1）完成LBQ4000瀝青混凝土攪拌站所有電機的順序啟/停操作以及卷揚機的監控；
2）引風機、烘幹筒電機、攪拌器等大功率電機運行狀態監控包括運行電流、風機傳動部位溫度、攪拌器傳動部位溫度等；
3）與PLC從站4建立直接數據交換（Direct Data Exchange簡稱為DX），由烘幹筒引火口負壓信號確定風門大小。
（3）從站3
1）除塵器脈衝反吹，全自動工作；
2）氣動電磁閥動作、電動蝶閥、料位計監控，攪拌缸缸門開關狀態監測及批次計量；
3）成品料倉倉門開關控製、倉門加熱及倉滿報警；
4）卷揚機上、下限位，上、下超限位，上、下減速位監控。
（4）從站4
1）石料、瀝青、礦粉計量；
2）石料、瀝青、除塵器進口溫度監控以及烘幹筒引火口負壓監控；
3係統硬件選型及連接
3.1中央監控室
（1）兩台中央監控計算機均為研華工控機P4處理器1.6G主頻，2G內存，160G硬盤，Windows2000 Sever/Professional操作係統，並配有STEP7和Wincc軟件；
（2）兩塊CP5611卡，實現與Profibus總線的通訊；
（3）兩塊CP1613卡，實現以太網通訊；
（4）以太網交換機OSM ITP62，帶有兩對光纖接口以備遠距離傳輸需要；
（5）一台S7-300包含電源模塊：PS307-10A，CPU 315-2DP；
（6）CP343-1卡以實現以太網通訊；
（7）EPSON針式打印機一台；
（8）附件包括總線連接器與聯接電纜等。
3.2分布式控製站
由於對稱量精度的需求我們選用了位處理時間小於100ns的CPU 315-2DP，S7-300是模塊化結構設計，無風扇結構，易於實現分布，易於用戶掌握。
（1）從站1
主要配備CPU模塊CPU315-2DP、PS307-2A電源模塊各1塊，1塊16點DI模塊SM321，1塊16點DO模塊SM322和1塊8路AO模塊SM332；6台MM440變頻器以及PROFIBUS-DP接口模塊。
（2）從站2
主要配備為:CPU模塊CPU315-2DP、電源模塊PS307-2A各1塊、16點DI模塊SM3211塊、32點DO模塊SM3222塊，死循環控製模塊FM355 1塊，8點AI模塊SM331 2塊。
（3）從站3
主要配備CPU模塊CPU315-2DP、PS307-2A電源模塊各1塊，5台ET200M分布於除塵器現場、拌合樓二層、三層、四層和卷揚機現場以Profibus-DP協議與從站3通訊。
（4）從站4
主要配備CPU模塊CPU315-2DP、PS307-2A電源模塊各1塊，3塊8點AI模塊SM331，3塊Panther稱重儀表.
由於各站點之間通信距離均不超過300M且對EMC的要求,我們選用了ITP電纜連接各個Profibus站點。PLC的CPU315-2DP帶有兩個Profibus總線接口，這樣各從站與主站之間可方便的通過ITP電纜組成Profibus網絡，上位機可以通過CP5611模塊接入Profibus網絡；中控室的兩台工控機、一台中央控製器及廠長辦公室的管理機組成標準工業以太網用ITP電纜與交換機建立物理連接；各個計算機之間可以通過網絡傳遞數據並打印報表等。
4係統軟件設計
整個係統軟件分為上位機監控軟件和PLC現場控製軟件。
4.1上位監控軟件
本係統采用1024點的西門子Wincc組態軟件對係統進行監控。主畫麵顯示整個瀝青混凝土攪拌站的工藝流程，通過主畫麵的各按鍵進入不同的分畫麵，主要包括：工作方式選擇屏、參數設定屏、手動工作屏、半自動工作屏、全自動工作屏、打印報表屏一和打印報表屏二，分畫麵還包括報警表格和各模擬量趨勢圖。整個監控係統的所有開關量和模擬量都在各個畫麵中體現出來。監控係統還具備了實時故障報警和曆史數據歸檔的功能。
4.2 PLC編程軟件
本係統PLC的編程使用STEP7編寫，實現PLC對過程數據的初步處理。在STEP7中，有3種編程語言可用來編程，分別是梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊（FBD）。
首先建立新項目，插入PLC站，插入各模塊的順序完成硬件組態，然後開始編製PLC程序。
5係統的運行狀況和經濟效益
本係統已投入實際運行，自投入運行以來，控製係統運行穩定可靠，設備工作狀況良好，使用及維護簡捷方便，各項指標均達到了設計要求：溫控精度達到了±5℃，油石比達到了±0.3，石料與礦粉計量精度達到了±0.5，瀝青計量更是達到了±0.3，均是達到或者超過了國際優等品指標；操作人員的工作量和勞動強度大大降低，能源和設備的利用率得到提高，解決了間歇式瀝青混凝土攪拌站控製設備分散、複雜、難以集中控製的難題，同時實現了節約能源、降低能耗，受到了廠方的好評，經濟效益可達1000萬元以上。
本文作者的創新點在於：將Profibus現場總線應用於瀝青拌合設備控製係統，減量法放瀝青的控製油石比算法。

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