分布式控制系统在沥青搅拌设备上的应用

任水祥，王后能，尧三品

（ 1．三一重工股份有限公司，湖南 长沙 410100；2．武汉工程大学 电气信息学院，湖北 武汉 430073 ）

自1975年美国霍尼韦尔第一套分布式控制系统TDCS-2000问世以来，分布式控制系统已经在工业控制的各个领域得到了广泛的应用，以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力逐渐成为过程工业自动控制的主流系统。

分布式控制系统采用微处理器分别控制各个回路，而采用中小型工业控制计算机或高性能的控制器实施上一级的控制，各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息[1]。分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互及监控和管理等功能，是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是一种比较完善的控制与管理生产过程的系统。同时，通过CAN总线能够使各个节点之间准确、高速地实现信号传递，从而为整个系统的构建打下良好的基础[2]。

在筑路工程的建设中，沥青搅拌设备的作用是生产沥青混合料，故沥青搅拌设备是沥青路面施工的关键设备之一，也是目前机电一体化技术密集的机械设备之一[3]。我国沥青搅拌设备在20世纪60年代后期起步，发展很快，设备设计、制造技术实现了跨越式发展，整机设计也实现了突破[4][5]。沥青搅拌设备的机械结构复杂，并有复杂的电气电路系统；所处现场环境恶劣、干扰大；其自动控制系统实现难度高，牵涉电路控制、温度控制、物料计量控制等[6]。正是因为其涉及到物料输送、烘干、加热、筛分、计量、储存、搅拌和燃烧、除尘、自动控制等相关技术及应用[7]，所以控制难度比较高。本文提出了基于分布式控制系统的网络控制方式。

本文采用 ABB控制器搭建工业以太网和 CAN通讯网络，实现分布式控制。以太网通讯是适应新技术发展的要求，提高了通讯稳定性、可靠性和实时性，同时降低了设备成本。分布式控制模式提高了数据传输速度和模块集成度，减少了现场安装的工作量及现场安装造成的机械故障和电气故障，同时达到减少约束，节约成本的目的。ABB控制器与扩展模块间的 CAN通讯提高了整机控制系统的安全性和可靠性；变频器和秤信号变送器的 CAN通讯具有易扩展性和易维护性的优势，同时，也提高了数据传输的准确性。

1．控制技术

基于ABB控制器和CAN通讯的现场总线控制技术为基础，搭建的分布式控制系统以工业以太网。

工业以太网的主要技术特点体现在通讯准确性、实时性、稳定性、可靠性和安全性，其全双工通信使得端口间两对双绞线分别同时接收和发送报文帧而不会发生冲突。现场总线（Fieldbus）被称为21世纪工业过程控制网络标准。它是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、爽向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表联用够成现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。控制器局部网CAN（Controller Area Network）属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN现场总线有卓越的特性和极高的可靠性。

2．设计流程

管理层和控制层（上位机和ABB主控制器）之间采用工业以太网进行通讯，上位机采用Delphi软件进行界面设计，下位机使用KW公司的Multiprog编程软件进行程序设计。控制层和设备层（主控制器和总线模块）之间采用CAN通讯。设备层总共分为五个部分（除尘部分、计量部分、搅拌和粉罐部分、成品仓和小车部分、冷料部分），其中除尘部分、搅拌层和粉罐部分主要由总线模块组成；计量层部分包括总线模块及三个秤信号变送器组成，它们之间采用CAN通讯进行数据传输；成品仓和小车部分包括总线模块及一个小车变频器，它们之间同样采用CAN通讯进行数据传输；冷料部分主要由五个冷料变频器组成，冷料变频器与总线模块之间采用CAN通讯进行数据传输，冷料部分其它I/O控制通过变频器自带的I/O点传输。设计流程如图1所示。

图1 网络示意图

3．系统软件设计

系统软件设计主要分为以太网通讯软件设计，以及分布式CAN通讯软件设计两部分。

（一）以太网通讯软件设计有两个功能块，一个向主控制器发送数据，一个从主控制器接收数据。向主控制器发送数据：

4．总结

控制系统选用ABB高端控制器作为控制核心，采用全自动运行与手动操作相结合的运行模式，可实现设备的手动调试和自动生产不同的运行方式。这种分布式控制系统吸取了计算机集中控制和常规模拟仪表分散控制两者的优点，并克服了两者的缺点，将通讯、计算、控制、屏幕显示结合为一体，能方便地改变控制模式，实现各种复杂控制。同时，故障引起的危险被彻底分散，提高了控制系统的可靠性。

[1]阎伟，陈小强，郑华强．分布式控制系统在大型注塑机上的应用[J]．轻工机械，2013，31（1）：36-39．

[2]李光耀，郭迎清，王海泉．基于CAN总线的航空发动机分布式控制系统通信研究[J]．测控技术，2009，28（1）：62-66．

[3]杨波．浅析沥青搅拌设备运料车自动控制系统[J]．科技向导，2012，（6）：262．

[4]何华．浅析我国沥青搅拌设备的现状和发展趋势[J]．科技创新导报，2009，（25）：251-253．

[5]张超群．国内沥青搅拌设备技术现状和发展趋势[J]．机械广场，2007，（12）：32-35．

[6]余建辉，王志兴．沥青搅拌设备微机控制系统设计与应用[J]．筑路机械与施工机械化，2003，（2）：8-11．

[7]苏红云．沥青搅拌设备在使用过程中的节能减排[J]．建筑机械技术与管理，2011，（6）：27-41．