CN101739000B - 沥青发泡装置智能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种沥青发泡装置智能控制系统，以计算机或触摸屏作为上位机，采用组态软件设置人机界面，以各种流量计、传感器、变频器、PLC作为下位机，通过流量计、传感器检测或控制系统所需的信号，传送给上位机和PLC，PLC通过将实时测得的流量数值与初始设定的流量数值比较，根据两者数之差的大小增加或减小变频器的频率值，从而调整连接各个泵的电机转速以改变流量，从而实现沥青、发泡水、拌和水及空气的闭环控制。本发明操作简单，控制方便，实现了智能化控制。

Description

沥青发泡装置智能控制系统

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，涉及一种沥青发泡装置智能控制系统。

背景技术

140℃～180℃的热沥青与冷水喷射到一个发泡腔，在腔体内均匀接触并导入压缩空气，会喷出泡沫沥青，使沥青的粘度显著降低，与各种骨料具有很好的和易性，在拌和工艺中节省拌和时间，也不必对骨料进行烘干处理，节能减耗又环保。泡沫沥青以其节能环保的特性被广泛应用于道路建设上。泡沫沥青的生产需要专门的设备，专利号是ZL200720013454.8的中国实用新型“泡沫沥青发生器”，是用于沥青路面冷再生机喷洒控制装置的泡沫沥青发生器，控制系统采用PLC作为中央处理器，发泡量由沥青泵的排量决定，沥青泵由液压泵间接控制。这种方案仅适用于现场冷再生机，沥青发泡量的多少与行走系统相关联。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青发泡装置智能控制系统，满足泡沫沥青混合料拌和工艺的控制需要。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种智能控制系统，包括控制模块、执行机构及多个流量计，流量计监测各监测点的流量值发送给控制模块，控制模块处理后发送指令控制执行机构动作。

进一步，所述执行机构包括变频器、电机及泵，控制模块根据处理结果调整变频器的频率值，从而调整连接各个泵的电机转速以改变流量。

所述控制模块采用PLC，该PLC包含有温控单元、模数转换器以及485BD转换器。

所述流量计包括沥青流量计、发泡水流量计、拌和水流量计及空气流量计。

其还设置了监控报警功能，在流量计上设置传感器，在线监控各个系统的压力、流量、温度参数。

其还具有温度自动控制功能，由温度变送器采集温度信号传送给控制模块，控制模块控制沥青管道上的加热元件进行加热。

所述加热元件是电拌热，电热圈或加热绳。

控制系统以计算机(包含PCI串口卡)或者触摸屏为上位机，采用组态软件设置人机界面，系统中PLC、变频器以及流量计作为下位机，监测或控制沥青发泡装置所需的信号。实时监测的所有的信号均传送至计算机，由计算机统一分配，集中控制。上位机对实时流量进行观测和监控，而PLC根据反馈的流量数值与初始设定的流量数值进行比较，根据两者数之差的大小增加或减小与流量差相应的频率值，采用变频器调节各个泵的电机转速，与流量计反馈的实时流量形成闭环控制系统。也就是，当流量计反馈的数值小于初始设定的流量数值时，通过控制程序增加变频器的频率；当流量反馈的数值大于初始设定的流量数值时，通过控制程序减小变频器的频率。变频器和流量计的驱动均采用标准MODBUS模式，通过232/485转换器实现上、下位机的通讯。泵和驱动电机连接，通过改变变频器的频率，来改变电机的转速，进而改变流量，流量计作为反馈元件检测瞬时流量和累计流量，通过与理论控制流量对比，实现流量的闭环控制。沥青和拌和水泵采用变频器“一拖二”的方式，共用一个变频器，在变频器的S1输出端连接PLC输出端子，可实现对沥青泵和拌和水泵两个驱动电机的转换。流量计包括沥青流量计、发泡流量计、拌和水流量计及空气流量计，分布在各个监测点的传感器、流量计等作为反馈元件，将检测到的各种信号(流量、温度、压力等)传输至计算机集中控制，检测到的信号分两路传送，一路送往PLC进行流量的精确计量控制，一路送往上位机实现系统监控与数据显示。

其还具有温度自动控制功能。采用温度变送器采集温度信号，沥青管道的加热元件可以是电拌热，电热圈或加热绳，温度变送器反馈的温度数值与系统设置的设定温度进行比较，通过PID控制器调整可控硅的输出功率来改变加热元件的电流，从而实现温度的自动控制，使用中，只需要在智能控制系统设定系统的目标温度。沥青的加热温度为沥青发泡的工作温度(一般在140～180℃)，不同沥青的型号发泡的温度不同，在控制系统中，只要选择了一种型号的沥青，沥青适合发泡的温度会自动产生。

利用计算机或者触摸屏作为沥青发泡装置的主控制端，采用组态软件设置人机界面，可以实现对沥青发泡过程的控制和泡沫沥青混合料搅拌工艺的操作，对流量，压力，温度进行实时监控和数据采集并记录，可实现系统状态的监控和错误报警，可实现沥青发泡的配方管理以及操作人员工作量的统计，可对整个沥青发泡装置进行动画演示，对系统的操作可选择自动或手动操作方式。

采用PLC作为系统的主控单元，实现对开关量控制和各流体流量控制，增加模数转换模块实现对模拟量的控制；电气控制柜上设置各种操作按钮，报警指示灯和急停按钮，并通过外接电位计在电气控制柜上的模拟量的调节旋钮；电气控制柜上控制方式有两种：自动或手动。

利用组态软件设置了沥青发泡的配方管理(也就是针对不同型号的沥青设置了发泡的参数，比如：发泡水的比例、沥青的加热温度、气压，在使用时只需要在上位机或者控制柜上选择沥青的型号，即可实现该型号沥青发泡的合适参数设置)，操作人员的工作量统计，系统参数的实时监控和数据记录，系统错误的实时报警和历史报警，温度的实时显示以及趋势曲线，沥青、发泡水以及拌和水流量的实时监控以及与理论设定流量的误差曲线。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：可以在电气控制柜上实现对沥青发泡装置的控制，也可以选择在计算机或触摸屏上(即人机界面)实现对沥青发泡装置的控制。本发明还具备操作简单，控制方便，实现了智能化。

附图说明

图1是控制电路接线图。

图2是本发明的通讯连接图。

图3是人机界面功能示意图。

图4是人机界面操作流程图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明可适用于沥青搅拌站上增设，不存在与行走系统的关联性，并且，本发明采用计算机作为中央处理器，PLC作为下位机，实现沥青发泡过程控制，可实现沥青发泡过程的全程监控以及数据记录，对泡沫沥青流量采用的是变频调流的控制方案，不像专利号是200720013454.8的泡沫沥青发生器那样涉及其他的液压泵。本发明提出设计用于搅拌站上沥青发泡功能模块的控制系统，并且可以简化后用于实验室沥青发泡机的控制上，这样做可以缩减业主的投资额度，不必花费过多经费购买冷再生机，只需要添加沥青发泡功能模块即可以实现泡沫沥青混合料的拌和工艺。不仅适用于搅拌站上增设的沥青发泡功能模块的控制系统，还可稍作简化用于实验室沥青发泡试验设备上。

如图1所示，本发明的控制系统包括上位机(计算机或触摸屏)、PCI串口卡、3个485/232转换器、沥青和拌和水共用的变频器、发泡水变频器、PLC主单元及其485BD转换器(如图1中采用的是FX2N-485BD)、模数转换器(如图1中采用的是FX2N-2AD)、两个电位计。

其中，上位机(计算机或触摸屏)与PCI串口卡相连接(由于本装置采用的是计算机，计算机内部含有一个PCI串口，所以，图1所示上位机与PCI串口卡和其中一个485/232转换器相连接)。3个485/232转换器的连接如下说明：其一与四个流量计(沥青流量计、发泡水流量计、拌和水流量计和空气流量计)并联连接；其二与两个变频器(沥青和拌和水共用变频器以及发泡水变频器)并联连接；其三与PLC的485转换模块(图1中FX2N-485BD)相连接。具体连接这样描述：将所有流量计的485A端子均与485/232转换器的A端子连接；变频器的连接如图2所示，将变频器的R-和S-端与485/232转换器的A相连，将变频器的R+和S+端与485/232转换器的B相连；将PLC的485转换器(FX2N-485BD)的RDA端与485/232转换器的A端相连，RDB端与485/232转换器的B端相连，SDA端与485/232转换器的R+端相连，SDB端与485/232转换器的R-端相连，连接电缆采用双绞线。两个变频器的MA端子与PLC主单元的输入端子相连接，MC端子与PLC住单元的公共端子相连接，S1端与PLC输出端子相连接，实现了与PLC的通讯，从而由PLC控制变频器频率的调整，即根据流量计的反馈的流量值与系统设定的初始流量值进行比较，PLC程序通过两者之间的差值控制变频器的频率值，从而实现流量的闭环控制。

1.上位机是计算机或者触摸屏，并且内置PCI串口卡；2.上位机采用组态软件设置操作和监控界面；3.系统具有485/232转换器，与上位机中的PCI串口卡相连接，可实现上位机与流量计之间的通讯，可实现上位机与变频器的通讯，可实现上位机与PLC及其功能模块的通讯；4.系统具有变频器，通过485/232转换器与上位机实现通讯(连接见上面所述)，通过与PLC端子的相应端子连接实现与PLC的通讯(连接见上面所述)。5.系统具有流量计(本装置采用的是靶式流量计，但是采用其他流量计也同样可以实现，靶式流量计同时具有测试流量、压力、温度的功能。如果不具备测量压力或温度的功能，可以增加压力变送器或温度变送器等，在装置实现时，只需增加485/232转换模块的数量即可满足通讯需求。上位机和电气控制柜均可以实施操作功能，上位机和电气控制柜都具有自动控制功能和手动控制功能。

智能控制系统具有的功能如图3说明，使用时，如图4说明。

本发明智能控制系统借助上位机或者触摸屏制作人机界面，如图3。由组态软件完成，是控制系统的中心，它的指令高于一切。PLC，变频器以及流量计均由计算机直接控制。分布在各个监测点的传感器、电磁阀、流量计等作为检测和执行元件，将信号返回给计算机，计算机进行集中控制。电位计的设置可以实现在控制柜上手动调节发泡水比例和拌和水比例，变频器的频率根据热沥青，发泡水以及拌和水的用量进行控制。变频器和流量计驱动均采用标准MODBUS进行通讯。

沥青发泡装置智能控制系统设置手动和自动两种操作方式。这两种操作方式在上位机或触摸屏主界面上进行选择。当选择手动操作时，系统等待指令，操作者需要按照界面提示语言按步进行操作；当选择自动操作时，系统按照既定操作动作自动进行。

人机界面功能如图3所示。根据泡沫沥青混合料生产工艺和管理需要，人机界面具备控制操作功能，生产管理功能和监控报警功能。界面系统可以根据系统提示选择或输入系统参数，如选择沥青型号和密度，输入喷射时间、泡沫沥青比例、发泡水比例、计量泵容积比例等。喷射时间是指泡沫沥青混合料在拌和的过程中泡沫沥青需要喷洒的时间；泡沫沥青比例是指沥青用量占混合料的总量的比值；发泡水比例是指发泡水流量占沥青流量的比值；发泡水的动力元件是计量泵，计量泵具有调整泵容积大小比例的能力，称之为计量泵的容积比例。可以在界面上设置操作人员登陆及密码设置菜单，从而进行专人专用，以方便查询操作人员的工作时间，自动统计个人工作效率。另外，系统中还预存了典型的沥青型号，为这些典型的沥青型号设置了发泡参数的配方管理功能，只要按照提示选择沥青型号即可实现最佳发泡参数的调用，如果采用的沥青型号系统中没有预存，可根据提示输入相关参数，系统进行泡沫沥青性能的预测，然后选择合适的沥青发泡参数供选择。此外，人机界面设置了监控报警功能，可在线监控各个系统的压力、流量、温度等重要参数，这些参数在生产过程中的实时值和累计值等均记录在数据库，可随时调用或打印，如果系统出现误操作或参数超差等现象会自动报警。

人机界面操作流程：沥青发泡装置人机界面操作流程如图4所示。首先，运行组态软件，进入系统的初始界面，在初始界面的下拉菜单的用户登录中，填写操作人员的姓名和密码登录界面，然后点击参数设置。在参数设置的界面中有两种方式可供选择来确定沥青发泡参数，一种是通过选择配方，另一种是通过自主输入参数的方法，当参数确定后，点击参数确认，然后进入系统。进入沥青发泡系统的主画面，可以选择手动或自动操作。操作方式选择完毕后，点击启动按钮，即可实现沥青发泡设备的开启功能，主画面中可全局监控整个沥青发泡装置的状态。主画面的上方设置多个下拉菜单分别实现不同的监控功能，比如可以切换到流量监控界面或者频率设置界面，还可以选择观察流量或者温度实时曲线，也可以实现报表打印，可以查看实时或者历史报警记录，在帮助菜单中，设置了沥青发泡系统的操作说明，可供技术人员参考。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能控制系统，其特征在于：包括控制模块、执行机构及多个流量计，流量计监测各监测点的流量值发送给控制模块，控制模块处理后发送指令控制执行机构动作；所述流量计包括沥青流量计、发泡水流量计、拌和水流量计及空气流量计；

所述执行机构包括变频器、驱动电机及泵，控制模块根据处理结果调整变频器的频率值，从而调整连接各个泵的驱动电机转速以改变流量；

所述控制模块将实时监测的流量值与初始设定的流量数值进行比较，根据两者之差的大小增加或减小变频器的频率值；

所述控制模块采用PLC；

其还设置了监控报警功能，在流量计上设置传感器，在线监控各个系统的压力、流量、温度参数；

其还具有温度自动控制功能，由温度变送器采集温度信号传送给控制模块，控制模块控制沥青管道上的加热元件进行加热；

所述加热元件是电拌热，电热圈或加热绳；

该控制系统以计算机或者触摸屏为上位机，采用组态软件设置人机界面，系统中PLC、变频器以及流量计作为下位机，监测或控制沥青发泡装置所需的信号；实时监测的所有的信号均传送至上位机，由上位机统一分配，集中控制；上位机对实时流量进行观测和监控，而PLC根据反馈的流量数值与初始设定的流量数值进行比较，根据两者数之差的大小增加或减小与流量差相应的频率值，采用变频器调节各个泵的驱动电机转速，与流量计反馈的实时流量形成闭环控制系统。

2.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：

泵和驱动电机连接，通过改变变频器的频率，来改变驱动电机的转速，进而改变流量，流量计作为反馈元件检测瞬时流量和累计流量，通过与理论控制流量对比，实现流量的闭环控制。

3.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：分布在各个监测点的传感器、流量计作为反馈元件，将检测到的信号传输至上位机集中控制，检测到的信号分两路传送，一路送往PLC进行流量的精确计量控制，一路送往上位机实现系统监控与数据显示。

4.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：变频器和流量计的驱动均采用标准MODBUS模式，通过232/485转换器实现上、下位机的通讯。

5.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：沥青和拌和水泵采用变频器“一拖二”的方式，共用一个变频器，在变频器的S1输出端连接PLC输出端子，可实现对沥青泵和拌和水泵两个驱动电机的转换。

6.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：

采用温度变送器采集温度信号，温度变送器反馈的温度数值与系统设置的设定温度进行比较，通过PID控制器调整可控硅的输出功率来改变加热元件的电流，从而实现温度的自动控制。

7.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：使用中，只需要在智能控制系统设定系统的目标温度；沥青的加热温度为沥青发泡的工作温度，在140～180℃之间，，在控制系统中，只要选择了一种型号的沥青，沥青适合发泡的温度会自动产生。

8.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：利用计算机或者触摸屏作为沥青发泡装置的主控制端，采用组态软件设置人机界面，可以实现对沥青发泡过程的控制和泡沫沥青混合料搅拌工艺的操作，对流量，压力，温度进行实时监控和数据采集并记录，可实现系统状态的监控和错误报警，可实现沥青发泡的配方管理以及操作人员工作量的统计，可对整个沥青发泡装置进行动画演示，对系统的操作可选择自动或手动操作方式。

9.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：采用PLC作为系统的主控单元，实现对开关量控制和各流体流量控制，增加模数转换模块实现对模拟量的控制；电气控制柜上设置各种操作按钮，报警指示灯和急停按钮，并通过外接电位计在电气控制柜上的模拟量的调节旋钮；电气控制柜上控制方式有两种：自动或手动。

10.如权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：利用组态软件设置了沥青发泡的配方管理，也就是针对不同型号的沥青设置了发泡的参数，在使用时只需要在上位机或者控制柜上选择沥青的型号，即可实现该型号沥青发泡的合适参数设置，操作人员的工作量统计，系统参数的实时监控和数据记录，系统错误的实时报警和历史报警，温度的实时显示以及趋势曲线，沥青、发泡水以及拌和水流量的实时监控以及与理论设定流量的误差曲线。

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