一、概述
沥青混合料搅拌设备是一种复杂的综合配套设备，由于在野外作业，工作环境恶劣、气温变化幅度大、干扰源多等因素的影响，给该设备控制系统的设计增加了很大的难度。特别是用于高等级公路的设备，对沥青、粒料、粉料和温度的计量精度要求高，因此对该设备控制系统硬件和软件设计相对要求也较高，必须综合考虑上述因素，采取必要的设计措施，才能满足高等级公路施工的要求。
二、机械构成及工艺流程简介
以间歇式沥青混合料搅拌设备为例，其主要由以下部分组成：冷骨料配料装置；骨料的烘干与加热系统；热料提升装置；热料筛分与称量装置；粉料供给系统；沥青供给系统；搅拌器；成品料提升机；成品料储仓；除尘装置。其机械构成如图1所示。
图1 间歇式沥青混合料搅拌设备机构示意图
该设备的工艺流程如下：
1、不同规格的冷石料及砂→定量配给并进行粗配→冷骨料输送机→干燥筒进行烘干、加热→热料提升机提升→热料筛分机进行筛分并按不同的规格分存至各热料仓→热料分组及累计称量→搅拌器搅拌；
2、矿料→粉料仓→输送及称量装置→搅拌器搅拌；
3、沥青→沥青罐→输送及称量装置→搅拌器搅拌；
4、搅拌器拌好的成品料→成品料提升机提升→成品料储仓→运往工地。
三、控制系统设计任务及指标要求
沥青混合料搅拌设备是一种综合配套设备，独立运转部件多，工艺流程复杂。其控制系统的任务是将各部件按照预定的程序开机、运行及拌料、关机，在整机性能满足要求的前提下，尽量简化操作，提高整机的自动化控制水平。
控制系统设计的原则：
1、提高控制系统的可靠性，使系统的可靠性指标达到国家标准要求，并努力争取达到或接近国际先进水平。
2、硬件部分应尽量采用优质的成熟产品或国外先进产品，在满足各项性能指标的前提下，设法降低控制系统的制作成本。
3、采用国际标准，贯彻执行现行的国家及企业标准，努力提高“三化”程度。
控制系统的指标根据不同的机型及档次有不同的要求，按照中国交通行业标准JT/270-1995《沥青混合料搅拌设备通用技术条件》规定见表1。
表1 沥青混合料搅拌设备通用技术条件标准 （%）
项 目
合格品
一等品
优等品
矿料累计计量精度
±1.5
±1.0
±0.5
沥青材料计量精度
±0.5
±0.5
±0.35
粉料计量精度
±1.5
±1.0
±0.5
沥青含量偏差
±0.5
±0.5
±0.3
出料温度稳定精度/℃
±5
目前国内外先进的设备，其控制系统的技术指标应达到表1中优等品的要求。
四、控制方式选择
当前控制系统流行的工作方式有以下三种：
全自动工作方式；
半自动工作方式(自动+手动)；
手动工作方式。
不同的机型对控制系统的工作方式有不同的要求。控制系统按照工作方式及用户要求选择控制方式。当前控制方式大致可分为三类：继电接触控制；可编程控制器PLC控制；计算机控制。
继电接触控制操作简单、可靠，且制作成本低，但自动化程度低，控制精度差。可编程控制器PLC控制可实现时序控制，且标准化、通用化及可靠性都较好，控制精度较高。计算机控制精度高，信息处理量大，可实现全自动控制及生产过程管理自动化，但系统复杂，成本高，可适用于控制精度要求高的设备。
五、硬件设计
控制系统的硬件设计与控制方式有关。硬件设计要考虑尽量采用现有成熟产品和标准化、通用化产品，以减少制作及调机周期，提高系统的可靠性和易维修性。下面对各种控制方式的硬件设计分别举例加以说明。
1、继电接触控制系统硬件主要是由继电器、接触器、定时器、电压表、电流表和一些按钮等组成。图2是沥青混合料搅拌设备搅拌电机控制的例子，图中当按下开关A时，电机正转；按下开关B时，电机反转。该电路保证电机正反转之间有互锁关系。
图2 沥青混合料搅拌设备搅拌电机示例
2、可编程控制器PLC控制系统硬件主要是由PLC模块、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成。图3是沥青混合料搅拌设备成品料提升机PLC控制的例子，系统的动作是：提升斗起始位置在底端装载位A，当PLC检测到搅拌器为开状态时，提升斗延时10s后开始提升，提升至高端卸料位B，延时10s卸料后，卷扬机换相通电，提升斗下降，下降至底端接近开关C时，卷扬机延时1s断电，提升斗下滑至底端装载位A待命；当检测到搅拌器为开状态时，下一循环重新开始。
图3 沥青混合料搅拌设备成品料提升机PLC控制示例
3、计算机控制系统硬件主要是由工业控制计算机系统、管理计算机、打印机、电源UPS、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成。工业控制计算机系统主是要由CPU、数据采集及放大部分、A/D模数转换、模拟放大、通讯、I/O输入输出开关量及总线部分等组成。图4是沥青混合料搅拌设备计算机控制系统，控制的主要目标是沥青、石料、粉料、温度计量控制精度，控制的输入输出信号主要来自搅拌楼、成品料提升机、主燃烧器、滚筒等，其前沿控制核心是工控机。
该控制系统的工作过程：先开烘干滚筒、热提、振动筛、引风机、鼓风机，再同时点火和开油泵，并以小火预热滚筒3～5min，然后冷料级配机开始上料，慢慢加大油门升温，待料温升至设定温度后，启动自动控温，使温度控制在设定值±5℃以内；观察热料仓料位，待热料达到一定料位后，启动自动键开始拌料，各种料的进料、称量及下料和拌和都是自动进行，管理计算机可以设定和显示各种料的重量和配比、粒料温度，控制生产过程及故障报警，并与打印机配合随时打印生产过程参数。
图4 沥青混合料搅拌设备计算机控制系统
图5 间歇式沥青混合料搅拌设备计算机
控制粉料计量程序框图
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