1引言
能源与交通一直是制约我国国民经济发展的重要瓶颈。我国高等级公路建设的迅速发展，迫切需要配套的大型施工机械设备，沥青混凝土搅拌站就是其中一个关键的机械设备。
国外公司对沥青混凝土搅拌站的开发投入很大，特别是近10年来，该产品的技术更新速度几乎超过了所有的工程机械。新技术、新方法的使用，使这一产品的性能不断得到完善和改进。与美国相比，两国国土面积相近，但公路里程仅为美国的七分之一，且高等级公路更少。据统计，美国的沥青混凝土搅拌设备的社会保有量约为5000台套，每年的配套能力为300台套，且均为性能先进的大型设备。而我国的社会保有量不足千台，而能用于高等级公路建设的只有200余台套，其中大型的只有20台套左右。而国产大型设备的年配套能力仅为10台套左右，其余则只能依赖进口。从市场分析不难看出，沥青混凝土搅拌站是一类长期具有广阔市场的产品。
结合国外控制系统特点和本国的实际情况，本系统以工控机、PLC、ET200M及现场仪表构成全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)系统两级网络车间级和现场级网络。选用S7-300系列PLC，根据LBQ4000沥青混凝土搅拌站工艺流程及系统需求在厂长办公室设立远程远程监控计算机对整个拌合站的运营情况进行监控,中央控制室设立工程师站、操作员站和央控制器构成车间级网络单元，4个分布控制站构成现场级网络单元。上位机采用Wincc作人机接口，通过CP5611以Profibus协议与各站进行数据通讯，完成数据采集、处理、监督及控制功能。
2工艺流程及控制系统的功能需求
2．1工艺流程
LBQ4000沥青混凝土搅拌站属于间歇式沥青混合料搅拌设备，主要由以下部分组成：冷骨料配料装置、骨料烘干与加热系统、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、成品料储仓与除尘装置。
该设备工艺流程如下：
(1)不同规格的冷石料及砂→定量配给并进行粗配→冷骨料初次筛分→冷骨料输送机→干燥筒进行烘干、加热→热骨料提升机提升→热骨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→成品料卷扬机提升→成品料储与保温仓→运往工地。
2．2控制系统的功能需求
根据间歇式沥青搅拌站工艺流程在现场信号采集点和电控设备较集中的地方设立分布式远程从站，将现场监测仪表信号及控制、采集信号接入各远程子站。通过PROFIBUS现场总线将控制主站、远程子站与中央控制室的工程师站、操作员站相连，便于集中监控。将中央控制器与厂长室微机接入标准以太网，由管理机完成各项管理和功能。整个自动化监控系统构成TIA的车间级和现场级两级监控网络，TIA即统一的组态和编程、统一的数据库管理和统一的通信,是集统一性和开放性于一体的自动化系统。
下面详细介绍各组成部分的功能与需求：
2．2．1中央控制级
中央控制级分为中央控制室及厂长室远程管理监控计算机。中央控制室设有工程师站和操作员站作为2类DP主站(DPM2),PLC主控制器作为1类主站(DPM1)。工程师站即能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个LBQ4000沥青混凝土搅拌站的数据采集、监控，报表及打印等功能；操作员站主要完成对整个LBQ4000沥青混凝土搅拌站的数据采集、监控、报表及打印等功能；在不需组态式修改参数时，工程师站与操作员站互为备用，提高了系统的可靠性；DPM1在预定的周期内与分布式的站（如DP从站）循环的交换信息，并对总线通信进行控制和管理。厂长室远程管理监控计算机以工业以太网形式与主控制器相连，以便于厂长对整个系统进行管理和监控，并针对实际情况准确发出操作命令。
中央控制级主要功能如下：
（1）对分布控制站PLC送来的数据进行分析处理、储存、建立系统数据库；
（2）向PLC发布指令，实时控制和调节设备运行；
（3）显示多幅工艺流程画面，并实时显示巡检参数；
（4）在线故障诊断、报警；
（5）历史趋势显示，模拟量资料显示；
（6）打印报表
2．2．2分布式控制站
共设四个分布控制站，各站主要负责采集现场各个传感器的信号、电机的运行，除了把信号转换后传给上位机和中央控制器，由上位机进行显示和控制外还要根据控制要求对现场控制柜和执行机构作出相应的控制，所以各分站PLC不但具有中心控制的作用，还具有数据中转站的作用。在自动状态下，根据检测数据对某些信号进行PID控制如石料温度控制、石料重量、沥青重量、矿粉重量等，以达到最优状态；各站实现功能如下：
（1）从站1
1）对6个冷级配变频器的监控；
2）对6个冷骨料料仓缺料进行报警，缺料信号与仓壁振动器联锁运行，定时停止。
（2）从站2
1）完成LBQ4000沥青混凝土搅拌站所有电机的顺序启/停操作以及卷扬机的监控；
2）引风机、烘干筒电机、搅拌器等大功率电机运行状态监控包括运行电流、风机传动部位温度、搅拌器传动部位温度等；
3）与PLC从站4建立直接数据交换（Direct Data Exchange简称为DX），由烘干筒引火口负压信号确定风门大小。
（3）从站3
1）除尘器脉冲反吹，全自动工作；
2）气动电磁阀动作、电动蝶阀、料位计监控，搅拌缸缸门开关状态监测及批次计量；
3）成品料仓仓门开关控制、仓门加热及仓满报警；
4）卷扬机上、下限位，上、下超限位，上、下减速位监控。
（4）从站4
1）石料、沥青、矿粉计量；
2）石料、沥青、除尘器进口温度监控以及烘干筒引火口负压监控；
3系统硬件选型及连接
3.1中央监控室
（1）两台中央监控计算机均为研华工控机P4处理器1.6G主频，2G内存，160G硬盘，Windows2000 Sever/Professional操作系统，并配有STEP7和Wincc软件；
（2）两块CP5611卡，实现与Profibus总线的通讯；
（3）两块CP1613卡，实现以太网通讯；
（4）以太网交换机OSM ITP62，带有两对光纤接口以备远距离传输需要；
（5）一台S7-300包含电源模块：PS307-10A，CPU 315-2DP；
（6）CP343-1卡以实现以太网通讯；
（7）EPSON针式打印机一台；
（8）附件包括总线连接器与联接电缆等。
3.2分布式控制站
由于对称量精度的需求我们选用了位处理时间小于100ns的CPU 315-2DP，S7-300是模块化结构设计，无风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握。
（1）从站1
主要配备CPU模块CPU315-2DP、PS307-2A电源模块各1块，1块16点DI模块SM321，1块16点DO模块SM322和1块8路AO模块SM332；6台MM440变频器以及PROFIBUS-DP接口模块。
（2）从站2
主要配备为:CPU模块CPU315-2DP、电源模块PS307-2A各1块、16点DI模块SM3211块、32点DO模块SM3222块，死循环控制模块FM355 1块，8点AI模块SM331 2块。
（3）从站3
主要配备CPU模块CPU315-2DP、PS307-2A电源模块各1块，5台ET200M分布于除尘器现场、拌合楼二层、三层、四层和卷扬机现场以Profibus-DP协议与从站3通讯。
（4）从站4
主要配备CPU模块CPU315-2DP、PS307-2A电源模块各1块，3块8点AI模块SM331，3块Panther称重仪表.
由于各站点之间通信距离均不超过300M且对EMC的要求,我们选用了ITP电缆连接各个Profibus站点。PLC的CPU315-2DP带有两个Profibus总线接口，这样各从站与主站之间可方便的通过ITP电缆组成Profibus网络，上位机可以通过CP5611模块接入Profibus网络；中控室的两台工控机、一台中央控制器及厂长办公室的管理机组成标准工业以太网用ITP电缆与交换机建立物理连接；各个计算机之间可以通过网络传递数据并打印报表等。
4系统软件设计
整个系统软件分为上位机监控软件和PLC现场控制软件。
4.1上位监控软件
本系统采用1024点的西门子Wincc组态软件对系统进行监控。主画面显示整个沥青混凝土搅拌站的工艺流程，通过主画面的各按键进入不同的分画面，主要包括：工作方式选择屏、参数设定屏、手动工作屏、半自动工作屏、全自动工作屏、打印报表屏一和打印报表屏二，分画面还包括报警表格和各模拟量趋势图。整个监控系统的所有开关量和模拟量都在各个画面中体现出来。监控系统还具备了实时故障报警和历史数据归档的功能。
4.2 PLC编程软件
本系统PLC的编程使用STEP7编写，实现PLC对过程数据的初步处理。在STEP7中，有3种编程语言可用来编程，分别是梯形图（LAD）、语句表（STL）、功能块（FBD）。
首先建立新项目，插入PLC站，插入各模块的顺序完成硬件组态，然后开始编制PLC程序。
5系统的运行状况和经济效益
本系统已投入实际运行，自投入运行以来，控制系统运行稳定可靠，设备工作状况良好，使用及维护简捷方便，各项指标均达到了设计要求：温控精度达到了±5℃，油石比达到了±0.3，石料与矿粉计量精度达到了±0.5，沥青计量更是达到了±0.3，均是达到或者超过了国际优等品指标；操作人员的工作量和劳动强度大大降低，能源和设备的利用率得到提高，解决了间歇式沥青混凝土搅拌站控制设备分散、复杂、难以集中控制的难题，同时实现了节约能源、降低能耗，受到了厂方的好评，经济效益可达1000万元以上。
本文作者的创新点在于：将Profibus现场总线应用于沥青拌合设备控制系统，减量法放沥青的控制油石比算法。

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