任水祥，王后能，堯三品

（ 1．三一重工股份有限公司，湖南 長沙 410100；2．武漢工程大學 電氣信息學院，湖北 武漢 430073 ）

自1975年美國霍尼韋爾第一套分布式控制系統(tǒng)TDCS-2000問世以來，分布式控制系統(tǒng)已經在工業(yè)控制的各個領域得到了廣泛的應用，以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網能力逐漸成為過程工業(yè)自動控制的主流系統(tǒng)。

分布式控制系統(tǒng)采用微處理器分別控制各個回路，而采用中小型工業(yè)控制計算機或高性能的控制器實施上一級的控制，各回路之間和上下級之間通過高速數(shù)據通道交換信息[1]。分布式控制系統(tǒng)具有數(shù)據獲取、直接數(shù)字控制、人機交互及監(jiān)控和管理等功能，是在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，是一種比較完善的控制與管理生產過程的系統(tǒng)。同時，通過CAN總線能夠使各個節(jié)點之間準確、高速地實現(xiàn)信號傳遞，從而為整個系統(tǒng)的構建打下良好的基礎[2]。

在筑路工程的建設中，瀝青攪拌設備的作用是生產瀝青混合料，故瀝青攪拌設備是瀝青路面施工的關鍵設備之一，也是目前機電一體化技術密集的機械設備之一[3]。我國瀝青攪拌設備在20世紀60年代后期起步，發(fā)展很快，設備設計、制造技術實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，整機設計也實現(xiàn)了突破[4][5]。瀝青攪拌設備的機械結構復雜，并有復雜的電氣電路系統(tǒng)；所處現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾大；其自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)難度高，牽涉電路控制、溫度控制、物料計量控制等[6]。正是因為其涉及到物料輸送、烘干、加熱、篩分、計量、儲存、攪拌和燃燒、除塵、自動控制等相關技術及應用[7]，所以控制難度比較高。本文提出了基于分布式控制系統(tǒng)的網絡控制方式。

本文采用 ABB控制器搭建工業(yè)以太網和 CAN通訊網絡，實現(xiàn)分布式控制。以太網通訊是適應新技術發(fā)展的要求，提高了通訊穩(wěn)定性、可靠性和實時性，同時降低了設備成本。分布式控制模式提高了數(shù)據傳輸速度和模塊集成度，減少了現(xiàn)場安裝的工作量及現(xiàn)場安裝造成的機械故障和電氣故障，同時達到減少約束，節(jié)約成本的目的。ABB控制器與擴展模塊間的 CAN通訊提高了整機控制系統(tǒng)的安全性和可靠性；變頻器和秤信號變送器的 CAN通訊具有易擴展性和易維護性的優(yōu)勢，同時，也提高了數(shù)據傳輸?shù)臏蚀_性。

1．控制技術

基于ABB控制器和CAN通訊的現(xiàn)場總線控制技術為基礎，搭建的分布式控制系統(tǒng)以工業(yè)以太網。

工業(yè)以太網的主要技術特點體現(xiàn)在通訊準確性、實時性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性，其全雙工通信使得端口間兩對雙絞線分別同時接收和發(fā)送報文幀而不會發(fā)生沖突?，F(xiàn)場總線（Fieldbus）被稱為21世紀工業(yè)過程控制網絡標準。它是連接工業(yè)過程現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、爽向、多站點的串行通信網絡，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表聯(lián)用夠成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）?？刂破骶植烤WCAN（Controller Area Network）屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN現(xiàn)場總線有卓越的特性和極高的可靠性。

2．設計流程

管理層和控制層（上位機和ABB主控制器）之間采用工業(yè)以太網進行通訊，上位機采用Delphi軟件進行界面設計，下位機使用KW公司的Multiprog編程軟件進行程序設計?？刂茖雍驮O備層（主控制器和總線模塊）之間采用CAN通訊。設備層總共分為五個部分（除塵部分、計量部分、攪拌和粉罐部分、成品倉和小車部分、冷料部分），其中除塵部分、攪拌層和粉罐部分主要由總線模塊組成；計量層部分包括總線模塊及三個秤信號變送器組成，它們之間采用CAN通訊進行數(shù)據傳輸；成品倉和小車部分包括總線模塊及一個小車變頻器，它們之間同樣采用CAN通訊進行數(shù)據傳輸；冷料部分主要由五個冷料變頻器組成，冷料變頻器與總線模塊之間采用CAN通訊進行數(shù)據傳輸，冷料部分其它I/O控制通過變頻器自帶的I/O點傳輸。設計流程如圖1所示。

圖1 網絡示意圖

3．系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要分為以太網通訊軟件設計，以及分布式CAN通訊軟件設計兩部分。

（一）以太網通訊軟件設計有兩個功能塊，一個向主控制器發(fā)送數(shù)據，一個從主控制器接收數(shù)據。向主控制器發(fā)送數(shù)據：

4．總結

控制系統(tǒng)選用ABB高端控制器作為控制核心，采用全自動運行與手動操作相結合的運行模式，可實現(xiàn)設備的手動調試和自動生產不同的運行方式。這種分布式控制系統(tǒng)吸取了計算機集中控制和常規(guī)模擬儀表分散控制兩者的優(yōu)點，并克服了兩者的缺點，將通訊、計算、控制、屏幕顯示結合為一體，能方便地改變控制模式，實現(xiàn)各種復雜控制。同時，故障引起的危險被徹底分散，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

[1]閻偉，陳小強，鄭華強．分布式控制系統(tǒng)在大型注塑機上的應用[J]．輕工機械，2013，31（1）：36-39．

[2]李光耀，郭迎清，王海泉．基于CAN總線的航空發(fā)動機分布式控制系統(tǒng)通信研究[J]．測控技術，2009，28（1）：62-66．

[3]楊波．淺析瀝青攪拌設備運料車自動控制系統(tǒng)[J]．科技向導，2012，（6）：262．

[4]何華．淺析我國瀝青攪拌設備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．科技創(chuàng)新導報，2009，（25）：251-253．

[5]張超群．國內瀝青攪拌設備技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．機械廣場，2007，（12）：32-35．

[6]余建輝，王志興．瀝青攪拌設備微機控制系統(tǒng)設計與應用[J]．筑路機械與施工機械化，2003，（2）：8-11．

[7]蘇紅云．瀝青攪拌設備在使用過程中的節(jié)能減排[J]．建筑機械技術與管理，2011，（6）：27-41．