程海鷹　閆鴻鵬

摘 要：基于現(xiàn)有瀝青攪拌站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了瀝青發(fā)泡功能模塊的通訊模式，通過(guò)對(duì)瀝青攪拌站現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議的研究，分析了Profibus通訊協(xié)議中Profibus-DP協(xié)議的優(yōu)良特性，提出了瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)模塊化選擇Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的合理性，實(shí)現(xiàn)了瀝青發(fā)泡模塊和攪拌站的電控銜接，有利于實(shí)現(xiàn)瀝青發(fā)泡技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：瀝青發(fā)泡；瀝青攪拌站；Profibus通訊協(xié)議；Profibus-DP協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)車(chē)輛載荷的不斷加重，大部分瀝青路面提早進(jìn)入維修期。傳統(tǒng)的路面維修方法是加鋪和翻挖重建，不僅維修成本很高，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)。為了解決這個(gè)難題，泡沫瀝青再生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。泡沫瀝青再生技術(shù)就是把舊的路面銑刨、回收，加入部分新骨料和細(xì)集料，并按照一定比例加入泡沫瀝青和水，在攪拌倉(cāng)內(nèi)拌和均勻，再重新攤鋪成路面。德國(guó)的WLB-10和WLB-10S發(fā)泡機(jī)以及中交西筑和長(zhǎng)安大學(xué)共同研發(fā)的FB100瀝青發(fā)泡機(jī)是目前較為成熟的瀝青發(fā)泡設(shè)備。如果能夠把這些瀝青發(fā)泡功能模塊架設(shè)到瀝青攪拌站上，必將給筑路工藝帶來(lái)新的變革。實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想必須將瀝青泡沫制備器控制系統(tǒng)的通訊模式和攪拌站的通訊模式相互銜接，進(jìn)而把瀝青發(fā)泡功能做成模塊化，以方便工程應(yīng)用。

1 瀝青攪拌站的工藝變革

原有瀝青攪拌站的工藝流程是把新的粉料、骨料和瀝青經(jīng)過(guò)處理后計(jì)量，然后在攪拌倉(cāng)內(nèi)攪拌得到成品[1]，其工藝流程如圖1所示。

把瀝青發(fā)泡設(shè)備架設(shè)到瀝青攪拌站上，將會(huì)在原有工藝流程的基礎(chǔ)上把銑刨處理后的舊料、發(fā)泡瀝青和水按配比在攪拌倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行拌和。瀝青發(fā)泡主要是讓熱的瀝青、水和空氣在發(fā)泡腔里相遇，發(fā)生熱交換。在短時(shí)間內(nèi)，從發(fā)泡腔噴射出膨脹的泡沫瀝青，然后加入泡沫瀝青外摻劑，在攪拌倉(cāng)內(nèi)攪拌，使骨料、細(xì)料、銑刨處理后的舊料相互粘結(jié)在一起。架設(shè)瀝青發(fā)泡設(shè)備后的工藝流程如圖2所示。

2 瀝青攪拌站現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議

目前，比較常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議有Profibus、CAN、FF、HART等[2]，選擇何種現(xiàn)場(chǎng)總線作為瀝青發(fā)泡功能模塊的通信協(xié)議，應(yīng)從以下幾方面考慮。

如果想把瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)功能模塊和瀝青攪拌站控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，就必須了解市場(chǎng)上經(jīng)常使用的瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。現(xiàn)場(chǎng)總線就是通過(guò)物理連接把控制系統(tǒng)的各種測(cè)量?jī)x表、智能控制閥統(tǒng)一連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，使它們能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息溝通。部分瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的構(gòu)成見(jiàn)表1。

Profibus是一種最快的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議，具有開(kāi)放的特性，可以使用在控制領(lǐng)域物理層、數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)層和應(yīng)用層。Profibus和其他現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議互聯(lián)的具體解決方案為：現(xiàn)場(chǎng)儀器、儀表和設(shè)備通過(guò)Profibus@總線橋技術(shù)，將RS232/485、CAN等接入Profibus網(wǎng)路中。Profibus主站網(wǎng)關(guān)可以為分布式控制系統(tǒng)，將Profibus從站設(shè)備通過(guò)第三方網(wǎng)絡(luò)接入控制系統(tǒng)。Profibus從站網(wǎng)關(guān)將Profibus網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)相互連接，網(wǎng)關(guān)主站在Profibus視為從站，在第三方網(wǎng)絡(luò)中視第三方通訊協(xié)議具體而定[3]。根據(jù)Profibus本身的優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)在瀝青攪拌站的控制系統(tǒng)特點(diǎn)，瀝青發(fā)泡功能模塊選擇Profibus現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議。

2.1 Profibus通訊

Profibus是現(xiàn)場(chǎng)總線家族中的重要成員之一，在歐洲工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，同時(shí)也是國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)之一。硬件組態(tài)方便快捷，再加上西門(mén)子DP總線模塊化、開(kāi)放性都比較成熟，工作性能穩(wěn)定，Profibus必將成為分布式工業(yè)控制領(lǐng)域的重要成員。Profibus的家族有三大部分：現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文形式（Profibus-FMS）、分布式外圍設(shè)備（Profibus-DP）和過(guò)程自動(dòng)化（Profibus-PA），它們?yōu)榻鉀Q各種規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)提供了廣闊的平臺(tái)，其中Profibus-DP的優(yōu)良特性不斷提高，市場(chǎng)占到Profibus中的很大比例。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線可以和CAN、工業(yè)以太網(wǎng)組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，而且可以在工廠級(jí)、車(chē)間級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)組建，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選擇不同的硬件組建不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。Profibus網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 Profibus網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 Profibus-DP協(xié)議

Profibus-DP在ISO/OSI中僅使用了第1、2層，3～7層未使用，這種設(shè)置保證了數(shù)據(jù)傳輸和小的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，如表2所示。

Profibus的物理傳輸介質(zhì)主要有屏蔽雙絞線、光纖和無(wú)線傳輸介質(zhì)。Profibus符合RS485標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)站點(diǎn)最多可以連接32個(gè)站點(diǎn)，如果超出32個(gè)站點(diǎn)，需添加中繼器。Profibus的傳輸速率可以在96 kb·s-1～1.2 Mkb·s-1之間選擇。在Profibus-DP系統(tǒng)中主要有三類(lèi)站點(diǎn)：第一類(lèi)站點(diǎn)扮演的角色是控制系統(tǒng)的通信和管理系統(tǒng)中的設(shè)備；第二類(lèi)站點(diǎn)的主要任務(wù)是完成數(shù)據(jù)組態(tài)和數(shù)據(jù)診斷，其次是對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)、監(jiān)視、故障診斷；第三類(lèi)站點(diǎn)主要是由現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備從站組成，實(shí)時(shí)完成參數(shù)改變和數(shù)據(jù)交換。Profibus-DP的數(shù)據(jù)幀由11位構(gòu)成：1個(gè)開(kāi)始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校檢位和1個(gè)停止位。UART數(shù)據(jù)格式如表3所示[4]，Profibus-DP通訊時(shí)的數(shù)據(jù)格式如表4所示。

表3 Profibus-DP數(shù)據(jù)幀

0b1b2b3b4b5b6b7b8p1

表4 Profibus-DP通訊信息格式

SDLELErSDrDASAFCDUFCSED

其中，SD為報(bào)頭，LE為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，LEr為重復(fù)LE，SDr為重復(fù)SD，DA為目的地址，SA為源地址，F(xiàn)C表示功能碼，F(xiàn)CS表示幀校驗(yàn)序列，ED表示報(bào)尾，DU為用戶(hù)數(shù)據(jù)。根據(jù)DU的不同，可以分為：改變從站地址報(bào)文、診斷請(qǐng)求相應(yīng)報(bào)文、參數(shù)設(shè)置及相應(yīng)報(bào)文、組態(tài)請(qǐng)求相應(yīng)報(bào)文、數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求及相應(yīng)報(bào)文、全局控制報(bào)文。endprint

Profibus現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議的優(yōu)良特性為瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)新的思路，能夠讓瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)模塊化，便于瀝青發(fā)泡設(shè)備架設(shè)到瀝青攪拌站上，使瀝青發(fā)泡技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。

3 瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)硬件的構(gòu)成

在設(shè)計(jì)瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，選用的硬件有工控機(jī)、西門(mén)子S7-300PLC、變送器、變頻器、HMI[5]。泡沫瀝青制備器硬件組成如圖4所示。

圖4 瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)的硬件組成

（1） PLC帶有Profibus-DP接口通信模塊的S7-300系列的CPU235-2DP，訂單號(hào)為6ES7 315-2EG10-OABO。

（2） 上位機(jī)主要起中間樞紐作用，連接瀝青攪拌站的各個(gè)控制模塊交換數(shù)據(jù)和協(xié)同工作的角色。

（3） 西門(mén)子MM440變頻器帶有Profibus-DP的通訊接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的監(jiān)視和改變變頻器的運(yùn)行參數(shù)，很好地實(shí)現(xiàn)改變?yōu)r青泵和發(fā)泡水的流量、壓力，提高發(fā)泡質(zhì)量。

（4） HMI安裝有WINCC的人機(jī)交互界面，可以實(shí)時(shí)觀察、記錄各種重要的數(shù)據(jù)[6]。

4 結(jié) 語(yǔ)

瀝青發(fā)泡設(shè)備選擇Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議是一種經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。這樣可以使瀝青發(fā)泡控制系統(tǒng)模塊化，方便瀝青發(fā)泡模塊和瀝青攪拌站的銜接，從而實(shí)現(xiàn)瀝青發(fā)泡技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王秀林.廠拌泡沫瀝青冷再生施工簡(jiǎn)介[J].交通世界，2014（10）：86-87.

[2] 魏 彬，劉會(huì)娟.瀝青混凝土攪拌設(shè)備的三種電控系統(tǒng)[J].工程機(jī)械與維修，2013（4）：207-208.

[3] 潘巍偉.基于PROFIBUS-DP從站現(xiàn)場(chǎng)總線多協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)研究[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2011.

[4] 鐘 武.基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的多種現(xiàn)場(chǎng)總線的接入和共存策略[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[5] 劉華波，何文雪，王雪.西門(mén)子S7-300/400PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[6] 宋 超，申 飛，沈春山.基于S7-300PLC與WINCC的DCS控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2009（4）：11-14

[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint