轻松拿起你的设备和系统随时离开

来源：controldesign Most machine builders think about performance, cost, and support issues when they design new-generation equipment and systems. Some of them think about modularity and flexibility, since they have customers that need to rapidly reconfigure the assembly, both mechanically and electronically, for a variety of product requirements.But few have to think about designing a modular assembly of equipment and controls that may have to be disassembled, moved miles away, and reassembled in about 36 hours.One industrial OEM that manufactures turnkey automated systems to produce hot-mix asphalt does precisely that. 独立的、模块化的、可移动式沥青拌和设备的制造者在其设备中装入基于PC控制技术来满足客户的需求。 当大多数机器制造者设计新一代设备和系统时，他们都要考虑其性能、成本和服务问题。一部分制造者还要考虑其模块化程度和灵活性，因为他们的客户需要针对各种产品需求迅速改装机械和电子装置。但是很少有人考虑到设计一个设备和控制系统的模块化装置，而该设备和控制系统可能需要拆卸、需要运送千里之外、需要花费36小时重新装配。 一家制造能生产热沥青混合物的自动化成套生产系统的工业化OEM公司精确地设计了这种模块化装置。 不只是用好的想法来铺路 一个州与联邦政府的大型工程，即在美国阿肯色州重新铺砌州际公路，采用最新建造的、模块化的、可移动式的沥青热拌设备（如图1）在半径大约为100公里范围内分24/7两班制为铺砌工人完成铺砌工作。 随着道路修建的需求沿平行方向继续拓宽和所允许的工程完工时间缩短，每个站点的热拌设备的安装速度和便利性变得至关重要。设计模块化的、成套的、随时准备离开的设备，其中一些部分被设计为易拆卸、运输和重新装配，是其主要的解决方法。 图1 将各部分设备集合起来并组装在一起 模块化的、成套的、随时准备离开的，这些沥青拌和设备被设计为易拆卸、易运送千里之外和在两三天内完成重新装配的设备。（源自：Astec） Ashland公司的子公司，总部位于史密斯堡的APAC-Arkansas公司的Arkhola分公司，Ark公司等是其公路建设和原料供应的一部分机构，这些机构在14个南部州运营，服务区域覆盖佛吉尼亚州到堪萨斯州，佛罗里达州到德克萨斯州。在过去的10年里，这些地区人口的爆炸性增长创造了一个维持现有公路和建设新的公路，以便跟上社会发展和吸引产业的机遇。 由位于美国田纳西州查塔努加城的Astec工业公司（www.astecinc.com）制造和由Arkhola公司运营的便携式、滑动安装式的沥青拌和设备是一套为了快速安装和布线而设计的模块化系统，从拌和鼓到储料仓，燃料箱到集尘室都拥有最小的部件预备场地。该系统的模块化程度使其很容易地在相对短的时间周期和较低的成本消耗下安装一套拌和设备。 第一个模块化系统设备 一套完全集成化的沥青拌和设备，称Arkhola设备，位于环抱在俄克拉何马州边界的密苏里州的史密斯堡南部。其供料箱里装有从那里的采石场工地上采到的原状集料－主要是砂石。传送机存积各种各样的集料（取决于配方），这些集料被过热后送到温度达到340华氏度时变成液态沥青的拌和鼓中。液态沥青是一种低于柴油机燃烧级别的石油和聚合体的混合物。 对于Astec公司，Arkhola设备首次有机会使用其新的TC-2000系列基于PC控制系统，该系统围绕不仅能控制整个设备，而且使其布线和其它复杂动作简单化便于安装或拆卸的灵活硬件结构设计的。 运行在Windows NT平台上的TC-2000控制和监视着所有来自标准PC的设备功能。其中包括混合运行情况、设备用电动机、电机电流、混合物和设备的温度、原料存量、料仓层、能源使用及其警报状态。工业通讯网络上的分布式I/O接口极大地简化了布线，使得设备容易安装或拆卸。 重新考虑其控制策略 在20世纪90年代中叶，当主要的自动化生产商开始引进可编程逻辑控制器（PLC）的附带软件产品时，Astec公司也开始重新考虑它的控制策略。自从20世纪70年代以来，该公司已经建立了其基于继电器梯形图逻辑编程的常规的嵌入式系统，并且意识到了该决定沥青拌和设备控制系统的未来一代看上去像个什么样子的。 Astec管理部门认为从主要控制生产商中的一家生产商寻找解决办法是合理的，因为他们会考虑客户结合其自己的开发资源提出附加的系统能力要求。 “需要花费大量工程技术人员资源来设计常规产品，比如CPU和I/O接口板，”工程技术经理Mark Harned说。“再加上客户需要功能更强的混合控制系统。要求其集中控制面向热拌设备的所有功能特点，包括加热集料、提取水分、配方管理、传送、料仓储存及系统的销售点。” 在思考一个现成方案的同时，Harned和他的团队在考虑Astec公司能够或应该提供什么类型的产品。走“立体元件设备”方法之路和在不同时间段提供不同的元件设备是好的想法吗？他们是不是应该针对可能包括所有工序的整体过程控制提供一个成套控制设备呢？ 图2 热拌沥青设备总体控制中心 来自预制主控制室的关键日常测量－包括混合温度、沥青含量、料箱里的集料存量、电机性能及其个别配方－被监视和控制。 由于PC的处理能力已经先进到在扫描时间内其主要缺陷都消失的地步，同时一些公司开始以竞争性价格提供成套控制设备，所以Astec公司决定寻找基于PC控制的解决方案。这些先进的发展使得Astec公司发展规划的指导路线更加清晰。“我们寻找一家对于大型装配工程能给我们最大冲击的公司，且该公司拥有最好的配置和编程方案，”Harned说。“西门子的E&A公司就是我们要找的唯一一家愿意支持其产品的供应商。” 该TC-2000系统被嵌入在西门子的Simatic WinAC控制器软件上。 预制控制室的神经中枢 在Arkhola设备中，几乎所有的制造过程都是自动化运行的。唯一例外的仅仅是混合物一旦被净化后，操作者要决定什么时候开始新的一批工作。APAC-Arkansas公司最初使用设备的连动装置，但是经验表明当操作者在开始新的一批工作就做好充分准备时设备就会更顺利地运行。 TC-2000系统实质上是一个连续间歇控制系统，该系统允许操作者监视和控制来自预制主控制室的整个设备（如图2）。其关键的日常测量有混合温度、沥青含量、料箱里的集料存量、电机性能及其个别配方。 Astec公司的控制室是整个沥青拌和设备的神经中枢。所有的控制均源自装配和全面测试优于传送的设备。在APAC Arkhola设备中位于主操作者站板下面的是电机控制中心，该控制中心通过西门子的SimoCode软件将其全部置入到TC-2000系统中，以便允许操作者看到电机的开启数量、跳闸、跳闸电流、运行时间、及其它诊断功能。它可以控制一个有或没有监控控制器就能运行的独立的PLC。 在分布式I/O拓扑结构中通过广泛使用Profibus总线使能设备和兼容仪表使其布线结构最小化（如图3）。连接每个设备的个别接线已经被单电缆取代。 源于TC-2000的想法使用户想到使用一个能简化其布线和提供较好故障检修与诊断的综合的分布式控制系统。Astec公司也认为建立一套保护客户投资的系统是非常重要的。“我们不想给自己留下缺陷，所以一两年后必须开发出这套系统，”Harned说。“我们现在所提供的这套系统是基于相对开放的标准，为了更加灵活而开发的。” Astec公司称由于处理器速度现在达到了吉赫范围，所以PC和Windows系统已经将其性能提高到了几乎适合多数控制应用领域的确定性运行的水平；仅在几年前，它的水平最高是现在的十分之一。Harned认为，在用户的配置上还有更多的发展空间。 对于Arkhola设备工程，Astec公司在一个规定的区域范围内使用配有双核主频为1.2GH处理器的标准戴尔PC。处理器被配置成互相交替作用，并提供数据备份。如果主处理器有问题，且这里也没有热插拔功能，但是另一个PC处理器在几分钟内就变成了主处理器。“这是获得数据备份很廉价的方式，就如同在一个热备份模式下使用两套PLC在线系统一样，”Harned说。 每个处理器可能执行扫描周期在大约40ms内，比Astec公司比较旧的系统的常规电子设备快好多倍。一个过程循环（包括改变与更新）的扫描周期在一两秒内，这在热拌和设备应用中时间是完全充足的。 PC大显身手 针对Astec公司的考虑，遵守微软的标准也使得收集数据简单化。控制器的人机接口（HMI）包括作为在线数据收集平台的Active X控件接口。在这种情况下HMI就是一个Simatic WinCC软设备组件。APAC公司能够从没有任何中间CPU的winAC控制引擎中立即把数据传送到Excel表单中。 至于开发工具，Harned说西门子公司比其它生产商领先一步，所拥有的开发工具包括重要的符合IEC 61131-3标准的编程语言：梯形图、功能模块图、图表和S7-SCL（最后成为西门子的结构化文本语言版本）。IEC标准帮助Astec程序结构设计人员提高其复用性、减小误差及其提高编程和用户使用效率。 “某些编程语言都有发挥他们各自特点的用处，”Harned说。“梯形图主要用于互联电机和其它设备之间。图表主要用于顺序动作和开或闭设备之间，而基于pascal的SCL用于PLC中的流程运算和总计数字比较好。” 一些特殊功能程序都被汇编到一个拥有WinAC组件的Step 7配置工具箱的自动化工程中。Harned认为2000系列已经完成了Astec公司在为目前和未来客户开发的低成本、集成控制结构系统的整体目标规划，这些客户要求在建设公路时所用设备的灵活