摘 要： 提出了一種全新的攪拌機控制系統，使用高性能管控一體化人機界面MiniHMI-1000作為人機交互平臺，遠程數據采集嵌入式工控主板EPCM-2640作為控制器，通過反饋、控制算法進行高精度控制，使用Modbus進行可靠互聯通信，實現了一種能控制高精度混合比例的全自動化攪拌機控制系統。
    關鍵詞： 攪拌機；控制系統；MiniHMI-1000；EPCM-2640；Modbus

     隨著政府增大基礎設施的建設，高速公路、鐵路、縣鄉公路和城市建設的投資力度進一步加大，勢必會刺激各種混凝土或瀝青攪拌機的需求。然而，市場上現有的攪拌機普遍存在生產效率低、成品混合物比例不精確、成品質量較低、人為參與成分較多等缺點。
    圖1是傳統攪拌機的結構框圖。可以發現，傳統的攪拌機依賴人工操作較多，混合物的比例和攪拌機的轉動必須依靠人為設定和控制，使得混合物的比例精度差，攪拌出來的混合物料質量不均勻，導致生產的效率較低。

                                        改進方案的提出
    為了解決攪拌機的混合物比例不精確的問題，可以通過反饋控制來調節配料的流量和比例；為了提高自動化程度，可以使用電機來控制物料管道的流量。圖2是使用了PID調節的自動比例控制的攪拌機系統框圖。

    與傳統的攪拌機系統相比，圖2增加了2個可控的電機（電機1、電機2），控制物料A和物料B的管道流量，替代原來繁瑣的人工填料；電機3控制攪拌機的轉向和轉速。3個電機均使用了PID來實現轉速和方向的控制，使得配料的比例非常精確，攪拌的速度完全可控。
    圖3是其中1路電機轉速的PID系統框圖，其中Mn是給定的轉速(Ma、Mb或Mc)，e是給定轉速和采樣的轉速(即實際的轉速)之差，通過PID調節使e接近0時，電機的轉速即與給定的轉速Mn趨于一致。

                                      改進方案的具體實現
    通過上述方案的理論分析，改進后的攪拌機控制系統完全可以達到提高配料的比例精確度、降低人為操作成分和提高生產效率的目的，下面將提出一個具體的實現方案。

                                         系統設計
    采用廣州致遠電子有限公司的MiniHMI-1000人機界面作為人機交互平臺，通過RS-485總線連接下位機控制器EPCM-2640，控制器的板載模擬量輸入端口實現對各種環境參數的采集，同時控制器通過計數端口實時采集電機轉速，使用PID算法計算輸出參數控制變頻器調節電機，實現對電機的閉環控制。系統實現框圖如圖 4所示。

                                      下位機控制板EPCM-2640
    EPCM2000系列工控主板是廣州致遠電子有限公司開發的基于LPC2300系列ARM的可擴展的遠程數據采集嵌入式工控主板，EPCM-2640作為EPCM2000系列的一員，產品機械尺寸為EPIC標準尺寸(165 mm×115 mm)，擴展總線為MiniISA總線。具有資源豐富、接口齊全、穩定可靠等特點。預裝正版μC/OS-II實時操作系統并提供板載外設驅動庫，固化了FAT32文件系統、TCP/IP協議、Modbus協議等，真正做到了“只要會C語言，就會開發產品”，用戶無需了解TCP/IP、Modbus、CAN-bus等協議，也無需了解ARM內部寄存器，只需要簡單地調用API函數，即可實現這些復雜功能，從而極大縮短了產品的研發周期并降低了成本。
    在具體設計上，下位機控制器EPCM-2640的2路RS-485總線采用Modbus-RTU通信協議，一路做主機控制3個變頻器；另一路RS-485做從機，和人機界面MiniHMI-1000進行通信，接受人機界面設定的配置和控制程序，并將現場數據發送給人機界面。自帶8路12 bit ADC，能夠對現場模擬數據進行采集，通過定時器捕獲端口對電機的轉速進行測速，反饋回來對電機進行PID調速。

                                        人機界面設計
    廣州致遠電子有限公司生產的MiniHMI-1000人機界面是一款高性能的管控一體化人機界面。該人機界面主要特點如下：
    (1)工業級32 bit嵌入式RSIC微處理器，主頻達400 MHz；
    (2)具有4路CVBS視頻輸入接口，可顯示工程作業區實時畫面；
    (3)采用26萬色10.4英寸高亮度、高對比度工業級液晶顯示器；
    (4)可外接大容量存儲設備，保存關鍵歷史數據及產品配方；
    (5)支持VGA擴展顯示接口；
    (6)支持iCAN、CANopen、DeviceNet等工業現場總線通信協議。
    圖5是MiniHMI-1000的實物圖。

    在圖 4系統中，人機界面系統作為通信主站，與下位機控制器EPCM-2640之間的通信連接采用Modbus-RTU協議。人機界面的畫面編輯采用與MiniHMI-1000配套的組態軟件HMI Developer Suite，簡稱HDS。
    圖6、圖7分別為“運行監控”與“設置頁面”的畫面。

    在操作現場，工作人員可通過“運行監控”畫面（圖6所示）實時了解系統運行狀態、電壓/電流過載情況、各種物料的流量、當前工作配方等信息。高權限等級的工作人員（例如工廠管理員）可通過驗證身份（用戶名/密碼)進入“設置頁面”(圖7所示)，修改運行狀況和當前工作配方。
    為了保證系統安全運行，可以在報警組件中編輯報警條件表達式，實現報警功能。當系統運行出現異常情況時，人機界面上將滾動顯示報警信息。同時可通過觸發器腳本完成報警決策與錯誤處理。
    現場運行中，需要通過改變各種物料的流量搭配比例來改變混合物的屬性。使用HDS的配方管理功能可以根據用戶的需求預設多種產品配方。現場更改工作配方時，只需點擊觸摸屏相關按鈕即可。
    使用MiniHMI-1000作為上位機人機交互界面，EPCM-2640作為下位機控制器，通過RS-485總線（Modbus協議）進行可靠通信，實現了一種能控制高精度混合比例的全自動化攪拌機控制系統，能夠減少繁瑣的人工控制成分，提高混合物的質量和生產效率，在實際生產中具有重要的現實意義。