摘 要：提出了一种全新的搅拌机控制系统，使用高性能管控一体化人机界面MiniHMI-1000作为人机交互平台，远程数据采集嵌入式工控主板EPCM-2640作为控制器，通过反馈、控制算法进行高精度控制，使用Modbus进行可靠互联通信，实现了一种能控制高精度混合比例的全自动化搅拌机控制系统。
关键词：搅拌机；控制系统；MiniHMI-1000；EPCM-2640；Modbus
随着政府增大基础设施的建设，高速公路、铁路、县乡公路和城市建设的投资力度进一步加大，势必会刺激各种混凝土或沥青搅拌机的需求。然而，市场上现有的搅拌机普遍存在生产效率低、成品混合物比例不精确、成品质量较低、人为参与成分较多等缺点。
图1是传统搅拌机的结构框图。可以发现，传统的搅拌机依赖人工操作较多，混合物的比例和搅拌机的转动必须依靠人为设定和控制，使得混合物的比例精度差，搅拌出来的混合物料质量不均匀，导致生产的效率较低。
改进方案的提出
为了解决搅拌机的混合物比例不精确的问题，可以通过反馈控制来调节配料的流量和比例；为了提高自动化程度，可以使用电机来控制物料管道的流量。图2是使用了PID调节的自动比例控制的搅拌机系统框图。
与传统的搅拌机系统相比，图2增加了2个可控的电机（电机1、电机2），控制物料A和物料B的管道流量，替代原来繁琐的人工填料；电机3控制搅拌机的转向和转速。3个电机均使用了PID来实现转速和方向的控制，使得配料的比例非常精确，搅拌的速度完全可控。
图3是其中1路电机转速的PID系统框图，其中Mn是给定的转速(Ma、Mb或Mc)，e是给定转速和采样的转速(即实际的转速)之差，通过PID调节使e接近0时，电机的转速即与给定的转速Mn趋于一致。
改进方案的具体实现
通过上述方案的理论分析，改进后的搅拌机控制系统完全可以达到提高配料的比例精确度、降低人为操作成分和提高生产效率的目的，下面将提出一个具体的实现方案。
系统设计
采用广州致远电子有限公司的MiniHMI-1000人机界面作为人机交互平台，通过RS-485总线连接下位机控制器EPCM-2640，控制器的板载模拟量输入端口实现对各种环境参数的采集，同时控制器通过计数端口实时采集电机转速，使用PID算法计算输出参数控制变频器调节电机，实现对电机的闭环控制。系统实现框图如图 4所示。
下位机控制板EPCM-2640
EPCM2000系列工控主板是广州致远电子有限公司开发的基于LPC2300系列ARM的可扩展的远程数据采集嵌入式工控主板，EPCM-2640作为EPCM2000系列的一员，产品机械尺寸为EPIC标准尺寸(165 mm×115 mm)，扩展总线为MiniISA总线。具有资源丰富、接口齐全、稳定可靠等特点。预装正版μC/OS-II实时操作系统并提供板载外设驱动库，固化了FAT32文件系统、TCP/IP协议、Modbus协议等，真正做到了“只要会C语言，就会开发产品”，用户无需了解TCP/IP、Modbus、CAN-bus等协议，也无需了解ARM内部寄存器，只需要简单地调用API函数，即可实现这些复杂功能，从而极大缩短了产品的研发周期并降低了成本。
在具体设计上，下位机控制器EPCM-2640的2路RS-485总线采用Modbus-RTU通信协议，一路做主机控制3个变频器；另一路RS-485做从机，和人机界面MiniHMI-1000进行通信，接受人机界面设定的配置和控制程序，并将现场数据发送给人机界面。自带8路12 bit ADC，能够对现场模拟数据进行采集，通过定时器捕获端口对电机的转速进行测速，反馈回来对电机进行PID调速。
人机界面设计
广州致远电子有限公司生产的MiniHMI-1000人机界面是一款高性能的管控一体化人机界面。该人机界面主要特点如下：
(1)工业级32 bit嵌入式RSIC微处理器，主频达400 MHz；
(2)具有4路CVBS视频输入接口，可显示工程作业区实时画面；
(3)采用26万色10.4英寸高亮度、高对比度工业级液晶显示器；
(4)可外接大容量存储设备，保存关键历史数据及产品配方；
(5)支持VGA扩展显示接口；
(6)支持iCAN、CANopen、DeviceNet等工业现场总线通信协议。
图5是MiniHMI-1000的实物图。
在图 4系统中，人机界面系统作为通信主站，与下位机控制器EPCM-2640之间的通信连接采用Modbus-RTU协议。人机界面的画面编辑采用与MiniHMI-1000配套的组态软件HMI Developer Suite，简称HDS。
图6、图7分别为“运行监控”与“设置页面”的画面。
在操作现场，工作人员可通过“运行监控”画面（图6所示）实时了解系统运行状态、电压/电流过载情况、各种物料的流量、当前工作配方等信息。高权限等级的工作人员（例如工厂管理员）可通过验证身份（用户名/密码)进入“设置页面”(图7所示)，修改运行状况和当前工作配方。
为了保证系统安全运行，可以在报警组件中编辑报警条件表达式，实现报警功能。当系统运行出现异常情况时，人机界面上将滚动显示报警信息。同时可通过触发器脚本完成报警决策与错误处理。
现场运行中，需要通过改变各种物料的流量搭配比例来改变混合物的属性。使用HDS的配方管理功能可以根据用户的需求预设多种产品配方。现场更改工作配方时，只需点击触摸屏相关按钮即可。
使用MiniHMI-1000作为上位机人机交互界面，EPCM-2640作为下位机控制器，通过RS-485总线（Modbus协议）进行可靠通信，实现了一种能控制高精度混合比例的全自动化搅拌机控制系统，能够减少繁琐的人工控制成分，提高混合物的质量和生产效率，在实际生产中具有重要的现实意义。