董箐電站HZS90 砼拌和站控制系統及其電氣設備

秦家梁

（中國水利水電第九工程局有限公司一分局，貴州 貴陽 550008）

1 控制系統概述

混凝土攪拌站是生產大方量混凝土的大型成套設備，控制系統則直接關系到混凝土的生產質量、生產效率和整套設備的管理水平。隨著集成電路芯片的更新，計算機控制技術的發展，工業控制技術經歷了選用繼電器寄存器邏輯控制方式、單片機控制方式、可編程序邏輯控制器(PLC)控制方式、工控機集中控制方式、發展到現在的基于現場總線控制系統。自動化程度高、運行速度快、計量精度高、運行穩定可靠以及具備強大的數據管理功能等特點得到充分顯示，已成為當今混凝土攪拌站的主要控制方式。

2 控制系統的要求

本拌和站由雙臥軸攪拌主機系統、地弄骨料儲存供給系統、懸掛料倉式配料稱量系統、骨料皮帶輸送系統、過渡倉存料系統、供水及稱量系統、供外加劑及稱量系統、電氣系統、計算機程序控制操作等系統組成。整個過程即稱量、輸送、投料、攪拌和卸料都是在控制系統下自動完成，控制系統在整個攪拌站系統中處于核心作用。控制系統是拌和站的神經，分布在整個系統中，傳遞著各種信號，指揮各系統協調地按攪拌站操作員的“意圖”完成特定的攪拌工作，其生產工藝及流程如圖1 所示，對控制系統的要求如下：

系統穩定性要強，抗干擾。在攪拌站中有很多電機、接觸器等電器設備容易產生感應性干擾。應對措施：系統要良好接地、增加RC濾波、LC 濾波、儀表要加隔離電源等抗干擾設備。

各個連接點要可靠。在實際生產中很可能發生震動容易造成連接處松動、接觸不良影響設備時好時壞為檢修帶來困難。

系統構成要簡單、維修方便、操作簡單易學。有的控制系統做得非常復雜，這樣的話系統就會有多個故障點對維修就麻煩，特別是對工地來說就不是很方便。

3 控制系統的工作原理

組成攪拌站的各系統，在控制系統的協調下，共同完成自動化工作，其生產工藝如圖1 所示。

圖1 混凝土攪拌站生產工藝

本攪拌站控制軟件通過計算機自帶內COM 通訊口向稱重儀發送配方數據，配料控制儀收到配方數據后自動完成配料，在配料過程中實時檢測相關傳感器信號并發送實際秤值、實際配料值和配料狀態給計算機（顯示在計算機顯示屏上）。骨料、粉料、水和外加劑都完成配料后，由計算機軟件通過邏輯判斷后發送卸料命令給儀表。稱重儀表直接控制24V 繼電器完成計量、卸料等動作。儀表每完成一個動作后都會給計算機發回狀態命令。然后由計算機根據各個儀表的返回狀態發送下一個動作命令。整個投料完畢后同時攪拌時間開始計時。攪拌時間到設定時間后，自動卸料，同時將當盤的配料數據存到計算機硬盤里供統計查詢。在整個過程中，各限位開關的狀態通過儀表的輸入端傳送給計算機，并顯示在計算機屏幕上讓操作員掌握運行狀態。

4 控制系統的組成及電器設備

4.1 計算機

計算機系統由計算機和攪拌機控制軟件組成，控制軟件通過通信口向各配料儀發送配方數據，同時接收配料控制儀傳來的實際秤值（實際配料值）并顯示在計算機顯示屏上，卸料時將當盤的配料數據存儲到計算機硬盤里；通過儀表輸入限位開關的狀態，暫停信號和向輸出接口板發出控制信號。

本系統計算機采用研華工控機。其特點是在計算機里不加裝任何部件，如工控計算機壞了，使用普通的PC 機安裝拌和系統軟件仍能正常工作。儀表通過計算機自帶的COM通信口和計算機進行通信連接。儀表的通信波特率115.2M 采用RS-485 通信模式。

管理計算機單元是人機交互的通道，主要負責生產過程的管理顯示、生產數據的顯示、儲存及打印、配方的生成、修改、設定、存儲、相應用戶輸入、完成系統的協調功能。其功能有：

接收用戶輸入的工作參數，包括：生產量設定、生產周期設定、砂含水率設定、各骨料重量、水重量、水泥重量、外加劑重量等的設定；向各控制單元傳送用戶設定的各項工作參數；讀取生產過程的各項數據，以數據、表格、動畫等方式在顯示器中顯示出來；接收和處理工作異常信號并向操作員發出提示報警，可能時完成自動處理；管理整個系統全部數據，完成生產過程數據的存儲、查詢及打印；通過顯示器輸出實時信息，包括：各物料的設定質量、各物料配料過程中的實際質量、水稱量值及實時修改按鈕、被控動作部件的當前狀態、骨料輸送皮帶的運行情況、累計批次、累計質量、報警信息、罐車號、施工部位、施工單位等信息。

4.2 配料控制系統

本配料控制系統由九塊控制儀表和兩個電流表組成，通過通訊端口、輸出口與計算機、傳感器、限位、繼電器等連結以實現控制系統的各項工作。通過每塊儀表前面的按鈕可以實現各參數的設定，同時實時顯示設定值和各參量配料過程中的變化，是整個控制系統的中樞部分。

4.2.1 ZB620、ZB630 儀表

這兩種儀表的前面板、后面板、功能基本相同，本文僅介紹630 儀表。

簡介。ZB630 儀表主要為建筑機械中混凝土攪拌站配料系統設計，用于提高配料精度、提高配料過程自動化程度的控制儀表。特點。雙顯示器同時顯示單種物料的重量和總重量；集稱重顯示器與配料控制器為一體；提供完整的物料配料控制功能；最多可控制四種不同種類的物料；所有配料份量數據皆通過面板按鍵輸入，并存儲于存儲器內；預置配料份量都具有斷電保護功能；所有物料具有各自的精計量和落差補償。

4.2.2 ZB670A 儀表

簡介。ZB670A 型儀表是ZB600 系列配料控制器中的控制儀表，可在系統沒有工控機的情況下做上位機控制皮帶上料混凝土攪拌站配料系統實現全自動工作。

特點。可最多控制8 個ZB630 或ZB620組成的皮帶上料控制系統；雙顯示器同時顯示剩余罐數和工作流程以及報警信息；提供完整的配料控制功能，適合各種配置的皮帶上料系統；可在有工控機的系統中做下位機使用，用來控制中間倉放出和主機卸料；所有參數皆可通過面板按鍵輸入，并存儲于存儲器內，同時儀表可自動隱藏無關參數；預置參數都具有斷電保護功能；提供兩種主機開門方式選擇。

4.3 控制面板

包括操作臺電源開／關按鈕、空壓機開／關按鈕、攪拌主機開／關按鈕、輸送皮帶機開／關按鈕、暫停按鈕、急停按鈕、卸料門按鈕、破拱閥按鈕、粉料罐除塵振動按鈕和手動控制觸摸鍵盤等。

通過手動控制觸摸鍵盤可以手動完成混凝土配料、投料、攪拌及卸料的全過程，主要為調試、日常維護及處理異常情況提供方便。

4.4 稱量系統

稱量系統由電子秤秤體、稱重傳感器、稱重儀表組成。

4.4.1 電子秤的工作原理

物料重量——傳感器將重量轉變成毫伏級電壓輸出直接由稱重儀表和計算機顯示重量。

4.4.2 電子秤秤體

4.4.2.1 骨料秤

料斗通過四個傳感器懸掛在給料倉上，由四個傳感器同時承受骨料的重量。

4.4.2.2 粉料秤

由一個焊接全密封容器和一只傳感器組成，設置在攪拌機的上方。本粉料稱的特點是采用目前世界上較先進的拉桿平衡原理，所以只用一只傳感器，若用傳統的方法是粉料秤放在三個傳感器上。

4.4.2.3 水秤

由水計量斗和一只傳感器組成。通過兩個電磁閥控制兩個氣缸根據電腦發出的指令分別向兩個攪拌主機供水，本拌和站水秤由項目部自行制作。

4.4.2.4 外加劑秤

由外加劑計量斗和一只傳感器組成。由一個氣動閥控制向水稱卸料然后與稱量好的水一起分別向兩個主機卸料，項目部自行制作。

4.5 稱重傳感器

稱重傳感器是電子秤中精密的重量傳感器件。

4.5.1 傳感器的工作原理

傳感器內部是一個由四個橋臂構成的電橋，如圖2：

圖2

圖3

當在傳感器上加上輸入電壓（9 伏）并加上重量時電橋失去平衡因而在輸出端有微弱電壓（毫伏級）輸出，而且輸出電壓的數量與所加重量成正比，因此可以通過電壓來反映重量，如圖3：

4.5.2 傳感器的參數

傳感器的主要參數：

額定負荷——規定的承重量；

靈敏度——毫伏（2 毫伏/伏）即傳感器加上額定負荷，在輸入端加上1 伏電壓，輸出端輸出電壓為2 毫伏。

本攪拌站在傳感器輸入端加9 伏電壓，在重量變化的情況下，用不同的輸出電壓來表示不同的重量。

4.5.3 多個傳感器的連接方法

一臺秤可能有多個傳感器，因而必須將傳感器進行連接。

并聯連接：傳感器的輸出端由同極性的端并在一起輸出。輸入電壓可以給每個傳感器單獨供電，也可以由一組電源供電，本站傳感器由四個傳感器并聯，連接示意圖如圖4：

圖4

并聯接法的參數：

輸出電壓：V=（V1+V2+V3＋V4）/4

輸出阻抗：R=（R1+R2+R3+R4）/4

本站骨料稱使用四只傳感器并聯方式，每只傳感器單獨提供電源。

稱重儀表：提供+9V 的橋壓、傳感器輸出的直流毫伏電壓放大器、AD 轉換。

4.6 電氣系統

由總開關、電源變壓器、空氣開關、交流接觸器、熱繼電器、延時繼電器、時間繼電器、電流互感器、電壓表、三相轉換開關、控制回路和主電路等共同組成本機的電力拖動和配電系統，配電屏安裝在操作室中。其接線有專門的接線圖，本文主要談控制系統，對電力拖動的相關內容不再贅述。

5 結語

傳統的工業自動化主要是對設備和生產過程的控制，隨著嵌入式微控制器、工控機、變頻器、可編程控制器（PLC）等用于自動化控制設備技術的突飛猛進，工業自動化發展到由過程控制向智能化產品控制、產品的設計過程、管理過程以及企業間的資源分配和優化等方向發展。水電施工是個復雜的生產過程，工業自動化在很多生產環節得到廣泛的應用，如本文所述的拌和站控制系統，根據不同時期的生產需要，項目部先后將原工程局轉入的HZS50 站進行兩次技術改造，實踐證明，經改造成的雙主機HZS90 站很好的達到設計要求，新站的使用節約了大量的人力、物力，效率高且能有效的控制混凝土質量。

[1]混凝土攪拌站使用說明書 德陽重科建設機械裝備制造有限公司 2006

[2]王永華，現代電氣控制及PLC 應用技術.北京：北京航空航天大學出版社，2003

[3]薛迎成，何堅強。工控機及組態控制技術原理與應用.北京：中國電力出版社 2007