配重混凝土涂敷攪拌系統改進設計

摘 要:設備不斷更新與功能完善是滿足市場與安全生產的主要任務之一。因為設備不穩定因素很容易造成產品產量、質量問題和人身傷亡事故。隨著市場的拓展、對生產工期的追求，以及對生產設備的安全性和可靠性、易操作性等技術的要求，對現有配重生產線某些老化落伍的設備，并解決相關的問題，以滿足涂敷生產的要求。本文對現有攪拌站系統的工控主機、PLC可編程控制器的改進升級以及升級的意義進行了論述。

關鍵詞:攪拌站工控主機PLC可編程控制器

中圖分類號:TE97文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0033-01

1 引言

1.1 設備改進的背景和意義

海底輸油、氣配重管線的應用越來越廣泛，混凝土配重管的市場需求隨之增加，這就要求混凝土配重管涂敷商必須不斷提升涂敷設備能力、提高設備利用率及完好率。

混凝土攪拌站系統是配重涂敷生產線的重要組成部分，它與普通混凝土攪拌站有著較大區別，有著自身獨特的特點。配重管在涂敷過程中所需的混凝土由攪拌站系統負責完成熟料攪拌與輸送，即配重管所需的主要原材料由攪拌站系統提供，攪拌站系統工況程度直接關系到配重管的產量與質量。

1.2 涂敷生產線組成及生產流程

涂敷系統是美國生產的噴涂式混凝土配重涂敷設備。主要設備包括:大、小控制臺、噴射鼓單元及驅動馬達、鼓間距調節裝置、過渡皮帶、續料皮帶、上料斗振動器、噴涂車、混凝土回收系統、鋼網導向裝置、管端預留裝置、上料皮帶。

混凝土涂敷的工作原理:由上料傳輸皮帶將混凝土傳輸到送料皮帶上，送料皮帶再以一定的速度送入由步進電機控制的高速旋轉的一對鼓輪間隙中，混凝土以較大的速度(大于25m/s)噴射到已經做好防腐的鋼管表面，同時纏繞加固用的鋼絲網，形成滿足技術要求的混凝土配重層，最后由刮刀修整噴涂表面，使配重層外觀平整。

2 配重混凝土涂敷攪拌站設備改進

現有的攪拌站為“雙機雙控”，主機采用WINDOWS NT4.0操作系統，正常情況下一臺為生產主控機，另一臺為數據處理及故障分析(兼做主控備份)，當主控機出現故障時，能啟動另一臺備份主控機，此時這臺備份機取代主控機投入生產，不影響正常的生產。但由于使用時間太長，這兩臺計算機已經嚴重老化，其中備份機已經完全損壞不能正常使用，生產主控機也經常出現藍屏、死機等現象，造成生產中斷、混凝土悶罐等問題，嚴重影響正常生產！為了避免上述現象的發生，需對現有的控制系統進行升級。

2.1 目前控制模式

目前采用工控機全控方式，即以工控機為核心，主要通過輸入輸出卡，通訊板片等與配料儀表、中間繼電器等相連，工控機程序控制中間繼電器的動作，再由中間繼電器的動作來控制動力配電盤/柜中的接觸器以及各個閥門的電磁線圈等，完成投料、放料等各個生產環節，處理各項生產管理數據及遠程聯網等功能。

軟件系統從各種數據采集卡實時采集數據，發出命令并監控系統運行:控制參數處理，控制配料過程，控制投料過程，控制攪拌生產。工控機程序基于Windows98平臺，充分利用了Windows強大的圖形編輯功能，以動畫方式顯示設備的運行狀態，方便地構成監控畫面和實現控制功能，并可生成報表、歷史數據庫等。

2.2 控制系統改進升級后的控制模式

“工控機+PLC”結構，即硬件采用工控機，軟件采用獨特的控制模式，發揮專有攪拌設備生產工藝以及機械性能。其硬件主要含:配料控制器、PLC可編程控制器及工控機。整個控制程序包括兩部份:工控機程序和PLC程序。工控機程序為主控程序，包括控制參數修改、實時監控、通信處理、級配登錄和數據管理等;PLC程序包括實時處理輸入輸出、開關信號輸入輸出、AD模擬處理和響應工控機通信命令等。

2.3 控制系統升級后的控制原理與選型

工控機系統采用“雙機雙控”形式，配置有兩套微機控制系統，其中的“主機”有控制權，控制生產，“從機”與“主機”連接后監控“主機”的工作(所謂的“主機”和“從機”沒有嚴格意義上的差別，先進入控制程序的那臺微機作“主機”，“從機”沒有控制權)。當“從機”檢測到“主機”發生故障時，“從機”自動切換成為“主機”繼續控制生產，完成“無縫切換”，保證生產正常進行。

配料控制器選用PLY600型稱重儀表，其稱量精度高、可靠性好、操作方便，適用于環境惡劣、系統復雜、電磁干擾及振動干擾大的場合。

PLC選用西門子公司的S7-200，它指令豐富，執行速度快，調試和故障診斷方便，具有靈活的中斷及強大的通信功能。根據整個攪拌站的工藝流程及實際需求，整個系統共有23個輸入點，21個輸出點，考慮到系統的擴展留有少量冗余，因此選用西門子S7-226PLC CPU模塊1塊、EM221擴展模塊1塊、EM222擴展模塊1塊、PLY600型配料控制器3塊。

接口采用與S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32編程軟件，采用與電氣控制電路圖相呼應的梯形圖語言編寫控制程序，信號流清晰明了，便于閱讀。在設計過程中，對于輸入輸出點采用集中管理，大大簡化了程序，也有利于軟件的后續升級和維護。

3 控制系統改進升級的意義

通過對攪拌站的控制系統的改進，大大提高了計量精度、生產效率和系統的穩定性。

改進前:設備老化嚴重、故障率較高，造成生產中斷頻繁，配料稱量誤差較大，造成配料不符合質量工藝卡的要求，影響生產進度和配重管的質量。

改進后:更換了老化受損的設備，系統穩定性有了較大提高，故障發生率降低了，配料更加精確。完全可以為涂敷區連續輸送配比精確的混凝土，保證配重管的質量。

升級后的系統為了增加程序可讀性、方便修改，采用了模塊化的編程思想，這樣的控制模式具備了如下優點:

(1)實現了手動/自動方式的自由切換，使施工人員能夠根據現場實際情況機動靈活地進行操作，既降低了勞動強度，又保證了系統的安全運行。

(2)混凝土的配料更加準確，原材料控制實現數據化、精確化。

(3)PLC系統電源的輸入端增加屏蔽隔離穩壓器;控制系統的電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線布線更為合理;PLC采用了專用的單點接地。這些措施保證了控制系統更加適用于惡劣的運行環境

(4)采用“工控機+PLC”結構控制的混凝土攪拌站，既簡化了線路，降低了系統的故障率，又提高了工作的可靠性。

4 結語

隨著公司的不斷發展壯大，工程項目數量會越來越多，對生產速度的要求越來越快，對產品質量的要求也越來越高，因此對攪拌站的配料速度和配料精度要求也是越來越高。如何實現設備能力的不斷提升與工作效率的提高，就需要工程技術人員不斷的去學習、開拓、創新和完善。