混凝土拌和站的自動控制技術(shù)

吳海寶

摘要：混凝土拌和站自動控制技術(shù)，主要是計算機、PLC及電氣控制為一體的工藝流程。通過PLC可編控制程序在計算機給出的指令下執(zhí)行電控元件把電流傳送到電磁閥，完成逐步的工藝流程。

關(guān)鍵詞：拌和站 原理 計算機 PLC控制程序

中圖分類號：TP274+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0064-02

1 混凝土拌和站在工程中的發(fā)展前景及重要性

隨著先進技術(shù)的不斷創(chuàng)新，拌和站在道路、橋梁、隧道等施工中的作用日益明顯。自動控制系統(tǒng)是混凝土拌和站的一個重要組成部分，自動控制系統(tǒng)的性能如何直接影響了拌和站的可靠性、作業(yè)效率及施工里面的質(zhì)量。為了開發(fā)高性能高質(zhì)量的拌和機，國內(nèi)外的廠商對PLC控制系統(tǒng)及計算機的配套使用上都投入了較多的力量。使自動控制系統(tǒng)得到了不斷的改進和提高。目前機電氣一體化控制技術(shù)已在拌和站上得到成功的應(yīng)用，全自動人機控制電氣系統(tǒng)的拌和站已逐漸普及，目前全自動人機電氣控制系統(tǒng)已成為拌合大方量混凝土的公路、橋梁、隧道工程的攪拌機必備系統(tǒng)，我國拌和站電氣控制系統(tǒng)在引進國外先進的電子技術(shù)上，結(jié)合國內(nèi)的實際工程施工情況，取得了很大的進步，許多廠家拌和站目前也配備了人機控制電氣系統(tǒng)供用戶選擇。總之，電氣系統(tǒng)是現(xiàn)代化拌和站不可缺少的組成部分，也是衡量拌和站水平的一個重要標志。

2 拌和站的結(jié)構(gòu)特點及工作原理

混凝土拌合站是混凝土混合料的生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和工作原理比較龐雜。下面是雅瀘項目單階式HZS60混凝土拌合站，主要由攪拌系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及輔助配套系統(tǒng)組成。

2.1攪拌系統(tǒng)

攪拌系統(tǒng)是由攪拌機、潤滑系統(tǒng)、卸料部分組成。其基本工作原理是由電機擺線針輪減速機、小齒輪、開式齒輪、同步齒輪等輔助設(shè)施帶動設(shè)有專門的密封裝置攪拌軸進行傳動，為保證密封質(zhì)量，攪拌軸的四個端面上設(shè)有濃油泵，可方便地向軸端密封裝置內(nèi)供油；且在加工制作過程中采用行之有效的制作工藝和工裝，保證了良好的密封性能。卸料機構(gòu)采用氣動卸料，利用一臺空氣壓縮機和兩個氣缸，通過杠桿機構(gòu)和電控換向閥實現(xiàn)卸料門的開閉狀態(tài)，遇有臨時停電，可采用手動卸料桿進行手動卸料，此時需將軸與自動卸料機構(gòu)脫開。

2.2配料系統(tǒng)

本配料機主要由機架、骨料倉、稱量斗、皮帶輸送機、氣控系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)上在保證皮帶輸送機順暢工作的同時，調(diào)低稱量斗高度，減小與皮帶輸送機的距離，以避免在卸料時骨料外溢的情況出現(xiàn)。其基本原理：當骨料倉向稱量斗供料時，由微機稱量控制儀控制，對各種物料進行累加稱量，完成稱量設(shè)定、去皮、補差并輸出信號控制氣缸的動作時間，使各料倉按設(shè)定的程序向下部皮帶機供料。當稱量斗的骨料稱到定值后皮帶機啟動，向下一系統(tǒng)卸料，卸料結(jié)束后，皮帶機停止動作，進入下一輪稱量。皮帶輸送機主要包括驅(qū)動裝置、張緊裝置、傳動部分、機架、清掃器等。

2.3輸送系統(tǒng)（如圖1）

輸送系統(tǒng)是由主電機滾筒帶動從動滾筒通過斜皮帶運輸混合骨料，機架上安裝了改向壓帶輪、擋邊輥、高擋邊皮帶、清掃器等輔助設(shè)施，使得皮帶在輸送的過程中提高了平穩(wěn)性、精確性。

3 混凝土攪拌站的PLC控制系統(tǒng)

如圖2所示，為混凝土攪拌站的PLC控制系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)主要包括四個配料稱量控制器PLY600、計算機、PLC控制器及其與之適配的輸出電路。

開始工作前，先從計算機的鍵盤輸入該次生產(chǎn)混凝土料的配方等有關(guān)數(shù)據(jù)。當有關(guān)數(shù)據(jù)輸入完成并按啟動按鈕時，計算機向PLC發(fā)出啟動命令，PLC開始工作。PLC首先分別開啟1、2、3、4號骨料儲料倉倉斗底門，使四種骨料依次在D電子稱上進行累計稱量。先放1號骨料，當1號骨料達到配方要求值時，PLY600發(fā)出信號并輸入PLC中，PLC輸出信號關(guān)閉1號骨料倉的底門，停止1號骨料的稱量，同時開始2號骨料的放料稱量。當電子稱料質(zhì)量減去1號骨料配方質(zhì)量所得之值即2號骨料的凈質(zhì)量，此值達到配方要求時，停止2號骨料的稱量，同時開始下一種料的稱量。依次類推，直到稱所有的四種骨料。在骨料稱量的同時，PLC也水泥稱量斗C、水稱量斗B、外加劑稱量斗A放料，進行這些料的稱量。當各種料的質(zhì)量達到配方設(shè)定值時，關(guān)閉對應(yīng)的放料門，停止該種料的稱量。在所有的料均已完成一次稱量后，結(jié)束配料稱量過程，進入放料攪拌過程。

在放料攪拌過程中，稱量好的料依次放入攪拌機中進行攪拌，達到攪拌時間設(shè)定值時，PLC發(fā)出信號關(guān)掉攪拌機，并開始卸攪拌好的成品料。卸完成品料即完成一個工作的循環(huán)，PLC自動地又從程序的開始進行下一個工作循環(huán)，如此一直重復(fù)下去，直到關(guān)機。

在水泥倉底部裝有限位傳感器，限位傳感器檢測水泥的高度，并將此信號輸入計算機，計算發(fā)出信號，拉響警報，提示水泥已達到水泥倉的下限位。

配料控制器PLY600不僅可以把被稱料的質(zhì)量與配方要求的量進行比較，輸出開關(guān)信號給PLC，還具有數(shù)字顯示料質(zhì)量和自動去皮功能。

計算機可以記憶各種物料的消耗量、每日生產(chǎn)量、每月物料消耗及所用配方，并可以通過打印機打印出各種報表。

4 計算機控制系統(tǒng)的組成

如圖3所示，各部分的作用如下。

4.1傳感器

傳感器的作用是將被測量的非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成比例的電量參數(shù)（電流、電壓等）。拌和設(shè)備中所用的傳感器一般是稱重傳感器、溫度傳感器等。

4.2放大器

各種傳感器輸入的輸出的信號通常較弱，一般毫伏級，不能滿足后續(xù)電路對幅度的要求，因此，必須由放大器將信號進行適當放大。

信號在進行放大之前，一般還要進行濾波處理，以除去有用信號中的干擾信號。

4.3多路模擬開關(guān)

在有多路模擬輸入信號的情況下，為了公用一個采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，需分時將多路模擬信號接通，即每次只接通一路信號進行數(shù)據(jù)采集。用來完成這一切換功能的器件稱為多路模擬開關(guān)，其由CPU控制進行通道的切換。

4.4數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

計算機所能加工處理的信號只能是數(shù)字量，而各種傳感器輸出的通常是連接變化的模擬量，因此，首先需要把模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的數(shù)字量，即進行A/D轉(zhuǎn)換，然后才能進行處理和運算，如果計算機控制的對象是模擬量，也必要把輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，即進行D/A轉(zhuǎn)換，才能控制諸如伺服電機等執(zhí)行機構(gòu)。

A/D和D/A轉(zhuǎn)換是由相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。

4.5采樣保持器

由于A/D需要一定的轉(zhuǎn)換時間，為了保證精度，在轉(zhuǎn)換過程中必要使A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，即瞬間采集的模擬電壓保持不變，因此需要有采樣保持器。

4.6開關(guān)量輸入/輸出（I/O）接口

來自選擇開關(guān)、行程開關(guān)、接觸器和各種繼電器觸點的輸入信號以及用以驅(qū)動接觸器、電磁閥、指示燈等的輸出信號都是開關(guān)量信號，其特點只有通、斷兩個狀態(tài)。CPU通過I/O接口電路與外部的輸入輸出裝置箱聯(lián)系，以便獲取輸入裝置的狀態(tài)及控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，I/O接口電路出了在CPU與外部輸入輸出裝置間傳遞信號外，還具有電平轉(zhuǎn)換、噪聲隔離等作用。

5 對我國拌和站發(fā)展的看法

（1）拌和站的質(zhì)量主要包括技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)、可靠性、穩(wěn)定性以及故障率等綜合指標。評估拌和站的優(yōu)劣，要采用在多種工況下，定量的施工時間的科學(xué)方法進行考核驗證和評估。

（2）我國目前各個制造廠家生產(chǎn)的高檔拌和站產(chǎn)品基本上都采用德國先進電子技術(shù)和結(jié)構(gòu)。其主要的電磁閥、傳感器等均選用進口件。

（3）國產(chǎn)配套件包括電磁閥、電子原件、配套部件以及重要材質(zhì)等方面的質(zhì)量，均與國外有相當大的差距，但這是影響拌和站產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵條件之一。因此，急待完善和提高，否則將會制約拌和站的質(zhì)量和技術(shù)發(fā)展。

（4）自主開發(fā)創(chuàng)新能力急待改進和提高。我們在引進、學(xué)習(xí)和借鑒國外先進技術(shù)、結(jié)構(gòu)等方面都做得相當不錯，也很及時。但屬于我們自主開發(fā)的專利技術(shù)和結(jié)構(gòu)較少，這將會制約我們今后的發(fā)展和產(chǎn)品大規(guī)模出口業(yè)務(wù)。

（5）中國拌和站不能停留在國內(nèi)市場上進行殘酷價格戰(zhàn)的層面上，要在質(zhì)量和品牌上多下工夫，開發(fā)研制出同檔性價比占優(yōu)勢的多檔產(chǎn)品，增強自身的競爭力。同時要利用我們的性價比優(yōu)勢，盡快大力開拓國際市場，逐步形成穩(wěn)定的國際市場。

參考文獻

[1] 焦生杰.現(xiàn)代筑路機械電液控制技術(shù)[M].人民交通出版社，1997（8）.

[2] 梁杰，王慧君.工程機械電器與電子控制裝置[M].人民交通出版社，1998.

[3] 攪拌站技術(shù)合格書[J].泰安岳首筑路機械有限公司，2008.