全自動樹脂混凝土攪拌系統的設計

溫振剛，喬智，張恒久，扈春光，崔虎

（1.河北安泰可耐特冶金科技股份有限公司，河北 冀州 053200；2.積水可耐特（河北）環境科技有限公司，河北 冀州 053200）

全自動樹脂混凝土攪拌系統的設計

溫振剛1，喬智2，張恒久2，扈春光2，崔虎2

（1.河北安泰可耐特冶金科技股份有限公司，河北 冀州 053200；2.積水可耐特（河北）環境科技有限公司，河北 冀州 053200）

本文對全自動生產樹脂混凝土的工藝進行分析，確定全自動樹脂混凝土攪拌系統的設計思路：以生產高品質樹脂混凝土為前提，設計智能化、模塊化、節能環保的成套設備。通過對混凝土攪拌站及相關硬件、軟件的研究與學習，確定以PLC為控制器，WinCC為過程控制系統，結合全自動工藝要求，對系統硬件和軟件設計，最終實現全自動樹脂混凝土攪拌系統的設計，對樹脂混凝土技術的發展具有積極意義。

樹脂混凝土；制動化；模塊化；節能環保；過程監控

0 概述

樹脂混凝土是以聚合物作為膠結劑與骨料混合，通過聚合物作用而成的一種復合材料，它的強度、耐化學腐蝕性、耐水性、抗凍性、減震阻尼性和電絕緣性等優于普通的硅酸鹽混凝土，符合環境友好型生態混凝土的發展要求[1]，樹脂混凝土應用于有色冶煉設備電解槽、市政工程給排水管道、鐵路枕木、通訊人孔等產品。由于樹脂混凝土操作工藝復雜，目前國內樹脂混凝土制品廠家大多采用多環節人工操作，配制樹脂、骨料配比、樹脂和固化劑混合、樹脂混凝土攪拌，工藝環節分散、自動化程度低、開放式制作環境、大量人力投入。

面對激烈的市場競爭以及嚴峻的節能環保政策，如何開發設計出一種低成本、環保高效、高可靠性的 樹脂混凝土全自動攪拌設備成為企業生存的關鍵。樹脂混凝土全自動攪拌系統的設計研制，將極大的降低生產成本，提高效率與質量，為樹脂混凝土行業的快速發展奠定基礎。

1 設計思路

1.1 智能化設計

通過現有網絡及軟件技術，實現智能化設計，即生產過程自動化和管理調度科學化。PLC是當今生產領域的主要控制設備，在工業應用中占有重要位置[2]。WinCC是工藝過程監視系統中的人機界面組件，通過服務器軟件使PLC與WinCC數據聯通，WinCC監控畫面實時監控樹脂混凝土生產過程。PLC與WinCC技術的選用，集生產自動化和過程自動化于一體，實現系統的智能化。

1.2 高精度設計

樹脂混凝土對物料計量精度要求極高，選擇合適的智能儀表及傳感器，編輯完美的程序將成為系統高精度設計的關鍵。

1.3 模塊化設計

在對一定范圍內的不同功能、不同性能的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計一系列功能模塊，通過模塊組合，滿足不同種類樹脂混凝土的需求[3]。模塊化設計力求系統中，每個工藝段的子系統都具備獨立運行功能，對子系統進行重新組合，滿足設備的不同需求。

1.4 節能環保設計

改分散開放式工藝為集中封閉式，減少物料搬運及粉塵及化學品揮發，實現節能環保的設計理念。

2 系統原理及構成

2.1 工藝流程

完整生產過程：上料、儲料、配料、攪拌、出料。上料就是將原材料加入儲料倉進行儲存；配料過程：E-1到E-4為石英砂儲料倉，料斗秤將重量傳遞給I1-I4稱重傳感器，信號轉化，數字部位顯示稱重值，達到配比重量，V1到V4蝶閥依次開啟，骨料通過管道輸送到E-10骨料攪拌室，E-9為功能填料倉，根據樹脂混凝土功能要求，加入抗沖擊、阻燃、導電等不同功能性填料；E5為基體樹脂儲罐、E-6為改性樹脂原料儲罐、E-7為添加劑儲罐，根據配方，按順序加進E-11樹脂改性攪拌罐，每加入一種物料，需攪拌5 min，分散均勻；E-8為固化劑加料罐,加入固化劑后，攪拌8 min；改性樹脂放入E-12樹脂混凝土攪拌罐中；然后放入骨料一起攪拌15 min，完成樹脂混凝土的制備。進入E-13卸料罐中，通過輸送設備，將混凝土輸送至制品模具中。見圖1。

2.2 設備原理

設備原理：首先啟動空壓機、攪拌主機等機構，中控室內I-12 WinCC控制系統將配方下發到I-11PLC，PLC按照設定的指令控制倉門上的開關、計量斗、流量計、卸料閥門等數控元件。石英砂儲料倉上的料斗秤將重量傳遞給稱重傳感器，將重量轉化為電信號，經微處理器處理后，數字部位顯示稱重值，達到配比重量，蝶閥開啟，骨料進入骨料攪拌室。流量計、計量泵通過設定的流量后，電池閥關閉，物料進入樹脂攪拌罐，攪拌8min后，進入樹脂混凝土攪拌罐，攪拌15min，進入卸料倉，完成樹脂混凝土的制作。PLC實現生產過程全自動控制，WinCC視窗過程監控系統實現工藝全程監控。

圖1 樹脂混凝土制作工藝流程圖

2.3 設備組成

采用垂直式設計，共四層：四層為儲料；三層為配料；二層為攪拌；一層為卸料系統。中控室以計算機為中心的集中控制系統，控制和管理整個生產過程。具有以下特點：（1）低成本：骨料采用90°輸送角垂直輸送，節約占地面積、設備投資和土建費用[4]。（2）節能：垂直式設計將物料一次提升最高層，由上至下自流，無需動力源。（3）環保：主體采用全封閉設計，阻止粉塵進入周邊的大氣環境；骨料、樹脂采用管道封閉輸送；外排通氣管道設有活性炭過濾吸附，符合環保要求。（4）多功能：采用不同功能性填料，制備不同功能樹脂混凝土；清洗系統設計：將E-6罐中換為有機溶劑，流入E-11、E-12、E-13，實現清洗功能。靈活的模塊組合設計使該系統具備多功能性。

3 控制系統設計

3.1 硬件設計

結合實際工藝需求，對系統硬件設計選型：

（1）PLC：選擇可靠性高、抗干擾性強、通訊功能強大、擴展模塊豐富的西門子公司S7-200系列控制器。

（2）智能儀表：稱量變送器采用高性能A/D轉換的飛博爾FB528；流量變送器采用西森FLVJ系列渦街流量計，精度高,不受流體溫度、粘度等影響。

（3）傳感器：稱重傳感器采用精度高、強度好的PT650電子稱重顯示器；渦街流量傳感器采用故障率低，與之配套的LUGB-21/ZX。

（4）控制電柜：電網電壓波動及攪拌大功率電機脈沖，采取光電隔離和繼電器隔離技術，將計算機和電氣系統隔離。對繼電器輸出信號再經中間繼電器驅動交流接觸器。繼電器選用歐姆龍產品，操作按鈕及斷路器選用施耐德產品。

3.2 軟件方案設計

（1）控制系統：PLC程序采用STEP7梯形圖編寫，程序設計采用模塊化、功能化結構，便于維護擴展。編輯過程盡可能采用軟件代替大量的中間繼電器等器件，減少因觸點接觸不良造成的障礙。控制系統采用手動、半自動、自動和空位。手動過程是應急操作或測試用，每按一鍵，完成一個操控動作；按下“半自動”啟動鍵，系統每個模塊單獨運行；系統進入“全自動”狀態，物料自動配比，按程序完成全部過程攪拌，卸料；在空擋狀態時，上層監控系統對控制電路不起作用。

（2）監控系統：選用西門子WinCC，包括系統菜單、生產流程、配方管理、參數設置、數據查詢、報警管理、幫助7個過程畫面。運用WinCC軟件，將倉門狀態、物料重量、流量、攪拌時間等數據顯示界面上，按照WinCC組態流程，添加驅動程序，通過OPC軟件連接PLC，對生產過程畫面進行組態，實時監控。提供安全、質量保障。

圖2 生產流程界面

4 總結

本文描述了現有樹脂混凝土制作的概況，市場對全自動生產設備的迫切需求，分析了全自動生產樹脂混凝土的工藝，對攪拌系統提出了具體要求，以PLC為控制器，WinCC為過程控制系統，通過硬件和軟件設計，實現全自動樹脂混凝土攪拌系統的設計，打破歐美技術壟斷，對中國樹脂混凝土技術的發展具有積極意義。

[1] 王赟. 樹脂混凝土制備及力學性能研究進展[J]. 硅酸鹽通報，2013.32(10):2080~2083.

[2] 周秀君. 基于PLC的混凝土攪拌站控制系統設計[D]. 廣州：廣東工業大學，2008.

[3] 倪小青. 模塊式混凝土攪拌站設計技術[J]. 建筑機械，2010.7:114~120.

[4] 張瑞軍. HZS120型混凝土攪拌站的改進設計[J]. 工程機械，2008.7(39):17~19.

TG502.3

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1671-0711（2016）07（上）-0062-02