一種基于可編程控制器的干混設備控制系統

李克斌

（山東圓友重工科技有限公司，山東濰坊211000）

隨著干混設備的興起，市場上對干混設備需求越來越多，要求也越來越高。以前干混設備控制系統通常先根據設備功能和現場位置進行區域劃分，再對各個部分采用獨立的控制。各個部分相對獨立，設備狀態信息不共享，各部分設備在不同控制柜進行操作時，需要人工通過對講機或其它通訊設備進行溝通聯系，才能協調工作，非常不方便，同時也增加了設備操作難度，誤操作也時有發生。我們選用高穩定性PLC(可編程控制器)對各個設備進行點對點單獨控制，再通過管理計算機對各個部分信息進行采集匯總處理、綜合分析后，將處理命令統一下達給各個部分設備控制箱完成獨立控制。這種集散式控制方式既能實時監控整套設備的狀態，又能及時有效進行處理，提高了工作效率，降低了操作難度，減少了故障率。

1 干混攪拌設備及生產流程

干混攪拌設備主要包括石料的破碎、天然砂的烘干、砂石料的篩分、原材料的儲存、原材料的配料卸料、混合攪拌、成品料的包裝、儲存和除塵系統等。總生產流程如圖1。

圖1 干混攪拌設備總生產流程

干混設備控制系統根據功能和現場布置主要可劃分為三部分。

1.1 原材料預制設備及其生產流程

目前原材料主要有機制砂和天然砂兩種。機制砂需要破碎設備，主要包括破碎機、篩分機、輸送斗提機、輸送皮帶、輸送螺旋等。天然砂需要烘干設置，主要包括烘干筒、引風機、鼓風機和各種溫度、壓力、電流檢測等。各個設備生產流程如圖2。

圖2 原材料預制設備生產流程

這部分控制系統采用一塊PLC單獨控制。各啟停按鈕、限位信號、溫度和壓力檢測點信號作為PLC控制輸入點，各電機、閥等作為PLC控制輸出點。同時PLC將現場的狀態通過通訊線反饋給主控室，同時接收來自主控室的控制命令。根據制砂線和烘干線相對獨立的控制過程，在操作上分為既可以獨立操作又可以協調工作的兩部分。

1.1.1 機制砂系統在操作上有人工和自動兩種方式

系統配備了比較齊全的操作按鈕和狀態指示燈，使進行人工操作時簡潔、直觀，降低人工操作出錯的可能性。同時，系統在人工操作時自動加以輔助，進一步降低人工誤操作誤判斷的幾率。可以說這個系統的人工操作是在保證系統設備安全的前提下的一種靈活操作，既適應了復雜的工況，又保障了設備和人員的安全。同時，系統配備了全自動生產模式，這更提高了設備的安全和效率。自動方式下，當系統得到自動運行命令后，根據預先設置的設備啟動順序和要求，逐個啟動。在設備自動啟動時同時檢測設備的運行狀況，發現運行狀態有問題，馬上停止設備并退出當前自動狀態，同時聲光和圖文報警，指出問題所在點，提醒操作員注意和處理。如果在自動逐個啟動設備時沒有故障和正常的情況，整套機制砂生產線設備會自動啟動起來，并開始投料生產。達到用戶設定的產量后，生產線會根據系統制砂流程先后將所有設備自動停止下來。自動全程不需要人工操作干預，安全高效。

1.1.2 天然濕砂烘干系統在操作上也有人工和自動兩種方式

因為烘干系統的加熱爐子有煤、氣和電這幾種，在爐子的控制部分也不一樣。如果是煤爐和氣爐則更傾向于人工操作，電爐側重于自動操作。要根據具體設備配備的爐子，采取相應的控制。烘干系統除去爐子部分的差異，其它剩余設備控制是一樣的。烘干系統的人工和自動操作方式和機制砂系統采用相同的控制原理和報警機制，在實際生產中既能保證設備人員安全，也能保證生產效率，是一種高效的控制機制。

1.2 配料攪拌設備及其生產流程

配料攪拌設備包括上料部分、各個料計量部分、卸料部分和輸送攪拌部分。各個設備生產流程如圖3。

圖3 配料攪拌設備生產流程

圖中的稱量部分是通過專門配料儀表來完成，上料和卸料部分通過PLC自動控制。包括料的輸送和攪拌也是由PLC來自動控制完成的。

這部分包括各種原材料的計量，是整個系統的關鍵部分,因為原材料計量的精度直接影響成品是否合格。為了提高原材料計量精度，我們主要從幾個方面進行特殊設計。

一是原材料料門上采用了雙行程氣缸。這樣可以在上料過程中進行粗精計量控制。通過先快后慢的原理，在保證生產效率的同時可以達到要求的配料精度。

二是秤的卸料門上采用了兩道閥門的控制。為了減少干混計量攪拌過程中的粉塵，整個設備是相對封閉的，各個部分在各自運行過程中氣壓是不一樣的，為了減少氣壓差對計量精度的影響采用雙閥門結構控制。這種結構減少其它設備對計量秤的影響，讓秤在計量過程中更穩定。

三是計量控制部分采用了高精度專用配料儀表。專用配料儀表無論在數據讀取和配料控制上都比通用的可編程控制器有先天的優勢，因為配料儀表擁有更高的運算處理速度和更專業、更成熟穩定的配料方案。

四是粉料和小料的計量采用了變頻控制。粉料在采用變頻器控制后，在計量上料的過程中可以采取變速上料過程，這樣使粉料更能滿足高速高精度的計量要求。

高精度的原材料配比加上高效的攪拌才能生產出合格的干粉產品。攪拌環節也是整個生產過程重要的一環。在攪拌時采用了變頻控制。在攪拌機剛開始投料時，采用低速攪拌，等各種原材料加入進去后，采用高速攪拌，這樣在相同的攪拌時間內，攪拌效果更好。有些特殊的添加劑，防止在攪拌中被破壞，要求更慢的攪拌速度，配備的變頻器也能滿足要求。

1.3 成品儲存和運輸設備及其生產流程

成品儲存和運輸包括成品罐車散裝、成品包裝、成品倉儲存和除塵等。生產流程如圖4。

圖4 成品儲備和運輸設備生產流程

為了提高整套設備的生產效率，在攪拌機下料口設置了成品倉中儲倉，這也是成品存儲和運輸設備要處理的對象。它們是否能及時有效地將成品料運轉出去是影響干混設備效率的最后一環。在這部分控制中為了保證各個通道的換向閥開關通暢和到位，每個閥門都配備了開關門檢測信號。如果有換向閥故障或門被卡住，系統馬上報警提醒用戶及時解決，以免造成堵料。同時，各個料倉都配備了阻旋式料位，實時檢測料倉存料情況，料滿料空都能及時處理。

在包裝和散裝粉料時，除塵系統也是必不可少的。對散裝頭采用了隨動式除塵方式：散裝頭開始工作時，除塵系統預先除塵；散裝頭結束工作時，除塵系統最后自動完成現場收塵。保證只要散裝就有除塵，避免了粉塵污染。包裝除塵則采用了靈活的手動除塵控制，在包裝時除塵系統一直工作，直至包裝完成。

2 根據各部分的控制特點采用集散式控制方式

整套設備控制采用以物料計量和攪拌為主、以備料、存料為輔的控制布局。計量攪拌主樓是控制核心，主控中心設置在計量攪拌主樓位置。主控中心除了控制原料的計量和攪拌外，也遠程控制其它制砂、烘干、包裝和存儲等設備。同時，遠端的各種設備狀態要實時反饋給主樓控制中心。制砂、烘干控制和包裝、散裝控制本身也是一個相對獨立的控制，在主控制許可情況下，它們能獨立完成相關設備的操控。這樣的操控方式既能保證整套設備控制的協調性、安全性，同時也兼顧遠端設備操控的靈活性，在提高操控效率的同時也能保證設備的安全運行。

⑴計量和攪拌控制系統既有按鈕操作也有PC電腦操作，同時還有觸摸屏可以同步顯示操作。這些靈活多樣的操作方式，可以保證操作的方便快捷，也使整個系統具有一定的連貫性，安全可靠。計量和攪拌控制系統見圖5。

圖5 計量和攪拌控制系統

⑵系統低壓電器元件全部選用國際品牌施耐德的元器件，控制元件選用歐姆龍的PLC和功能模塊。質量和使用壽命都有保證。實際完成的配電箱見圖6。

圖6 配電箱

⑶在烘干和制砂的備料控制中，采用相對獨立的控制，它們在現場獨立操作的同時與主樓中的核心控制通過通訊連接。做到既可以現場操作，也可以遠端監控操作。制砂系統柜見圖7。

圖7 制砂系統柜

3 結語

這種集散式控制系統已經在上我公司的干混砂漿生產系統中得到了廣泛應用。實際使用效果較好，達到了當初設計系統既要高效，也要穩定的目的。實際使用證明，這種控制模式是一種穩定高效的模式，是一種值得推廣的具有高穩定性和可靠性的控制系統。