混凝土搅拌站智能控制系统.pdf

中ｉ萄人学颁Ｉｊ学位论文第二章絮凝十搅拌站的丁作原理及系统构成第二章：混凝土搅拌站的工作原理及系统构成２．１混凝土搅拌站概述混凝土搅拌站是拿来集中搅拌混凝土的联合机械装置，亦称混凝土鞋厂璐１。它具有机械化和手动化程度高、生收率高的特性，常用于混凝土工程量大、施工周期长、施工地点集中的大小型工程。混凝土搅拌站控制系统是控制混凝土搅拌站上料、计量、搅拌和卸料等混凝土生产的整个过程，对混凝土质量的影响极大。而混凝土质量直接关系到工程的质量，所以使用一个完整、安全和可靠的混凝土搅拌站控制系统对生产优质的混凝土是至关重要的。随着电子技术和微型计算机技术的迅猛发展，各行各业的控制系统早已逐渐开始趋于智能化、数字化、集成化和大型化，系统设计和功能配置直接影响到产品的性能与质量。混凝土搅拌站控制系统看似简单却相当复杂，但在调料控制过程中，它须要调料的高精度性和程序运作的高可靠性，否则混凝土的生丰度和质量很难保证，容易造成混凝土原料的浪费和损失，甚至恐吓操作人员的人身安全，所以设计一个高质量和高精度的智能控制系统变得极其重要。２．２混凝土搅拌站的分类和组成混凝土搅拌站机型较多，但其结构基本相像，均采用电气程序控制。

混凝土搅拌站按作业方式可分为周期式和连续式；按搅拌机平面布置方式可分为巢式和直线式；这儿主要介绍以联通性、工艺流程分类方法砸７１。（１）按联通性分类；一般分为三类：即联通式、拆迁式和固定式。联通式搅拌站一般带有行走装置，以易于现场联通。主要适应于联通性较强的工程，如公路、桥梁等建设项目。目前我国生产的联通式搅拌站的生收率通常在３０ｍ３／ｈ—－９０ｍ３／ｈ。回迁式搅拌站是相对固定式而言，其特征是联通场地时必须将大部件拆开装运。目前我国使用的拉铲式搅拌站、皮带机上料的双阶式搅拌站大部份属于这种类型。主要适应于商品混凝土鞋厂及大小型混凝土施工工程。固定式搅拌站是指回迁比较困难的搅拌站，通常是单阶式上料或混凝土结构的搅拌站，适用于商品混凝土鞋厂、预制厂及小型混凝土工程等场合使用。（２）按生产工艺分类传统的界定方式为单阶式搅拌站和双阶式搅拌站（称单阶式为垂直式或塔式搅拌站，双阶式为水平式搅拌站）。中南人学ｆ吹Ｉｊ学位论义第二章混凝土搅拌站的工作原理及系统构成图２—１搅拌站分类单阶式搅拌站的砂、石、水泥等材料可以一次就提高到搅拌站的最高层，之后按工艺流程进行，如图２一ｌ（Ａ），主要适用于小型永久性搅拌站。

单阶式搅拌站工作原理：级配由储料仓卸料门依次卸入计量斗中，分别或累积计量，计量好后启动皮带，将料卸入一直运转的斜皮带上，斜皮带将计量好的级配送入屋顶的级配储料斗中；粉料仓中的料由螺旋输送机送往各自计量斗中计量搅拌站控制系统，水、外加剂由水泵送往各自计量斗中计量。当各类物料计量完毕后，将级配储料斗卸料门打开，将级配卸入搅拌机内，延时５Ｓ钟后，将计量好的水泥、粉炉渣、水、外加剂等一起卸入搅拌机内搅拌，搅拌好的混凝土由主机卸料口卸入搅拌车中，完成一个工作循环哺１。双阶式搅拌楼的砂、石、水泥等材料则分两次提高，第一次将材料提升至贮料斗，经调料后，在将材料提高并卸入搅拌机，如图２一ｌ（Ｂ），主要适宜于中大型搅拌站。双阶式搅拌站工作原理：级配由储料仓卸料门依次卸入计量斗中，分别或累积计量，计量好后启动皮带，将料卸入一直运转的斜皮带上，斜皮带将计量好的级配送入中间的级配贮料斗进行调料：粉料仓中的料由螺旋输送机送往各自计量斗中计量，水、外加剂由水泵送往各自计量斗中计量。当各类物料计量和调料完毕后，将贮料门打开卸料，再度卸入仍然运行的斜皮带，送入骨料储料斗中，当就绪以后。把将级配储料斗卸料门打开，将级配卸入搅拌机内，延时５Ｓ钟后，将计量好的水泥、粉炉渣、水、外加剂等一起卸入搅拌机内搅拌，搅拌好的混凝土由主机卸料口卸入搅拌车中，完成一个工作循环。

单阶式和双阶式搅拌站的另外一个区别是生丰度有差异，虽然使用同样的搅拌主机，双阶式的生丰度要比单阶式搅拌站低。为了解决生丰度及占用场地的问题，目前国际上较兴起的一种产品是介于单阶式和双阶式之间的搅拌站，其特征是级配计量后提高到搅拌机上方的储料斗内，当程序要求投级配时，将级配投人中南人学硕ｌｊ学位论文第二章絮凝十搅拌站的丁作原理及系统构成搅拌机中，这样级配在储料斗中等待时，级配计量可以同时进行，因而提升了生丰度。这些方法其优点是既增强了生丰度，又降低了占地面积。本文中所提及的搅拌站是指单阶式与双阶式之间的搅拌站。２．３系统工艺流程商品混凝土的生产工艺流程是先按配方将各调料分别称量搅拌站控制系统，并按规定次序送入搅拌机搅拌，搅拌一定时间后卸入混凝土输送车中，完成一次搅拌。按照输送车容量的大小，需做多次搅拌就能完成一车所需的混凝土量。为了高生产效率，在称量装置（称量带或斗）卸空后即开始第二次拌料的称量，达到平行作业的疗效。其工艺流程如图２－２所示。骨学仓Ｉｌ骨掣仓Ｉ｜骨萼仓ｌＩ骨掣仓ｌＩ水泥仓｜Ｉ粉矿渣ｌｌ添加剂Ｉｌ水箱赣篙ＩＩ赣籍ＩＩ赣茗ｆＩ赣茗ｌｌ螺旋机ｌＩ螺旋机ＩＩ霎菜篆ＩＩ电机机构ＩＩ机构ＩＩ机构ｌｌ机构Ｉｌ豫眦竹‘ｌｆ碌帆ｗ‘ｌＩ或电机ｌＩ小承级配称斗（含称重传感）出料机构斗料提高，冷变鎏塑量婴、ＩＩ零銎器鍪差ＩＩ流量计（含称重传感）ｌＩ、蛊嚣尹心Ｉｆ帆里出料机构Ｊ出料机构暂存仓Ｉｌ暂存仓搅拌罐（含搅拌主机）卸料机构成品混凝土图２－２搅拌站工艺流程由工艺流程图可知，混凝土调料控制系统包含六个物料控制流程阳１，倘若由一个控制器进行控制，相当于一个控制器要同时从事六项任务，各个任务具有并行特性（比如，本罐混凝土的搅拌和下一罐的调料同时进行），各个任务又有一定联系，以下分别阐述。

１．级配秤斗调料中南人学硕Ｉｊ学位论ｊ［第二章混凝土搅拌站的工作原理及系统构成通常有两种计量方法：累计计量和分别计量，以累计计量为例：各种类型的沙子和沙分别名为级配１至级配４。控制器按照级配ｌ配方值及级配秤斗传感反馈重量讯号控制级配１进料，当级配１调料完成后，控制器又按照级配２配方值及级配秤斗传感反馈讯号控制级配２进料，……，直到级配４调料完成。而分别计量是级配１至级配４是同时计量，计量结束以后，控制器判定提高料斗是否到位，若不到位则等待，若到位则控制出料机构出料。从级配秤斗下来的料经皮带机送到提高料斗出料完毕，控制器启动提高料斗提高，并立刻步入下一罐级配调料循环。２．提高料斗提高提高料斗将级配提高到搅拌罐附近后，控制器判定搅拌罐是否为空（即上一罐混凝土是否早已卸料），水泥秤斗是否调料完成和附加剂调料是否完成。若某个条件不满足则停止提高并在该位置等待。当条件满足时控制器继续控制料斗提高至投料位置。当提高料斗开始投料至搅拌罐时，控制器启动搅拌。当提高料斗的料全部投入搅拌罐后，微机控制提高料斗增长，当升高到最顶部时设置提高料斗早已到位，并等待步入新的一轮提高循环。３．水泥秤斗调料水泥１和褐煤的调料过程类似于级配调料过程。

当三种物科调料完成后设置水泥秤斗早已调料完成，之后不断检测是否有水泥秤斗出料命令，若无则等待，若有则控制出料机构出料至搅拌罐。出料完毕立刻步入下一罐水泥秤斗调料循４．添加剂调料添加剂的调料过程类似于级配调料过程。当添加剂调料完成后设置添加剂配料早已完成，之后不断检测是否有添加剂出料命令，若无则等待，若有则控制添加剂出料泵出料至搅拌罐。出料完毕立刻步入下一罐添加剂调料循环。５．搅拌当提高料斗开始投料时该任务启动。该任务启动后，控制器首先发附加剂出料命令和供热命令，延时后发水泥秤斗出料命令。当所有料全部投入搅拌罐和供水结束后，控制器根据操作者设定的搅拌时间控制搅拌主机搅拌。搅拌时间到后控制搅拌罐卸料机构手动卸料。卸料完成后，控制器置搅拌罐标记为空，然后等待步入新的一轮循环。６．供热控制器按照水的配方值和涡轮流量传感反馈讯号控制供热，供热结束前置供热结束标记，然后等待步入新的一轮供热循环。在整个搅拌过程中，称量系统和称量过程最关键，其精确度直接影响混凝土中南人学硕：Ｌ．学位论文第二章絮凝十搅拌站的Ｔ作原理及系统构成质量，而它与其他部份的相互协调与配合影响到整个周期的运行时间和效率。

２．４混凝土搅拌站控制系统单阶式和双阶式混凝土搅拌站的手动控制系统大致是相像，工作原理上双阶式搅拌站仅仅比单阶式多了一次物料的提高，单阶式的搅拌站是现场调料，双阶式搅拌站常常可以提早调料，也可以现场调料。本文主要是对介于单阶式和双阶式之间的混凝土搅拌站结构、控制系统等进行剖析，综合比较，改建铁建十一局现今所运行的两台ＨＺＳ９０型混凝土搅拌站的控制方法，因为原先搅拌站调料偏差高，调料精度不高，智能程度不高等问题，而工程中混凝土的需求越来越大，调料精度要求越来越高。但随着计算机技术、自动检查和传感器技术、自动控制技术以及通讯技术的发展，检测的直观、准确、智能化和控制的可靠及其过程手动化与信息管理手动化无疑己成为混凝土搅拌站的发展方向。因此本文提出混凝土智能控制系统的设想与设计，对原搅拌站控制系统进行改良，便于能满足施工现场的需求。２．４．１混凝土搅拌站称重系统混凝土各组成物料的精确计量精度是混凝土质量的可靠保证，混凝土搅拌站调料的称量控制系统是整个控制系统的关键，称重系统是决定混凝土计量精度高低的基础。初期我国从南斯拉夫及西欧国家引进了一些搅拌站ｎ引，主要应用在水电等大工程上，这种搅拌站均是采用机械杠杆秤进行称量控制。

这些混凝土搅拌站都使用杠杆式称重系统（简称杠杆秤），然而因为现场环境比较恶劣，许多杠杆秤由于刀口锈蚀或磨损等诱因，导致计量的不稳定、不确切，严重影响了混凝土的生产质量。随着计算机技术和手动化技术在工业生产过程中得到广泛应用，传统的杠杆秤渐渐被电子式称重装置所替代。步入六十年代中后期，从美国引进的搅拌站称量开始使用电子秤。国外开始步入电子秤的研发和试用阶段。这些电子秤采用电子电位差计原理，秤面采用圆盘式双表针或其它方式，比较直观．与楼站控制要求结合较好，但往往因加工工艺水平比较低，使秤的控制精度不高，故障较多，稳定性较差，与杠杆秤相比，虽非较大提升，但依然不很理想。随着工程实践的日渐增多以及美国电子秤的启发，我国电子秤的结构方式得到改进，秤的稳定性有较大好转，故障率增长了，调试技术逐渐成熟和专业化，基本满足工程生产可靠性的须要。生产混凝土的原料通常有级配（包括特大石、大石、中石和小石）、砂、水泥、粉炉渣、水和外加剂等，各料按给定的配比（配方）进行称量调料，之后卸入搅拌机进行混和搅拌。搅拌到给定的时间后，就产生湿态成品混凝土，可以交付施工中南人学硕Ｉ：学位论文第二章混凝土搅拌站的工作原理及系统构成现场使用。

混凝土搅拌楼的级配（沙子和砂）的称量调料装置由弧门给料器、悬挂装置和秤斗组成。秤斗用传感悬挂装置吊在料仓顶部仓壁上。料仓给料弧门和秤斗卸料弧门的开闭由汽缸推进，由电磁阀（２４ＶＤＣ）来控制汽缸的动作。电磁阀体接收电讯号，通过线圈形成电磁力使阀体换向，进而达到操纵汽缸的目的。粉料（水泥或粉矿渣）的称量调料装置由螺旋机、悬挂装置和秤斗组成。称量调料时，粉料由料仓顶部给料球阀经螺旋机步入秤斗。卸料气动球阀的开闭由汽缸推进。液料（水和外加剂）的调料装置由储液箱、秤斗（或流量计）及悬挂装置等组成。箱体和秤斗都置有排液阀，箱体给料球阀和秤斗卸料球阀的开闭由汽缸推进。这些ＨＺＳ９０型搅拌站称重控制系统中，系统调料偏差控制基本采用ＰＩＤ与经验法相结合的补偿的方法，这些方法虽简单便捷，但受制于工人的经验，精度不高，偏差大，严重的阻碍混凝土的质量，因而阻碍中整个公司的工程质量。这也是系统致命的缺点。２．４．２混凝土搅拌站的控制系统控制系统是搅拌站的核心，主要完成根据预定的混凝土配比控制搅拌站的全部工作过程。初期因为混凝土搅拌站的称量系统通常采用杠杆秤，所以控制系统采用熔断器加接触器的控制方法；后来因为称量系统采用了高精度电位器，出现了穿孔卡方式的控制系统；随着传感技术及电子技术的发展，目前搅拌站的控制系统通常为计算机控制，主要有以下优点：能实现生产过程的手动化，提升生丰度：能储存大量配合比供用户选用，调用、修改配合比都非常便捷：能进行落差