摘要：介绍了一种水泥混凝土搅拌站自动控制系统，以单片机系统为下位机,提供了一种实用的 混凝土搅拌站自动控制系统方案，其主要包括计算机控制、PLC控制、变频调速及精确称量等技术。其上位机为工控机组，人机操作页面为触摸屏。本文主要是对搅拌工艺流程、控制系统功能进行分析，建立控制系统。该系统在实际应用中稳定可靠，配比精度高，操作简便、直观，取得了很好的效果。
关键词：水泥混凝土搅拌设备；自动控制系统；PLC；变频调速；触摸屏；配比精度
一、引言
目前，公路交通建设发展迅速，国家正在进行中西部大开发战略，因此交通及机械行业能够快速发展。建造高质量高速公路需要大量高品质水泥混凝土，由于时间紧、任务重，所以对混凝土的要求较高，不仅混凝土配料精度高，而且要求生产速度快。沥青混凝土搅拌设备已经步入了大型化、智能化，并向着绿色环保、节能降耗的方向发展。在混凝土生产过程中，自动控制技术的研究和应用起着至关重要的作用。我国水泥搅拌设备产品开始从单纯的技术引进转变成合作生产、联合开发。我国沥青搅拌设备的技术水平开始跟上了国际上的发展步伐，并引导国内筑路机械设备生产厂家的产品开发向着大型、绿色环保和节能方向发展。
二、系统的资源配置和工艺流程
混凝土搅拌设备系统资源包括各种骨料仓、骨料仓称斗、骨料称重传感器、水泥称斗、称重传感器、水和添加剂罐、称重传感器以及相应的配料控制器、进料机构、搅拌缸和卸料机构。配料控制器采用了珠海志美公司生产的配料控制器CB920。为了提高配料速度和精度,此控制器提供了快速、中速和慢速配料信号而且还考虑了配料过程中的飞料。在本系统中每种骨料仓设计了两个放料门,快速配料信号对应了骨料仓的大放料门,慢速配料信号则对应了骨料仓的小放料门。
三、控制系统功能和要求
通过配料控制器设定各种骨料的产量和配比,然后启动相应的配料机构。先启动大放料门电磁阀,当骨料的重量接近其设定值时,关闭大放料门,同时启动小放料门电磁阀。考虑到配料精度,让小放料门快速点动。打开1秒钟后,关闭,然后再打开,这样重复几次。完成某一种料的配料后,接着启动另外一种骨料的配料,直至配完所有的骨料。为了减少配料时间,提高整个设备的生产效率,与此同时,水泥、水和添加剂也在配料。等所有的骨料配料完毕,则启动相应的进料机构,将生料送入搅拌缸。同样,为了提高生产效率,在搅拌的同时,各种骨料、水泥、水和添加剂继续配料,搅拌一定的时间后,打开卸料门放掉成品料后再关闭卸料门,继续将生料送入搅拌缸,然后依次循环。
考虑到生产过程中的等待状态以及减少大功率用电设备的频繁起动和停止,应当将成品料的卸料门的动作设计为既可自动也可手动的状态,以便于在等待时手动中断系统流程。而且为便于设备的现场安装调试和以后的日常维护,应通过程序设计使得各个动作单元都可以单独动作。
由于整台设备生产的连续性较强,控制系统中,每一个动作的前后时序性有严格地要求,且到达某个状态(步)时,必须保证与这一状态(步)有关的动作全部完成,才可以进入下一状态(步)。因此必须通过设备上安装的限位开关和传感器对各执行机构的状态进行监控。
四、系统设计和组成
系统采用PLC加上位机的控制方式。其中PLC是整个控制系统的核心,所有的开关量控制以及顺序控制都需要经过PLC来处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现场的称重传感器将重量信号反馈给cB920,cB920经过相应地处理后,将快、慢速配料信号送给PLC,然后PLC通过逻辑处理去驱动现场的放料门或电动机;其余的动作机构则是通过按钮给PLC输入信号来实现控制的。由于配料部分和各动作执行机构的动作频率较高,故系统采用了日本三菱公司的FXZN一80MT型号的PLC,此控制器的特点是采用晶体管输出,输出功率小,但是能够满足一些高速扫描指令的应用,适用于输入、输出动作频率较高的场合。为了使系统提供相应的人机界面和数据管理,系统配置了一台工控机。现场的工作状态可以通过上位机进行监视,上位机也可以给PLC发出控制信号,而且利用上位计算机丰富的软、硬件资源,用VB语言还编制了相应的管理软件,实现配比的设定和工作报表的打印。
在上料和称量系统中，粉料计量和添加采用“先称量后输送”的结构，提高了计量准确度和输送速度。粉料仓采用新粉仓和回收粉仓分离，配置两个螺旋输送器，实现新粉和回收粉按比例添加。热骨料中的每种规格骨料，均采用大小料仓分别投放，同时结合控制程序实现冲量自动跟踪修正，自动调整料仓称、放料时间，提高了热骨料的计量准确度。沥青的称量采用双气缸控制三通旋塞阀，首先依据设定量进行第一次粗称，
PLC 采集现场各种开关量信号，获取设备动态信息。同时输出各种控制信号，驱动继电器动作后，控制现场各种执行元件如电磁阀、电动执行器及电动机等进行相应动作。该系统还配置了高精度模拟量输入、输出单元，可以同步采集现场各种模拟量信号，并及时准确地将各种料的称量数据信号进行实时传送控制。PLC 中内置的用户应用程序是专为设备度身订做，能够实现整个系统从运行开始、上料、点火、称量直至最后搅拌出料等一系列动作的自动连续运行。针对骨料、粉料和水泥的不同称量特点，系统还专门设计不同称量校正程序，从而能够实现各种料的动态高精度称量。触摸屏与 PLC 配套设计了不同状态下的控制操作画面。在不同的操作画面中，可以通过触摸相应的按钮开关来执行相应的操作。同时，可以在画面中记录和观察各种数据和信号。 当按下开始按钮后，系统开始自动循环进行从上料、称量、放料、搅拌直至出料的整个工作过程，各个过程连续进行互不影响，中间无需人干预，当达到设定的生产量后，系统自动停止。对于小的干扰波动系统会自动进行调整。同时操作人员可以通过画面对各种信号的称量数据进行监测。如遇到紧急情况可按下急停按钮，系统立即停止自动动作，转入手动操作画面。在手动操作画面，操作员可以方便的进行各种手动操作，进行试车，配比试料，处理问题等操作，同时记地录和观察各种数据和信号。参数设置画面可以方便地设置系统运行时的各项参数，配料比例，搅拌时间、次数等参数。报表画面可以自动记录每一次称量后的产量，配料比及累积产量等数据。
五、结语
综上所述，本文介绍的混凝土搅拌站自动控制系统通过了技术鉴定，已应用于香港 、深圳、顺德等多个混凝土搅拌站 ，已累计正常生产几十万立方商品水泥混凝土 ，符合有关 要求 。实现了上料、配料、出料的自动化，按照生产工艺要求完成了各种顺序控制，称量控制。在实际应用中取得了很好的效果，提高了水泥混凝土的产量和质量。以上是本人的粗浅之见，由于本人的知识水平及文字组织能力有限，文中如有不到之处，还望相关的专业人士批评指正。
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论文作者:桂成安
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/3
标签：骨料论文; 混凝土论文; 系统论文; 信号论文; 动作论文; 卸料论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第20期论文;