混凝土拌和站的自动控制技术

吴海宝

摘要：混凝土拌和站自动控制技术，主要是计算机、PLC及电气控制为一体的工艺流程。通过PLC可编控制程序在计算机给出的指令下执行电控元件把电流传送到电磁阀，完成逐步的工艺流程。

关键词：拌和站 原理 计算机 PLC控制程序

中图分类号：TP274+.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0064-02

1 混凝土拌和站在工程中的发展前景及重要性

随着先进技术的不断创新，拌和站在道路、桥梁、隧道等施工中的作用日益明显。自动控制系统是混凝土拌和站的一个重要组成部分，自动控制系统的性能如何直接影响了拌和站的可靠性、作业效率及施工里面的质量。为了开发高性能高质量的拌和机，国内外的厂商对PLC控制系统及计算机的配套使用上都投入了较多的力量。使自动控制系统得到了不断的改进和提高。目前机电气一体化控制技术已在拌和站上得到成功的应用，全自动人机控制电气系统的拌和站已逐渐普及，目前全自动人机电气控制系统已成为拌合大方量混凝土的公路、桥梁、隧道工程的搅拌机必备系统，我国拌和站电气控制系统在引进国外先进的电子技术上，结合国内的实际工程施工情况，取得了很大的进步，许多厂家拌和站目前也配备了人机控制电气系统供用户选择。总之，电气系统是现代化拌和站不可缺少的组成部分，也是衡量拌和站水平的一个重要标志。

2 拌和站的结构特点及工作原理

混凝土拌合站是混凝土混合料的生产设备，其结构和工作原理比较庞杂。下面是雅泸项目单阶式HZS60混凝土拌合站，主要由搅拌系统、配料系统、输送系统及辅助配套系统组成。

2.1搅拌系统

搅拌系统是由搅拌机、润滑系统、卸料部分组成。其基本工作原理是由电机摆线针轮减速机、小齿轮、开式齿轮、同步齿轮等辅助设施带动设有专门的密封装置搅拌轴进行传动，为保证密封质量，搅拌轴的四个端面上设有浓油泵，可方便地向轴端密封装置内供油；且在加工制作过程中采用行之有效的制作工艺和工装，保证了良好的密封性能。卸料机构采用气动卸料，利用一台空气压缩机和两个气缸，通过杠杆机构和电控换向阀实现卸料门的开闭状态，遇有临时停电，可采用手动卸料杆进行手动卸料，此时需将轴与自动卸料机构脱开。

2.2配料系统

本配料机主要由机架、骨料仓、称量斗、皮带输送机、气控系统等组成。结构上在保证皮带输送机顺畅工作的同时，调低称量斗高度，减小与皮带输送机的距离，以避免在卸料时骨料外溢的情况出现。其基本原理：当骨料仓向称量斗供料时，由微机称量控制仪控制，对各种物料进行累加称量，完成称量设定、去皮、补差并输出信号控制气缸的动作时间，使各料仓按设定的程序向下部皮带机供料。当称量斗的骨料称到定值后皮带机启动，向下一系统卸料，卸料结束后，皮带机停止动作，进入下一轮称量。皮带输送机主要包括驱动装置、张紧装置、传动部分、机架、清扫器等。

2.3输送系统（如图1）

输送系统是由主电机滚筒带动从动滚筒通过斜皮带运输混合骨料，机架上安装了改向压带轮、挡边辊、高挡边皮带、清扫器等辅助设施，使得皮带在输送的过程中提高了平稳性、精确性。

3 混凝土搅拌站的PLC控制系统

如图2所示，为混凝土搅拌站的PLC控制系统原理图。该系统主要包括四个配料称量控制器PLY600、计算机、PLC控制器及其与之适配的输出电路。

开始工作前，先从计算机的键盘输入该次生产混凝土料的配方等有关数据。当有关数据输入完成并按启动按钮时，计算机向PLC发出启动命令，PLC开始工作。PLC首先分别开启1、2、3、4号骨料储料仓仓斗底门，使四种骨料依次在D电子称上进行累计称量。先放1号骨料，当1号骨料达到配方要求值时，PLY600发出信号并输入PLC中，PLC输出信号关闭1号骨料仓的底门，停止1号骨料的称量，同时开始2号骨料的放料称量。当电子称料质量减去1号骨料配方质量所得之值即2号骨料的净质量，此值达到配方要求时，停止2号骨料的称量，同时开始下一种料的称量。依次类推，直到称所有的四种骨料。在骨料称量的同时，PLC也水泥称量斗C、水称量斗B、外加剂称量斗A放料，进行这些料的称量。当各种料的质量达到配方设定值时，关闭对应的放料门，停止该种料的称量。在所有的料均已完成一次称量后，结束配料称量过程，进入放料搅拌过程。

在放料搅拌过程中，称量好的料依次放入搅拌机中进行搅拌，达到搅拌时间设定值时，PLC发出信号关掉搅拌机，并开始卸搅拌好的成品料。卸完成品料即完成一个工作的循环，PLC自动地又从程序的开始进行下一个工作循环，如此一直重复下去，直到关机。

在水泥仓底部装有限位传感器，限位传感器检测水泥的高度，并将此信号输入计算机，计算发出信号，拉响警报，提示水泥已达到水泥仓的下限位。

配料控制器PLY600不仅可以把被称料的质量与配方要求的量进行比较，输出开关信号给PLC，还具有数字显示料质量和自动去皮功能。

计算机可以记忆各种物料的消耗量、每日生产量、每月物料消耗及所用配方，并可以通过打印机打印出各种报表。

4 计算机控制系统的组成

如图3所示，各部分的作用如下。

4.1传感器

传感器的作用是将被测量的非电量参数转换成比例的电量参数（电流、电压等）。拌和设备中所用的传感器一般是称重传感器、温度传感器等。

4.2放大器

各种传感器输入的输出的信号通常较弱，一般毫伏级，不能满足后续电路对幅度的要求，因此，必须由放大器将信号进行适当放大。

信号在进行放大之前，一般还要进行滤波处理，以除去有用信号中的干扰信号。

4.3多路模拟开关

在有多路模拟输入信号的情况下，为了公用一个采样保持器和A/D转换器，需分时将多路模拟信号接通，即每次只接通一路信号进行数据采集。用来完成这一切换功能的器件称为多路模拟开关，其由CPU控制进行通道的切换。

4.4数/模和模/数转换

计算机所能加工处理的信号只能是数字量，而各种传感器输出的通常是连接变化的模拟量，因此，首先需要把模拟量转换成计算机能够接受的数字量，即进行A/D转换，然后才能进行处理和运算，如果计算机控制的对象是模拟量，也必要把输出的数字量转换成模拟量，即进行D/A转换，才能控制诸如伺服电机等执行机构。

A/D和D/A转换是由相应的转换器来实现的。

4.5采样保持器

由于A/D需要一定的转换时间，为了保证精度，在转换过程中必要使A/D转换器的输入电压，即瞬间采集的模拟电压保持不变，因此需要有采样保持器。

4.6开关量输入/输出（I/O）接口

来自选择开关、行程开关、接触器和各种继电器触点的输入信号以及用以驱动接触器、电磁阀、指示灯等的输出信号都是开关量信号，其特点只有通、断两个状态。CPU通过I/O接口电路与外部的输入输出装置箱联系，以便获取输入装置的状态及控制执行机构的动作，I/O接口电路出了在CPU与外部输入输出装置间传递信号外，还具有电平转换、噪声隔离等作用。

5 对我国拌和站发展的看法

（1）拌和站的质量主要包括技术性能、结构、可靠性、稳定性以及故障率等综合指标。评估拌和站的优劣，要采用在多种工况下，定量的施工时间的科学方法进行考核验证和评估。

（2）我国目前各个制造厂家生产的高档拌和站产品基本上都采用德国先进电子技术和结构。其主要的电磁阀、传感器等均选用进口件。

（3）国产配套件包括电磁阀、电子原件、配套部件以及重要材质等方面的质量，均与国外有相当大的差距，但这是影响拌和站产品质量的关键条件之一。因此，急待完善和提高，否则将会制约拌和站的质量和技术发展。

（4）自主开发创新能力急待改进和提高。我们在引进、学习和借鉴国外先进技术、结构等方面都做得相当不错，也很及时。但属于我们自主开发的专利技术和结构较少，这将会制约我们今后的发展和产品大规模出口业务。

（5）中国拌和站不能停留在国内市场上进行残酷价格战的层面上，要在质量和品牌上多下工夫，开发研制出同档性价比占优势的多档产品，增强自身的竞争力。同时要利用我们的性价比优势，尽快大力开拓国际市场，逐步形成稳定的国际市场。

参考文献

[1] 焦生杰.现代筑路机械电液控制技术[M].人民交通出版社，1997（8）.

[2] 梁杰，王慧君.工程机械电器与电子控制装置[M].人民交通出版社，1998.

[3] 搅拌站技术合格书[J].泰安岳首筑路机械有限公司，2008.