沥青搅拌设备中无级调整二次称量的应用

李维　杨向阳

摘要：为了提高沥青搅拌站称量系统的精确性，阐述了称量系统在强制间歇式沥青搅拌设备骨料称量过程中的作用，重点对无极调整二次称量技术进行了介绍。通过介绍三位五通电磁阀、磁性开关及带磁环的气缸的性能及特点，并从控制原理、图纸、程序的逻辑编程设计等方面介绍了无级调整二次称量技术，可为同类产品的设计和开发提供借鉴。

关键词：骨料称量；无级调整；设计应用；自动补偿

中图分类号：U415.5文献标志码：B

Abstract： In order to improve the accuracy of the weighing system of asphalt mixing plant， the function of the weighing system in the aggregate weighing process of batch mix plant was expounded， and the secondary weighing system with stepless adjustment was introduced emphatically. The performance and characteristics of threeposition fiveway solenoid valve， magnetic switch and cylinder with magnetic ring were introduced， as well as the secondary weighing system in aspects of control theory， drawings and logic programming design， which provides reference for similar products.

Key words： aggregate weighing； stepless adjustment； design and application； automatic compensation

0引言

高等级公路性能的好坏、寿命的长短除了与摊铺、碾压、材料、温度、搅拌等因素相关外，关键还在于强制间歇式沥青搅拌设备，而该类设备的重要性能之一就是称量的准确度[110]。设备的称量性能可直接影响路面的质量，评价间歇式沥青搅拌设备称量性能的优劣关键看骨料、粉料、沥青及添加剂的称量精度。目前许多设备的粉料、沥青及添加剂称量方式单一，各个厂家称量系统的控制设计大同小异；而骨料称量级配少则4个仓，铺筑高等级公路则要6个仓，为了保证称量精度和称量循环时间的长短，称量方式也很多。为了满足高等级公路级配越来越高的要求，各種称量方式被应用于搅拌设备中，其中以无极调整二次称量最具代表性。其在控制设计上打破了原来固有思维，从成本控制、设计构造上大幅简化，控制精度比行业要求的标准精度大幅提高[1120]。

1沥青搅拌设备骨料称量方式以及无极调整二次称量的应用

为了控制骨料称量的准确度，即控制料门大小及飞料冲量，有的厂家采取并行称量模式，即1种骨料用1个称量斗，料门设计的小一些。这种模式能保证称量精度和时间，但是称量层空间有限，所以每一种骨料称量斗的大小分配决定了其对级配要求的适应性，对于拌和特殊要求的混合料时拙襟见肘，如生产配合比中某种料的用量特别大时，称量斗的容量就无法达到称量所需的要求。所以国内大部分厂家仍采用一个称量斗和累加计量法，即以料门的开启大小来控制飞料，但这种由气缸控制开门大小行程的设计是一次性设定好的，不可调。而中交西筑公司产品采用的是无极调整二次称量系统，即1个三位五通气缸开关料门，并通过2个中位磁性开关任意来调节料门开度的大小。当级配用量大时可先大门称量，快到设定重量时再成小门称量；级配用量少时可不开大门，直接开小门称量，小门的大小通过磁性开关任意调节。这种无极调整二次称量方式可以根据客户不同的级配要求随时调节，既能保证速度，也能保证称量精度。

2无极调整二次称量控制过程

图1为先大门称量后转为小门称量气缸运行的示意图。大门称量快到目标值后转小门称量，小门的开度由3号中位磁性开关调节的高低来决定。开关越往上调节，小门称量时的开度越小；越往下调节，小门称量的开度越大。3号磁性开关不能调节到最底部，不然起不到控制气缸行程的作用。这时料门可能会直接到关闭位，小门已经太小而无法称量。图2为直接小门称量气缸运行示意图，小门的开度由2号中位磁性开关调节的高低来决定，同样是越往下调节小门开度越大，越往上调节小门开度越小。图3为三位五通电磁阀。

3控制原理

三位五通电磁阀及气缸有开和关2路气，分别由电磁阀开关2路线圈控制，缸体上下2个活塞密封耐磨环之间有磁环，外部3个磁性开关分关位和2个中位，2个中位磁性开关为并联形式，气缸活塞运动过程中磁环运行到外部每个磁性开关所处位置时起的作用也不同（以中交西筑公司J4000型设备为例）。

3.1先大门称量再转为小门称量

以称量骨料1为例，配方设定如表1所示，级配用量比较大，应先大门称量后小门称量，所以必须使用图1所示的称量模式，在配方设定上小门设定值要小于目标设定值。控制原理如下：电磁阀开位线圈得电后，上气口供气，料门打开到最大，称量到650 kg时，电磁阀开位失电，上气口停止给气；电磁阀关位线圈得电，下气口给气，开始关门；当气缸活塞磁环碰到气缸外部3号磁性开关时，电磁阀关位线圈失电，下气口停止给气，活塞上下同时有气的存在使气缸活塞停止运行，这样外部关门动作停止。气缸运行停止时料门的大小取决于气缸磁环运行到3号磁性开关位置的早晚（上下），越早小门越大，越晚小门越小。继续称量直到780 kg时，电磁阀关位线圈二次给电，直到气缸磁环运行到关位磁性开关位置时断电，料门关闭。

3.2小门称量

当配方设定如表2所示时，级配用量比较小，如果直接大门称量，即使刚开就关也可能会称多，所以直接使用小门称量。使用图2所示称量模式，小门设定值不小于目标设定值。控制原理如下：电磁阀开位线圈先得电，上气口供气开门；当气缸磁环运行到2号中位磁性开关时，电磁阀开位线圈失电，上气口停止给气，气缸密封圈上下同时有气使气缸活塞停止运行，开门动作停止；气缸运行停止时门子大小状态取决于气缸磁环运行到2号中位磁性开关位置的早晚（上下），越早小门越小，越晚小门越大。小门称量到140 kg时，电磁阀关位线圈给电，下气口给气，直到气缸磁环运行到关位磁性开关位置时断电，料门关闭。

如图4所示，DO162/1是16位24 V输出程控器第1个点，%Q0.0为程序中的输出点，为了保护程控器使用中间继电器K01给电磁阀开位给电，电磁阀开位给气；DO162/2为16位24 V输出程控器的第2个点，%Q0.1为程序中的输出点，通过KO2给关位电磁阀给电，控制电磁阀关位给气；DI161/1为16位24 V输入程控器的第1个点，用来检测石料斗门是否关闭到位；DI161/2为16位24 V输入程控器的第2个点，用来检测石料1号称量门是否关闭；DI161/3为输入程控器的第3个点，用来检测气缸磁环是否运行到中位磁性开关的位置。%I0.0、%I0.1、%I0.2分别为各位置信号在程序中的输入点。

4.2程序梯形图设计

图5为数据运算梯形图，DB1.DBW2（石料1设定值）减去DB1.DBW6（石料1小门设定值）等于MW100，DB1.DBW6（石料1小门设定值）减去DB1.DBW4（石料1补偿值设定）等于MW101（以西门子STEP7编程软件为平台）。

4.2.1先大门称量再转为小门称量

如图6所示，当石料称量斗门关位信号反馈后，满足称量条件，DB1.DBX05为1号称量显示。称量后，在石料1设定大于石料1号小门设定值，当石料称输入值不大于MW100（石料1设定值减去1号小门设定值）时，1号称量开位电磁阀输出信号，DB1DBX0.3得电，开始大门称量；当石料称输入值不小于MW100（石料1设定值减去1号小门设定值）时，开位电磁阀失电，1号称量关位电磁阀输出信号，DB1DBX0.4得电，气缸关闭过程到第2个中位磁性开关DB1.DBX0.2位置时，关位电磁阀输出失电，小门开始称量直到石料称输出值不小于MW101（石料1设定值减去石料1飞料补偿值）时，关位电磁阀又一次得电直到气缸彻底关闭运行到关位磁性开关位置时，反馈信号DB1.DBX0.1得电，关位电磁阀失电。

4.2.2直接小门称量

如图7所示，当石料称量斗门关位信号反馈后，满足称量条件，称量开始。在石料1设定不大于石料1号小门设定值，石料称输入值小于MW101（石料1设定值减去1号飞料补偿值）时，1号称量开位电磁阀输出信号，DB1.DBX0.3得电，气缸打开；当气缸打开过程碰到第1个中位磁性开关DB1.DBX0.2时，开位电磁阀输出并失电，直接小门称量；当石料称输入值不大于MW101（石料1设定值减去1号飞料补偿值）时，称量完成，DB1.DBX1.3得电，1号称量关位电磁阀输出信号，DB1.DBX0.4得电，直到气缸彻底关闭运行到关位磁性开关位置时，反馈信号DB1.DBX0.1得电，关位电磁阀失电。

4.2.3不称量

4.2.4自动补偿运算

如图9所示，每次称量开始时，上1锅的采集值会和设定值做比较，当石料1的采集值大于石料1的设定值时，这次的1号飞料补偿值等于前一次的飞料补偿值与石料1采集值减去石料1设定值的值；当石料1采集值小于石料1设定值时，这次的1号飞料补偿值等于前一次的飞料补偿值减去石料1采集值，再减去石料1设定值。

5结语

沥青混合料搅拌设备的称量部分是整个设备的核心，根据中华人名共和国国家标准《道路施工与养护机械设备沥青混合料搅拌设备》（GB/T 17808—2010）要求，骨料动态配料计量精度偏差要求为±2.5%。中交西筑公司在引进英国PARKER和德国BENNINGHOVEN的技术上设计的这种无极调整二次称量，是可以根据客户不同的级配要求任意调整小门控制，同时在小门称量后关闭时飞料值控制程序设计有自动运算补偿功能。配方里的飞料设定值只是对每次自动称量时的第1盘料起作用，而后的都会根据称量的多少来自动运算补偿，不用手动修改配方里的飞料补偿值；同时这种称量模式都有直接小门称量过程，所以即使仓里满料或者缺料都不会影响称量精度。这种称量设计不但经受了多年市场检验，并且也得到了行业的好评。

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[责任编辑：杜卫华]