秦家梁

（中國(guó)水利水電第九工程局有限公司一分局，貴州 貴陽(yáng) 550008）

1 控制系統(tǒng)概述

混凝土攪拌站是生產(chǎn)大方量混凝土的大型成套設(shè)備，控制系統(tǒng)則直接關(guān)系到混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和整套設(shè)備的管理水平。隨著集成電路芯片的更新，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制技術(shù)經(jīng)歷了選用繼電器寄存器邏輯控制方式、單片機(jī)控制方式、可編程序邏輯控制器(PLC)控制方式、工控機(jī)集中控制方式、發(fā)展到現(xiàn)在的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化程度高、運(yùn)行速度快、計(jì)量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠以及具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能等特點(diǎn)得到充分顯示，已成為當(dāng)今混凝土攪拌站的主要控制方式。

2 控制系統(tǒng)的要求

本拌和站由雙臥軸攪拌主機(jī)系統(tǒng)、地弄骨料儲(chǔ)存供給系統(tǒng)、懸掛料倉(cāng)式配料稱(chēng)量系統(tǒng)、骨料皮帶輸送系統(tǒng)、過(guò)渡倉(cāng)存料系統(tǒng)、供水及稱(chēng)量系統(tǒng)、供外加劑及稱(chēng)量系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)程序控制操作等系統(tǒng)組成。整個(gè)過(guò)程即稱(chēng)量、輸送、投料、攪拌和卸料都是在控制系統(tǒng)下自動(dòng)完成，控制系統(tǒng)在整個(gè)攪拌站系統(tǒng)中處于核心作用?？刂葡到y(tǒng)是拌和站的神經(jīng)，分布在整個(gè)系統(tǒng)中，傳遞著各種信號(hào)，指揮各系統(tǒng)協(xié)調(diào)地按攪拌站操作員的“意圖”完成特定的攪拌工作，其生產(chǎn)工藝及流程如圖1 所示，對(duì)控制系統(tǒng)的要求如下：

系統(tǒng)穩(wěn)定性要強(qiáng)，抗干擾。在攪拌站中有很多電機(jī)、接觸器等電器設(shè)備容易產(chǎn)生感應(yīng)性干擾。應(yīng)對(duì)措施：系統(tǒng)要良好接地、增加RC濾波、LC 濾波、儀表要加隔離電源等抗干擾設(shè)備。

各個(gè)連接點(diǎn)要可靠。在實(shí)際生產(chǎn)中很可能發(fā)生震動(dòng)容易造成連接處松動(dòng)、接觸不良影響設(shè)備時(shí)好時(shí)壞為檢修帶來(lái)困難。

系統(tǒng)構(gòu)成要簡(jiǎn)單、維修方便、操作簡(jiǎn)單易學(xué)。有的控制系統(tǒng)做得非常復(fù)雜，這樣的話(huà)系統(tǒng)就會(huì)有多個(gè)故障點(diǎn)對(duì)維修就麻煩，特別是對(duì)工地來(lái)說(shuō)就不是很方便。

3 控制系統(tǒng)的工作原理

組成攪拌站的各系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，共同完成自動(dòng)化工作，其生產(chǎn)工藝如圖1 所示。

圖1 混凝土攪拌站生產(chǎn)工藝

本攪拌站控制軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)自帶內(nèi)COM 通訊口向稱(chēng)重儀發(fā)送配方數(shù)據(jù)，配料控制儀收到配方數(shù)據(jù)后自動(dòng)完成配料，在配料過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)相關(guān)傳感器信號(hào)并發(fā)送實(shí)際秤值、實(shí)際配料值和配料狀態(tài)給計(jì)算機(jī)（顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上）。骨料、粉料、水和外加劑都完成配料后，由計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)邏輯判斷后發(fā)送卸料命令給儀表。稱(chēng)重儀表直接控制24V 繼電器完成計(jì)量、卸料等動(dòng)作。儀表每完成一個(gè)動(dòng)作后都會(huì)給計(jì)算機(jī)發(fā)回狀態(tài)命令。然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)儀表的返回狀態(tài)發(fā)送下一個(gè)動(dòng)作命令。整個(gè)投料完畢后同時(shí)攪拌時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)。攪拌時(shí)間到設(shè)定時(shí)間后，自動(dòng)卸料，同時(shí)將當(dāng)盤(pán)的配料數(shù)據(jù)存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)里供統(tǒng)計(jì)查詢(xún)。在整個(gè)過(guò)程中，各限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)通過(guò)儀表的輸入端傳送給計(jì)算機(jī)，并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上讓操作員掌握運(yùn)行狀態(tài)。

4 控制系統(tǒng)的組成及電器設(shè)備

4.1 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和攪拌機(jī)控制軟件組成，控制軟件通過(guò)通信口向各配料儀發(fā)送配方數(shù)據(jù)，同時(shí)接收配料控制儀傳來(lái)的實(shí)際秤值（實(shí)際配料值）并顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上，卸料時(shí)將當(dāng)盤(pán)的配料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)里；通過(guò)儀表輸入限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，暫停信號(hào)和向輸出接口板發(fā)出控制信號(hào)。

本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用研華工控機(jī)。其特點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)里不加裝任何部件，如工控計(jì)算機(jī)壞了，使用普通的PC 機(jī)安裝拌和系統(tǒng)軟件仍能正常工作。儀表通過(guò)計(jì)算機(jī)自帶的COM通信口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接。儀表的通信波特率115.2M 采用RS-485 通信模式。

管理計(jì)算機(jī)單元是人機(jī)交互的通道，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的管理顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的顯示、儲(chǔ)存及打印、配方的生成、修改、設(shè)定、存儲(chǔ)、相應(yīng)用戶(hù)輸入、完成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能。其功能有：

接收用戶(hù)輸入的工作參數(shù)，包括：生產(chǎn)量設(shè)定、生產(chǎn)周期設(shè)定、砂含水率設(shè)定、各骨料重量、水重量、水泥重量、外加劑重量等的設(shè)定；向各控制單元傳送用戶(hù)設(shè)定的各項(xiàng)工作參數(shù)；讀取生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)、表格、動(dòng)畫(huà)等方式在顯示器中顯示出來(lái)；接收和處理工作異常信號(hào)并向操作員發(fā)出提示報(bào)警，可能時(shí)完成自動(dòng)處理；管理整個(gè)系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)，完成生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢(xún)及打?。煌ㄟ^(guò)顯示器輸出實(shí)時(shí)信息，包括：各物料的設(shè)定質(zhì)量、各物料配料過(guò)程中的實(shí)際質(zhì)量、水稱(chēng)量值及實(shí)時(shí)修改按鈕、被控動(dòng)作部件的當(dāng)前狀態(tài)、骨料輸送皮帶的運(yùn)行情況、累計(jì)批次、累計(jì)質(zhì)量、報(bào)警信息、罐車(chē)號(hào)、施工部位、施工單位等信息。

4.2 配料控制系統(tǒng)

本配料控制系統(tǒng)由九塊控制儀表和兩個(gè)電流表組成，通過(guò)通訊端口、輸出口與計(jì)算機(jī)、傳感器、限位、繼電器等連結(jié)以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)工作。通過(guò)每塊儀表前面的按鈕可以實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示設(shè)定值和各參量配料過(guò)程中的變化，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分。

4.2.1 ZB620、ZB630 儀表

這兩種儀表的前面板、后面板、功能基本相同，本文僅介紹630 儀表。

簡(jiǎn)介。ZB630 儀表主要為建筑機(jī)械中混凝土攪拌站配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于提高配料精度、提高配料過(guò)程自動(dòng)化程度的控制儀表。特點(diǎn)。雙顯示器同時(shí)顯示單種物料的重量和總重量；集稱(chēng)重顯示器與配料控制器為一體；提供完整的物料配料控制功能；最多可控制四種不同種類(lèi)的物料；所有配料份量數(shù)據(jù)皆通過(guò)面板按鍵輸入，并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)；預(yù)置配料份量都具有斷電保護(hù)功能；所有物料具有各自的精計(jì)量和落差補(bǔ)償。

4.2.2 ZB670A 儀表

簡(jiǎn)介。ZB670A 型儀表是ZB600 系列配料控制器中的控制儀表，可在系統(tǒng)沒(méi)有工控機(jī)的情況下做上位機(jī)控制皮帶上料混凝土攪拌站配料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作。

特點(diǎn)?？勺疃嗫刂? 個(gè)ZB630 或ZB620組成的皮帶上料控制系統(tǒng)；雙顯示器同時(shí)顯示剩余罐數(shù)和工作流程以及報(bào)警信息；提供完整的配料控制功能，適合各種配置的皮帶上料系統(tǒng)；可在有工控機(jī)的系統(tǒng)中做下位機(jī)使用，用來(lái)控制中間倉(cāng)放出和主機(jī)卸料；所有參數(shù)皆可通過(guò)面板按鍵輸入，并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)，同時(shí)儀表可自動(dòng)隱藏?zé)o關(guān)參數(shù)；預(yù)置參數(shù)都具有斷電保護(hù)功能；提供兩種主機(jī)開(kāi)門(mén)方式選擇。

4.3 控制面板

包括操作臺(tái)電源開(kāi)／關(guān)按鈕、空壓機(jī)開(kāi)／關(guān)按鈕、攪拌主機(jī)開(kāi)／關(guān)按鈕、輸送皮帶機(jī)開(kāi)／關(guān)按鈕、暫停按鈕、急停按鈕、卸料門(mén)按鈕、破拱閥按鈕、粉料罐除塵振動(dòng)按鈕和手動(dòng)控制觸摸鍵盤(pán)等。

通過(guò)手動(dòng)控制觸摸鍵盤(pán)可以手動(dòng)完成混凝土配料、投料、攪拌及卸料的全過(guò)程，主要為調(diào)試、日常維護(hù)及處理異常情況提供方便。

4.4 稱(chēng)量系統(tǒng)

稱(chēng)量系統(tǒng)由電子秤秤體、稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重儀表組成。

4.4.1 電子秤的工作原理

物料重量——傳感器將重量轉(zhuǎn)變成毫伏級(jí)電壓輸出直接由稱(chēng)重儀表和計(jì)算機(jī)顯示重量。

4.4.2 電子秤秤體

4.4.2.1 骨料秤

料斗通過(guò)四個(gè)傳感器懸掛在給料倉(cāng)上，由四個(gè)傳感器同時(shí)承受骨料的重量。

4.4.2.2 粉料秤

由一個(gè)焊接全密封容器和一只傳感器組成，設(shè)置在攪拌機(jī)的上方。本粉料稱(chēng)的特點(diǎn)是采用目前世界上較先進(jìn)的拉桿平衡原理，所以只用一只傳感器，若用傳統(tǒng)的方法是粉料秤放在三個(gè)傳感器上。

4.4.2.3 水秤

由水計(jì)量斗和一只傳感器組成。通過(guò)兩個(gè)電磁閥控制兩個(gè)氣缸根據(jù)電腦發(fā)出的指令分別向兩個(gè)攪拌主機(jī)供水，本拌和站水秤由項(xiàng)目部自行制作。

4.4.2.4 外加劑秤

由外加劑計(jì)量斗和一只傳感器組成。由一個(gè)氣動(dòng)閥控制向水稱(chēng)卸料然后與稱(chēng)量好的水一起分別向兩個(gè)主機(jī)卸料，項(xiàng)目部自行制作。

4.5 稱(chēng)重傳感器

稱(chēng)重傳感器是電子秤中精密的重量傳感器件。

4.5.1 傳感器的工作原理

傳感器內(nèi)部是一個(gè)由四個(gè)橋臂構(gòu)成的電橋，如圖2：

圖2

圖3

當(dāng)在傳感器上加上輸入電壓（9 伏）并加上重量時(shí)電橋失去平衡因而在輸出端有微弱電壓（毫伏級(jí)）輸出，而且輸出電壓的數(shù)量與所加重量成正比，因此可以通過(guò)電壓來(lái)反映重量，如圖3：

4.5.2 傳感器的參數(shù)

傳感器的主要參數(shù)：

額定負(fù)荷——規(guī)定的承重量；

靈敏度——毫伏（2 毫伏/伏）即傳感器加上額定負(fù)荷，在輸入端加上1 伏電壓，輸出端輸出電壓為2 毫伏。

本攪拌站在傳感器輸入端加9 伏電壓，在重量變化的情況下，用不同的輸出電壓來(lái)表示不同的重量。

4.5.3 多個(gè)傳感器的連接方法

一臺(tái)秤可能有多個(gè)傳感器，因而必須將傳感器進(jìn)行連接。

并聯(lián)連接：傳感器的輸出端由同極性的端并在一起輸出。輸入電壓可以給每個(gè)傳感器單獨(dú)供電，也可以由一組電源供電，本站傳感器由四個(gè)傳感器并聯(lián)，連接示意圖如圖4：

圖4

并聯(lián)接法的參數(shù)：

輸出電壓：V=（V1+V2+V3＋V4）/4

輸出阻抗：R=（R1+R2+R3+R4）/4

本站骨料稱(chēng)使用四只傳感器并聯(lián)方式，每只傳感器單獨(dú)提供電源。

稱(chēng)重儀表：提供+9V 的橋壓、傳感器輸出的直流毫伏電壓放大器、AD 轉(zhuǎn)換。

4.6 電氣系統(tǒng)

由總開(kāi)關(guān)、電源變壓器、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、延時(shí)繼電器、時(shí)間繼電器、電流互感器、電壓表、三相轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制回路和主電路等共同組成本機(jī)的電力拖動(dòng)和配電系統(tǒng)，配電屏安裝在操作室中。其接線(xiàn)有專(zhuān)門(mén)的接線(xiàn)圖，本文主要談控制系統(tǒng)，對(duì)電力拖動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容不再贅述。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化主要是對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的控制，隨著嵌入式微控制器、工控機(jī)、變頻器、可編程控制器（PLC）等用于自動(dòng)化控制設(shè)備技術(shù)的突飛猛進(jìn)，工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展到由過(guò)程控制向智能化產(chǎn)品控制、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程、管理過(guò)程以及企業(yè)間的資源分配和優(yōu)化等方向發(fā)展。水電施工是個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，工業(yè)自動(dòng)化在很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到廣泛的應(yīng)用，如本文所述的拌和站控制系統(tǒng)，根據(jù)不同時(shí)期的生產(chǎn)需要，項(xiàng)目部先后將原工程局轉(zhuǎn)入的HZS50 站進(jìn)行兩次技術(shù)改造，實(shí)踐證明，經(jīng)改造成的雙主機(jī)HZS90 站很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求，新站的使用節(jié)約了大量的人力、物力，效率高且能有效的控制混凝土質(zhì)量。

[1]混凝土攪拌站使用說(shuō)明書(shū) 德陽(yáng)重科建設(shè)機(jī)械裝備制造有限公司 2006

[2]王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003

[3]薛迎成，何堅(jiān)強(qiáng)。工控機(jī)及組態(tài)控制技術(shù)原理與應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社 2007