楊振中

摘 要：為實現(xiàn)水利水電工程基礎處理施工中有關漿液制備設備自動化，提高制漿站制漿效率，一體式智能制漿系統(tǒng)能夠很好的完成制漿站全自動化制漿工作。該系統(tǒng)主要由集中入料口、制漿、儲漿、送漿、計量以及PLC控制系統(tǒng)等多部件通過在一個集裝箱內的合理布局組裝而成的，具有高度集成和高自動化程度的完整制漿和送漿設備。

關鍵詞：一體式制漿系統(tǒng) PLC 自動控制

中圖分類號：TG305 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0 引言

目前，國內基礎處理工程施工中有關漿液制備的環(huán)節(jié)，在比較大型或重要的工程采用自動制漿系統(tǒng)，一些小型工程只采用簡易的制漿設備進行制漿作業(yè)。所采用的自動制漿系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，設備之間相互獨立，項目開工前，均需工作人員進行臨時搭建和制漿站組裝等工作，浪費了大量人力物力，同時對環(huán)境的影響也比較突出，在國家對環(huán)境和文明作業(yè)要求日益加強的今天，這樣的作業(yè)方式越來越不適應現(xiàn)代施工的要求。國外在制漿系統(tǒng)方面的研究起步較早，各行業(yè)也根據(jù)自己的施工特點研制出了適合自己作業(yè)的制漿系統(tǒng)。技術相對較為成熟，但價格是國內同類型產(chǎn)品的2～3倍。因此，急需一種高度集成的高自動化水平的制漿系統(tǒng)來改變現(xiàn)有的國內施工制漿模式。

1 智能制漿系統(tǒng)組成

智能制漿系統(tǒng)主要由集中入料口、制漿、儲漿、送漿、計量以及PLC控制系統(tǒng)等多部件通過在一個集裝箱內的合理布局組裝而成。

1）集中入料口：膠凝材料通過螺旋輸送機輸送，可為：水泥、膨潤土、粉煤灰等。入料口設置在高速攪拌機上方，為防止下料口堵塞，料斗上安裝有微型震動電機，功率50w。2）制漿部分：制漿系統(tǒng)采用旋流式高速攪拌機，通過液體旋流和葉輪攪拌進行漿液高速制備。高速攪拌機出口通過氣動閥門控制可實現(xiàn)攪拌和輸送的功能切換，在自動制漿時，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動切換運行，無需人工控制。功率單次攪漿量800L，功率11kw，轉速1450rpm。3）儲漿部分：儲漿采用低速攪拌機儲漿，減速機為WPDA135型減速機，速比1：40，電機功率5.5kw。儲漿桶可儲存1600L的漿量，在攪拌桶的上方設有超聲波液位計，當漿液達到上限時，高速攪拌機將只進行攪拌而不向儲漿桶送漿。4）計量部分：稱重模塊安裝在高速攪拌機支腿下方，對各種物料的重量進行稱重并將信號發(fā)送到PLC進行處理并據(jù)此對攪拌機和螺旋輸送機等設備進行控制，稱重定量精度小于2Kg。5）送漿部分：送漿采用天津聚能高壓泵廠生產(chǎn)的XPB-10型注漿泵，壓力最高5.2Mpa，流量160L/min。6）空氣動力：制漿系統(tǒng)的大部分功能靠PLC控制氣動換向閥實現(xiàn)，本系統(tǒng)采用PL5001無油靜音空氣壓縮機作為氣體動力源。氣體壓力可達0.8Mpa，排氣量30～115L/min，功率550w。7）外加劑供給：外加劑儲存為不銹鋼桶直徑600mm，桶高600mm，每次可容納110L外加劑。外加劑采用20CQ-12磁力驅動泵輸送，流量50L/min，功率370w。外加劑計量采用電磁流量計計量。8）水箱：箱體上部設置供水水箱，容積1000L，可供兩次攪拌漿液使用，同時可供送漿泵自身清洗和清洗管路使用。水箱內安裝有上下水位控制開關，可同時控制水泵和氣動閥門工作。9）控制室：控制室是制漿系統(tǒng)的控制核心部件。內部設啟動箱一臺、斜面控制柜一臺。人員操作采用觸摸屏操作，通過PLC控制電控箱繼電器動作，從而實現(xiàn)對電機、泵、閥的自動控制。

2 智能制漿系統(tǒng)的硬件設計

2.1 智能制漿系統(tǒng)結構設計

智能制漿系統(tǒng)包括可開閉的集裝箱，設置于集裝箱內上部的集中入料斗，位于該集中入料斗的出料口下方的制漿罐，通過管道分別與制漿罐上部連通的水箱和外加劑供給裝置，通過管道與制漿罐下部連通的儲漿罐，與儲漿罐連接的送漿裝置，為一體式智能制漿系統(tǒng)運行提供動力的動力系統(tǒng)，以及控制一體智能式制漿系統(tǒng)運行的控制系統(tǒng)。上述集中入料斗、制漿罐、水箱、外加劑供給裝置、儲漿罐及送漿裝置均內置于集裝箱內。制漿罐包括用于攪拌的攪拌裝置及電機。為了更好的實現(xiàn)集成化及設備的集中控制，集裝箱內包括一體的設備安裝室和控制室兩部分，集中入料斗、制漿罐、水箱、外加劑供給裝置、儲漿罐及送漿裝置均設置于設備安裝室內，控制系統(tǒng)則安裝于控制室內?？刂葡到y(tǒng)選用PLC控制及觸摸屏操作系統(tǒng)，集中入料斗的進料，制漿罐的運行，水箱的進水，外加劑供給裝置的外加劑供給，制漿罐向儲漿罐送漿，儲漿罐及送漿裝置等部件的工作均可通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化控制。

主要結構如圖1、圖2、圖3、所示。附圖說明圖1為主視圖。圖2為俯視圖。圖3為側視圖。其中，附圖標記所對應的名稱：1-集裝箱，2-集中入料斗，3-制漿罐，4-水箱，5-外加劑供給裝置，6-儲漿罐，7-送漿裝置，8-回流管，9-稱重模塊，11-設備安裝室，12-控制室。

2.2 智能制漿系統(tǒng)電路設計

智能制漿系統(tǒng)主電路主要包括其主體供電線路、控制線路、模擬信號線路、電動機、24V電源模塊及一些開關器件和指示燈的連接線路。

3 智能制漿系統(tǒng)軟件設計

3.1 智能制漿系統(tǒng)操作界面設計

1）界面開發(fā)：基于EasyBuilder8000 組態(tài)軟件開發(fā)的智能制漿系統(tǒng)操作界面主要包括主界面，自動操作界面，手動操作界面，送漿沖洗操作界面，漿液配比設定界面，生產(chǎn)統(tǒng)計界面，物料統(tǒng)計界面，傳感器校準界面等，該界面的主體程序主要實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的設定，系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)處理以及儲存。PLC控制器之間是基于MODBUS TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。其主要操作界面如圖4、圖5所示。

2）數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)為方便用戶統(tǒng)計物料，特設置物料統(tǒng)計系統(tǒng)。系統(tǒng)是按生產(chǎn)批次進行物料統(tǒng)計，每生產(chǎn)一批次漿液后系統(tǒng)會自動算出倉內物料預計剩余量。當往物料倉加料時，在進料設定欄輸入相應進入量，按輸入確定后，倉內物料預計剩余量會自動加上加入物料量。系統(tǒng)還設置物料下限報警，當預計剩余量達到設定值時，系統(tǒng)頁面將出現(xiàn)提示跳動，提示用戶加入相應物料。

3）數(shù)據(jù)儲存：智能制漿系統(tǒng)制漿明細表是按生產(chǎn)批次進行統(tǒng)計，最大單次制漿量為0.8方，每批次最大制漿次數(shù)為10次。系統(tǒng)儲存后會自動下載到儲存設備上，系統(tǒng)只能保留一個批次制漿明細表，系統(tǒng)進入下一批次制漿后，上批次記錄會被清除，因此，系統(tǒng)上儲存設備在系統(tǒng)工作時不要拔出。制漿結束后，用戶也可選擇系統(tǒng)內部的統(tǒng)計下載數(shù)據(jù)，以防數(shù)據(jù)丟失。

3.2 PLC程序設計

可編程控制主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源組成，主要負責完成接收HMI的設定參數(shù)和設備的開關信號傳來的制漿指令，控制各執(zhí)行部件完成制漿工作，并通過MODBUS TCP/IP通訊協(xié)議向上位機反饋數(shù)據(jù)信息和制漿工作的執(zhí)行狀態(tài)。本智能制漿系統(tǒng)采用的是臺灣VIGOR公司VB系列的PLC，VB系列的PLC可支持MODBUS TCP/IP通訊。系統(tǒng)當接收到操作人員發(fā)出的制漿指令時，可編程控制會根據(jù)HMI參數(shù)設定（漿液配比、制漿次數(shù)、單次產(chǎn)量、攪拌時間剩余漿量），會自動啟動相應執(zhí)行件，計算出相應物料添加量并依次添加，通過控制各執(zhí)行件完成制漿工作并存儲制漿數(shù)據(jù)?？刂屏鞒淌疽鈭D如圖6所示。

4 智能制漿系統(tǒng)的應用

智能制漿系統(tǒng)是我們根據(jù)灌漿施工技術要求，結合工地施工實際情況自行研究設計的制漿、送漿設備，是集機械、電氣、于一體的高科技產(chǎn)品，該設備在基礎處理灌漿施工領域內具有極高的推廣應用價值。目前，智能制漿系統(tǒng)在國內陽江核電站平堤水庫防滲灌漿工程、沙灣水電站水下帷幕灌漿工程、加查水電站右岸導流明渠出口岸坡堰肩帷幕灌漿工程、白鶴灘水電站上下游圍堰帷幕灌漿工程、浙江青田水利樞紐基礎處理工程等基礎處理工程應用。在國外新加坡地鐵湯申線T227濱海南地鐵站及隧道工程、文萊都東水壩項目等基礎處理工程中應用。應用中各項指標正常，計量準確，運行效果良好。為工程順利提前完工奠定了基礎，得到了業(yè)主、監(jiān)理、設計方的一致認可。

5 結束語

1）智能制漿系統(tǒng)統(tǒng)一集成于集裝箱內，一方面，高度的集成化，從而將整個制漿系統(tǒng)整合為一體結構，減小了制漿系統(tǒng)的占地面積，省去了大量的臨建工作和運輸費用；另一方面，通過PLC控制系統(tǒng)對各組件的運行采取統(tǒng)一控制，提高了設備運行的自動化程度，降低了施工人員的勞動強度，提高了施工效率。

2）集裝箱劃分為兩部分，控制室用于安裝控制系統(tǒng)、操作柜、動力柜（動力系統(tǒng)）等，設備安裝室則用于安裝制漿系統(tǒng)中運行的主要組件，且設備安裝室一側為雙開門結構設計，另一側為單開門，一方面，方便設備的維修；另一方面，也方便設備初期的安裝。設備安裝且調試完成后，關閉每個活動門，整個設備的運行均在設備安裝室內進行，避免漿濺射或濺出，極大地防止了制漿對施工場地的污染。3）制漿罐和外加劑供給裝置均通過稱重模塊進行稱重，然后通過稱重模塊將稱重信息反饋至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制制漿罐的進料、攪拌等動作。4）集中入料斗、水箱、外加劑供給裝置均安裝在集裝箱內的頂部并由集裝箱承受其設備自身的重量，與制漿罐連接后，設備自身的重量并不會通過連接用的部件傳遞至制漿罐，以保證稱重模塊對制漿罐的重量稱量準確無誤。5）智能制漿系統(tǒng)使用故障報警提示，為大多數(shù)故障報警提供了故障原因提示，為設備的維護提供了極大的便利條件。6）集裝箱的箱壁內設有中空的通道，輸水管道、控制電纜及動力線內置于中空通道內，這樣的布置一方面使得系統(tǒng)的外部更加簡潔、美觀，另一方面，也提高了系統(tǒng)的集成程度。

參考文獻

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