王連博

（中交建筑集團有限公司，北京 100022）

0 引言

目前混凝土已經(jīng)成為應用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一，其質(zhì)量的高低很大程度上決定著建筑工程的質(zhì)量?；炷恋纳a(chǎn)工藝雖然不復雜，但其具有的材料特性，對生產(chǎn)設(shè)備的完好度、對計量系統(tǒng)的精度提出了更高的要求[1]。計量系統(tǒng)的精準與完好是實現(xiàn)混凝土配合比精準設(shè)計得以生產(chǎn)應用的關(guān)鍵設(shè)備因素，同時也是控制產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和提升生產(chǎn)效率的重要因素。

在京津冀地區(qū)，分析同行業(yè)選用的國內(nèi)生產(chǎn)線設(shè)備使用情況，在實際生產(chǎn)過程中，計量系統(tǒng)的故障偶有發(fā)生，雖然故障率相對較低，故障修復的直接成本較低，但造成的間接損失較大，甚至有時對建筑結(jié)構(gòu)造成較大的安全隱患，這種損失是不可估量的。主要是因為計量系統(tǒng)的故障具有隱蔽性，有時候并不會直接造成系統(tǒng)功能的降低或缺失，或是表觀上存在異響、異動、發(fā)熱等。

以混凝土生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制為主要目標，生產(chǎn)過程中的設(shè)備因素為出發(fā)點，選取關(guān)鍵的計量系統(tǒng)故障作為討論研究的內(nèi)容。將計量系統(tǒng)可能造成的質(zhì)量問題降到最小，供其他生產(chǎn)項目參考。

1 混凝土攪拌機的計量系統(tǒng)簡介

混凝土攪拌站（生產(chǎn)線）主要由攪拌主機、物料計量系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等五大系統(tǒng)和其他附屬設(shè)施組成[2]。按稱量方式可以分為獨立稱量和累計稱量方式，單獨稱量會為每一物料配備單獨的稱量單元，各個物料稱量之后，再加入攪拌機內(nèi)部攪拌，這種稱量方法精度高，但是設(shè)計復雜，造價高；累計稱量是將所有骨料全部加入統(tǒng)一料斗內(nèi)，較容易產(chǎn)生誤差的累積，對最終生產(chǎn)不利，而且配料倉數(shù)量越多，越容易出現(xiàn)偏差，不適合大型工程使用，只對獨立稱量方式進行討論[3]。

攪拌站傳統(tǒng)的計量方法有兩種：①采用稱量模塊（或稱重傳感器）+顯示終端（儀表）。通過采集稱量模塊的模擬量或數(shù)字量信號，經(jīng)傳輸把實際工況要求呈現(xiàn)在顯示終端，這個過程一般需要PLC 和PC 來處理實際稱重任務(wù)；②采用控制器直接或間接利用稱重模塊信號進行處理。直接利用PLC 進行處理，或利用顯示終端顯示+PLC 或IPC 等處理。由于顯示終端可以快速進行各種計量功能且該計量技術(shù)已經(jīng)很成熟，所以第一種方法在國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備上應用極為廣泛，下面將對使用此種方法的計量系統(tǒng)進行經(jīng)驗討論。

1.1 計量系統(tǒng)原理

（1）電子計量部分?；炷翑嚢枵镜挠嬃肯到y(tǒng)由微機、PLC、傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、變送器、連接電纜及稱量終端等組成。傳感器為應變片式壓力傳感器，它是基于電阻應變效應原理工作的。計量系統(tǒng)工作時，被測壓力使應變片產(chǎn)生應變。應變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。由于傳感器輸出的電壓信號很小，需要變送器進行信號放大。再經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器，把電壓或電流信號（模擬量）轉(zhuǎn)換為計算機識別的等效數(shù)字量，最終在終端顯示出來。

（2）機械計量系統(tǒng)。機械計量系統(tǒng)由料倉、氣動電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)配料及卸料過程。為保證計量精度，提高系統(tǒng)運行效率，各物料均通過先粗稱，再精稱的方式進行動態(tài)計量。骨料倉表現(xiàn)為先雙側(cè)開門配料、后單側(cè)開門配料的形式；粉料倉適時選用雙級螺旋機進行配料。液態(tài)材料由氣動蝶閥或電機控制，適時選用大小閥實現(xiàn)精確計量[4]。稱量控制線路系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 稱量控制線路

1.2 實際生產(chǎn)應用

計量系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中計量精度較高，具有落差自動調(diào)整、扣秤、參數(shù)設(shè)定、調(diào)校等功能，可實現(xiàn)自動化控制，滿足各類混凝土生產(chǎn)工藝的計量要求。

計量系統(tǒng)的實際應用在于有效控制參與生產(chǎn)的原材料用量，即在靜態(tài)計量準確的基礎(chǔ)上控制動態(tài)投料過程。

2 同行業(yè)設(shè)備使用情況分析

中交建筑集團有限公司在全國范圍內(nèi)共配備各類混凝土生產(chǎn)線約40 條，設(shè)備品牌基本涵蓋國內(nèi)各主要生產(chǎn)廠商。其中北京地區(qū)的混凝土產(chǎn)量市場占有率約為15%，此類設(shè)備在國內(nèi)市場具有一定代表性。

在京津冀地區(qū)的攪拌站均發(fā)生過計量系統(tǒng)故障，雖然相對其他系統(tǒng)故障率較低，但具有普遍性。以北京某混凝土攪拌站為例，2012 年至2021 年期間，兩套攪拌站（生產(chǎn)線）共記發(fā)生計量系統(tǒng)故障30 余次，根據(jù)產(chǎn)量記錄及維修記錄得出，故障發(fā)生率約10～15 萬立方米/次，造成一定的經(jīng)濟損失及質(zhì)量風險，降低生產(chǎn)效率。

3 攪拌機計量系統(tǒng)的故障

計量系統(tǒng)故障具有一定特性，故障率相對較低，故障易修復，但干擾計量系統(tǒng)因素較多。同時計量系統(tǒng)故障最大隱患在于隱蔽性，它有時并不會直接造成系統(tǒng)功能的降低或缺失，或是表觀上存在異響、異動、發(fā)熱等。這就很難確保在故障發(fā)生時及時發(fā)現(xiàn)。

3.1 故障的分類

（1）系統(tǒng)內(nèi)故障。系統(tǒng)內(nèi)故障源自計量控制系統(tǒng)內(nèi)部，傳感器、變送器、PLC、微機和線路故障等，在滿足計量環(huán)境要求、機械結(jié)構(gòu)完好且參數(shù)設(shè)定準確的情況下，依然無法進行準確計量的故障為系統(tǒng)內(nèi)故障。

（2）系統(tǒng)外故障。相對于系統(tǒng)內(nèi)故障，因計量系統(tǒng)外部造成的關(guān)聯(lián)故障，如配送料系統(tǒng)等機械結(jié)構(gòu)故障、計量環(huán)境不符合參數(shù)設(shè)定有誤等造成的計量故障，既表象于計量系統(tǒng)工作結(jié)果，而非本系統(tǒng)真實存在的“假故障”。

故障的系統(tǒng)分類，為根據(jù)經(jīng)驗判斷快速排查故障原因提供思路。

3.2 故障原因分析

攪拌站計量秤常見故障原因分析見表1[5]。

表1 攪拌站計量秤常見故障分析

3.3 典型故障案例及排查方式

3.3.1 案例1

故障表現(xiàn)：操作人員反映砂子秤、配料速度變快，不符合常理。通常根據(jù)原材的性能差異，配料速度是穩(wěn)定的。

排查方式：觀察設(shè)備工作情況，機械結(jié)構(gòu)工作正常，目測倉內(nèi)原材料與稱量值差異較大，進行計量校驗，砝碼值與稱量顯示值成非線性變化，對電路及電路元件進行針對性檢查，測量傳感器輸出電壓。最終確定為傳感器故障，更換傳感器，故障修復。

總結(jié)：設(shè)備操作者有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗才能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

3.3.2 案例2

故障表現(xiàn)：實際生產(chǎn)過程中，偶發(fā)性故障，骨料在粗配完成后，稱量值與目標值還存在一定差值，系統(tǒng)本應自動進行細配，但細配無法自動完成。

排查方式：計量校驗，未見異常。觀察精配門工作情況，當故障發(fā)生時，繼電器吸合，電磁閥換向工作。但精配門機構(gòu)無動作。檢查氣缸、門軸潤滑程度，檢查空壓機工作情況，發(fā)現(xiàn)門軸潤滑不足，結(jié)構(gòu)阻尼大，空壓機供氣壓力低。

總結(jié)：機械執(zhí)行機構(gòu)故障造成計量系統(tǒng)無法正常工作。

3.3.3 案例3

故障表現(xiàn)：操作人員反映，水泥秤計量完成后，等待參與生產(chǎn)的過程中，微機顯示稱量值不斷減少。隨時間增加，數(shù)值減少值增加，生產(chǎn)記錄反映水泥超差，屬于嚴重的質(zhì)量隱患。

排查方式：靜態(tài)計量校驗未見異常，成品質(zhì)量檢測合格。設(shè)備操作人員發(fā)現(xiàn)主機除塵系統(tǒng)堵塞，對主機、秤體的除塵系統(tǒng)進行統(tǒng)一清潔，清潔后計量秤故障消失。

總結(jié)：故障原因為除塵系統(tǒng)堵塞，致使封閉的主機或計量秤內(nèi)形成氣壓差，在壓力變化的過程中影響計量數(shù)據(jù)的準確性。

4 故障排查經(jīng)驗

（1）電路系統(tǒng)的快速排查方法：①替換變送器，觀察稱量值變化情況，排除變送器故障。替換速度較快，但在替換前應檢查變送器輸入電壓及電流；②從接線盒逐個摘除傳感器，觀察AD轉(zhuǎn)換值變化情況，排查某個傳感器輸出電壓與其他傳感器差異較大，進一步判斷傳感器故障。在排查速度、效果上優(yōu)于逐個測量傳感器輸出電壓，因電壓均為毫伏級，且實際工作環(huán)境均為狹小潮濕，多用表測量結(jié)果不明顯，干擾因素較多。

（2）機械系統(tǒng)的快速排查方法：①手動控制機械結(jié)構(gòu)進行動作，觀察運行情況；②觀察計量秤斗的完好，傳感器基礎(chǔ)的牢固，是否有變形情況的發(fā)生；③檢查壓縮空氣系統(tǒng)是否正常，檢查工作壓力，進氣量等；④模擬配送料過程，觀察是否存在漏料等情況。

（3）故障排查經(jīng)驗總結(jié)。理論聯(lián)系實際，掌握計量系統(tǒng)的工作原理是快速排查故障的前提，但實際工作情況具有特殊性，應從符合實際情況的角度出發(fā)，尋找收集線索的捷徑。查找計量系統(tǒng)故障要手勤、眼勤、嘴勤。設(shè)備操作者提供的每一個線索都是排查故障的前提條件，積極對生產(chǎn)設(shè)備進行巡視，細微的變化也許就是癥結(jié)所在。開闊故障排查的思路，相信一切皆有可能的道理，不能主觀臆斷，不能經(jīng)驗主義地認為這是以前遇到過的老毛病。

5 結(jié)論及建議

5.1 技術(shù)性預防措施

（1）選用可靠度高的電子部件，如傳感器、變送器等。

（2）傳感器及接線盒做防雷接地措施，完善排水功能，確保通風降塵，改善設(shè)備作業(yè)環(huán)境[5]。

（3）秤體及傳感器支撐框架應牢固可靠、剛性好、強度高，避免因設(shè)備振動或結(jié)構(gòu)變形而造成系統(tǒng)計量故障或計量超差。

（4）制定科學合理的校準規(guī)程，并嚴格執(zhí)行。

5.2 設(shè)備改良建議

（1）部分計量倉、計量斗的形位設(shè)計應更有利于計量過程的實現(xiàn)：外加劑秤斗采用單個拉式傳感器的形式進行計量，計量斗與其他結(jié)構(gòu)框架間隙較小，當外加劑從單側(cè)沖入計量斗時，會造成計量斗較大的擺幅和振動，經(jīng)常與結(jié)構(gòu)框架放生碰撞和干涉，造成計量結(jié)果偏差。

改進建議：調(diào)整計量斗形位尺寸，簡化機構(gòu)，避免碰撞、干涉情況的發(fā)生。

（2）計量秤、計量斗校驗過程難度較大，因設(shè)備安裝空間受限，人員作業(yè)空間不足，造成勞動強度大，易引發(fā)安全事故。且校驗工作時間長，降低了設(shè)備的使用效率。另外，由于料斗秤安裝位置狹窄，無法實現(xiàn)大量程校準及按檢定規(guī)程執(zhí)行，大量程數(shù)據(jù)只能依靠推測。

改進建議：在計量倉上安裝快速校準裝置，如電動吊裝工具，配備大重量配重，以完成科學準確的檢定、校驗工作[6]。

（3）計量系統(tǒng)故障具有隱蔽性，有時不能在第一時間發(fā)現(xiàn)故障，有可能造成重大的質(zhì)量、安全隱患。

改進建議：加裝計量自檢系統(tǒng)，可在計量倉其他結(jié)構(gòu)部位，加裝輔助計量系統(tǒng)（如在傳感器所安裝的結(jié)構(gòu)上再次進行計量檢測）比對兩組數(shù)據(jù)的變化，預警計量故障的發(fā)生。

5.3 管理類建議

（1）加強對設(shè)備操作人員、設(shè)備修理人員、質(zhì)量檢驗人員的培訓。使其掌握計量系統(tǒng)工作的基本原理，將故障可能發(fā)生的隱患點提前告知，讓經(jīng)驗豐富的“老手”分享自己發(fā)現(xiàn)或排查故障的經(jīng)驗。對于設(shè)備維修管理人員，計量秤關(guān)聯(lián)機械機構(gòu)及工作環(huán)境作為設(shè)備修理人員的日常巡視重點。例如：傳感器位置清潔干燥，接線盒清潔干燥，配送料機構(gòu)及秤體穩(wěn)固牢靠、互不干涉，機械動作正常、平穩(wěn)等，除塵系統(tǒng)及軟連接工作正常，壓縮空氣系統(tǒng)是否工作正常。

還有很多計量系統(tǒng)故障，是由成品質(zhì)檢人員發(fā)現(xiàn)的。當觀察混凝土的坍落度、和易性等指標性能時，如發(fā)現(xiàn)明顯的水灰比異常、骨料比例異常、流動性異常，在考慮配合比設(shè)計、原材料性能的基礎(chǔ)上，要大膽質(zhì)疑計量系統(tǒng)的準確性，同時堅持定期進行動態(tài)計量核驗，建議每日抽取1～2 臺混凝土攪拌站運輸車，通過地磅對混凝土的質(zhì)量（重量）進行核驗。

（2）調(diào)整計量稱檢驗制度，對關(guān)鍵的“外加劑”摻量，建議進行外加劑秤每日校驗制度。外加劑用量小，每盤約10 kg 左右，故其計量秤量程小、稱量精度高，是原材控制中的關(guān)鍵品種，其計量秤的校驗過程時間也短，對生產(chǎn)影響不大。

6 結(jié)束語

通過對計量系統(tǒng)故障的經(jīng)驗性總結(jié)和討論，以及提出的一些措施、意見，解決一些計量秤故障排查的困難，為提高混凝土成品的可靠度做了一些嘗試，為大家打開管理思路，有一些推廣價值。