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1　穩(wěn)定土拌和站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

穩(wěn)定土拌和站主要有骨料（或稱集料）配料裝置、粉料配料裝置、供水裝置、攪拌裝置、喂料、出料裝置、成品料儲(chǔ)料裝置和電氣控制裝置組成（見圖 1）

 

其組成結(jié)構(gòu)滿足了實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的能力，形成了一個(gè)穩(wěn)定土生產(chǎn)“工廠”。

1.1　生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)穩(wěn)定組份的特點(diǎn)，不同物料采用了不同的配料方式。不易飛揚(yáng)的骨料采用骨料儲(chǔ)料倉、皮帶秤組成，

采用電腦動(dòng)態(tài)稱量配料計(jì)量方式；易飛揚(yáng)的粉料采用封閉式筒倉和螺旋輸送機(jī)配料，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料秤、減法秤雙秤計(jì)量方式，從而達(dá)到了計(jì)量準(zhǔn)確且精度高的效果；水則采用流量可調(diào)的泵閥方式。

各物料在不同配料方式下，實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定土拌和生產(chǎn)過程為：各種骨料、粉料和水按配合比要求所確定的

速度流入連續(xù)式攪拌機(jī)中攪拌，集中拌和均勻的混合料（成品料）流入成品料倉中待用。穩(wěn)定土拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力（率）通常用“t/h”表示。扁平化的工藝流程見圖 2 ：

1.2　控制要求

根據(jù)上述穩(wěn)定土拌和站的生產(chǎn)工藝流程要求，控制系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電子稱重計(jì)量控制和生產(chǎn)流程電氣控制兩部分配合，保證設(shè)備正常運(yùn)行，生產(chǎn)出符合配比要求的混和料，達(dá)到設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力（即生產(chǎn)率），滿足工程需要。

 

2　控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

WCK-BZ 系列穩(wěn)定土拌和站控制系統(tǒng)正是針對(duì)穩(wěn)定土拌和站設(shè)備的上述要求研發(fā)制作的。該控制系統(tǒng)總結(jié)了以前同類各產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，從功能、性能、穩(wěn)定性、可靠性及可擴(kuò)展性等方面進(jìn)一步提高，圖 3 為系統(tǒng)的工作流程示意圖。

2.1　總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為了兩層，即專用配料儀表層和后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)（上位機(jī)），配料儀表層主要功能是數(shù)據(jù)的采集、分析及運(yùn)算處理；后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)主要功能是數(shù)據(jù)的記錄、保存、生產(chǎn)的啟停及各種信息的顯示等。專用配料儀表解決了計(jì)量方面的人為因素干擾，把計(jì)量控制和生產(chǎn)管理功能分置于專用配料儀表和后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，互不干涉，生產(chǎn)控制和報(bào)表統(tǒng)計(jì)同步進(jìn)行，而且管理計(jì)算機(jī)也可作為生產(chǎn)備份機(jī)，提供了與上一級(jí)遠(yuǎn)程計(jì)算

機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口。

系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式可供切換。

在自動(dòng)方式下（圖 4）

無需人工干擾，后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)對(duì)各種工況自動(dòng)判斷，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)；手動(dòng)方式下，后臺(tái)計(jì)算機(jī)不參與生產(chǎn)過程的控制，儀表各種參數(shù)、配方數(shù)據(jù)及運(yùn)行指令等都需要通過人工來設(shè)置完成，由儀表來控制完成生產(chǎn)配料，也稱之為脫機(jī)模式。一般平時(shí)都是處于自動(dòng)方式工作，手動(dòng)方式只用于單個(gè)設(shè)備操作、調(diào)試、維護(hù)或檢修。

2.2　控制系統(tǒng)硬件選型

根據(jù)穩(wěn)定土拌和站設(shè)備的控制要求，控制系統(tǒng)外形結(jié)構(gòu)體仍選用了行業(yè)普遍使用的琴臺(tái)式設(shè)計(jì)，操作直觀、方便，其硬件配置方案如下：

（1）配料儀表選用了康柏的 K B31x 系列儀表。該系列儀表具有連續(xù)配料控制的功能，且采用了業(yè)界先進(jìn)的 M SP 處理器和高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，儀表內(nèi)部采用多級(jí)光電隔離和濾波環(huán)節(jié),保證儀表的精度和穩(wěn)定性；備有 RS485 標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和一定路數(shù)的開關(guān)量 I/O 接口。該配料儀表可以對(duì)連續(xù)式皮帶配料秤進(jìn)行精確的物料計(jì)量控制；

（2）電機(jī)調(diào)速控制選用了日立變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，降能節(jié)耗、無級(jí)調(diào)速，充分保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性；

（3）后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)選用了知名品牌的商用機(jī)，作為人機(jī)對(duì)話的窗口，用它來完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的指令控制與數(shù)據(jù)的管理。后臺(tái)管理軟件運(yùn)行于 Windows XP 操作系統(tǒng)上，同時(shí)兼容在大家熟悉的 Windows 界面窗口上，符合日常操作習(xí)慣，對(duì)操作人員的培訓(xùn)工作也較為容易；

（4）根據(jù)行業(yè)要求打印的特點(diǎn)，打印機(jī) 選用了 Epson LQ 系列針式打印機(jī)，能滿足同時(shí)打印多頁副本票據(jù)的需要；

（5）電器元件主要包括按鈕、指示燈、中間繼電器、變壓器、交流接觸器及開關(guān)電源、接線端子等，通過這些電器元件的組合，完成系統(tǒng)指定的各種動(dòng)作。電器元件的質(zhì)量決定了一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量及壽命，本系統(tǒng)繼續(xù)延用了質(zhì)量過硬的、經(jīng)過多年考究的知名品牌產(chǎn)品。如法國施耐德接觸器、日本歐姆龍繼電器等。

2.3　控制系統(tǒng)電氣電路設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.3.1　電氣安全性方面

(1) 設(shè)有鑰匙開關(guān)、急停按鈕開關(guān)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，可以在緊急時(shí)按下急停按鈕，強(qiáng)制停機(jī)，以免設(shè)備受損；鑰匙開關(guān)可對(duì)設(shè)備斷電后進(jìn)行鎖定，方便管理。

(2) 電源方面采用了強(qiáng)、弱電分開的形式，層次分明?；诎踩院涂垢蓴_兩個(gè)方面來考慮，操作面板上的按鈕、指示燈等采用小于安全電壓的直流 24 V 電源，而交流 220 V 電源主要是用于交流接觸器線圈供電，并且通過 380：220 的隔離變壓器取得的。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)一是配件供應(yīng)方便； 二是當(dāng)總線路上發(fā)生故障，三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，220 V 控制電壓變化不致于太大，保護(hù)系統(tǒng)中電器元件，如果直接取相線和零線的220 V，常常會(huì)由于線路三相不平衡造成控制電壓波動(dòng)比較大，容易損壞控制元件。這樣對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)來講，電源的輸入（供電）只需接入三相 380 V 電源即可，無需接入零線。

 

 (3) 設(shè)有相應(yīng)的警鈴控制，方便提醒現(xiàn)場人員。

2.3.2　電氣工作可靠性方面

根據(jù)穩(wěn)定土設(shè)備的控制要求，結(jié)合連續(xù)生產(chǎn)的工作流程，設(shè)計(jì)了關(guān)鍵控制點(diǎn)之間的自鎖互鎖。國內(nèi)同行常采用直接控制的方法，攪拌機(jī)、喂料皮帶機(jī)、成料皮帶機(jī)、配料等各自直接啟動(dòng)。電路雖然簡單了，但整個(gè)系統(tǒng)的控制完全由操作者決定，人為因素就增多了，往往可能出現(xiàn)生產(chǎn)流程上的錯(cuò)亂，或是哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，其它環(huán)節(jié)不能及時(shí)停止，導(dǎo)致設(shè)備工作異常，甚至是生產(chǎn)事故、質(zhì)量事故。為了避免此類事情發(fā)生， WCK-BZ 控制系統(tǒng)設(shè)有了如下的互鎖關(guān)系：

(1) 攪拌機(jī)和成料皮帶機(jī)首先分別啟動(dòng)運(yùn)行；

(2) 在攪拌機(jī)啟動(dòng)與生產(chǎn)啟動(dòng)間設(shè)有電路互鎖，即在保證攪拌機(jī)運(yùn)行正常后，方能啟動(dòng)生產(chǎn)，同時(shí)讓喂料皮帶機(jī)啟動(dòng)，這樣做可避免物料堵塞攪拌機(jī)或是攪拌機(jī)帶載啟動(dòng)的情況出現(xiàn)；

(3) 生產(chǎn)啟動(dòng)與各骨料配料間設(shè)有電路互鎖，即各骨料配料皮帶機(jī)又是在喂料皮帶運(yùn)行正常后，將物料送到喂料皮帶機(jī)，再由喂料皮帶機(jī)送向攪拌機(jī)；

(4) 當(dāng)骨料進(jìn)攪拌機(jī)時(shí)，粉料（水泥、石灰等）和水同時(shí)加入攪拌機(jī)中；

(5) 物料在攪拌機(jī)中攪拌混合均勻后，混合料由成料皮帶機(jī)送入成料倉待用；

(6) 過程中攪拌機(jī)、喂料皮帶機(jī)、或是任何一種物料出現(xiàn)故障停機(jī)，之間的聯(lián)鎖將起作用，整個(gè)設(shè)備將全部停機(jī)，避免了出現(xiàn)廢料、事故等意外情況；

(7) 生產(chǎn)結(jié)束，按啟動(dòng)順序的反向依次停止即可。圖 7 為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠工作的流程圖。

2.3.3　電氣電路可擴(kuò)展性

骨料采用了連續(xù)式配料儀表 K B310，方便擴(kuò)展。KB310 配有 RS 485 通訊接口，后臺(tái)計(jì)算機(jī)通過 485 接口可管理監(jiān)控多臺(tái)配料儀表?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)設(shè)備所配備的不同物料種類增設(shè)相應(yīng)的控制，在穩(wěn)定可靠、通用性強(qiáng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)任意擴(kuò)展，方便的構(gòu)成不同要求的控制系統(tǒng)。

2.3.4　變頻調(diào)速方式

配料電機(jī)采用了變頻調(diào)速方式控制，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬，特性曲線好，控精度高，節(jié)約了能源、降低了用戶的生產(chǎn)成本。

KB31x 配料儀表與變頻器之間通過 4～20 m A 的電流信號(hào)進(jìn)行全自動(dòng)閉環(huán)控制，儀表在動(dòng)態(tài)控制模式下，根據(jù)模糊算法，調(diào)整變頻器的頻率，使得實(shí)際出料量達(dá)到設(shè)定值。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)是從低速開始，頻率較低，加、減速時(shí)間可以通過相應(yīng)的參數(shù)項(xiàng)任意設(shè)定，加、減速時(shí)間比較平緩，起動(dòng)電流較小，對(duì)電網(wǎng)及系統(tǒng)無沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命，減少維修量，節(jié)約維修費(fèi)用；同時(shí)采用變頻器控制，系統(tǒng)的保護(hù)功能得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，具有過壓、過流、欠壓、斷路及短路等保護(hù)功能。

這種調(diào)速方式不僅延長設(shè)備的正常工作周期，而且使操作和控制得以簡化，從而提高了整個(gè)設(shè)備控制水平，滿足了提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度等要求。

2.4　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)

后臺(tái)管理系統(tǒng)是在 V B 高級(jí)語言編程環(huán)境下完成的，界面延用了 Windows 操作系統(tǒng)的風(fēng)格，友好直觀，動(dòng)畫逼真，符合人們的操作習(xí)慣。本系統(tǒng)采用圖像數(shù)據(jù)疊加技術(shù)，將整個(gè)生產(chǎn)工藝流程模擬在屏幕上，各裝置的運(yùn)動(dòng)與停止?fàn)顩r隨時(shí)都能顯示出來，且適時(shí)彈出提示窗口，使各種提示信息、故障信息可視化，操作人員從計(jì)算機(jī)上即可監(jiān)看到整個(gè)穩(wěn)定土設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。操作簡便，鼠標(biāo)是基本控制器，它可指揮整個(gè)拌料系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行和停止以及數(shù)據(jù)的打印等。后臺(tái)計(jì)算機(jī)各環(huán)節(jié)之間采用 RS232/485 通訊協(xié)議

轉(zhuǎn)換器和各配料儀表進(jìn)行通訊聯(lián)接。

后臺(tái)管理系統(tǒng)的主要功能包括系統(tǒng)啟動(dòng)、生產(chǎn)率設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)標(biāo)秤、配比設(shè)置、報(bào)表打印等，圖 8為系統(tǒng)的主畫面。

(1) 系統(tǒng)啟動(dòng)：當(dāng)整個(gè)設(shè)備準(zhǔn)備完畢，且經(jīng)過手動(dòng)試機(jī)成功后，點(diǎn)擊此按鈕，可以啟動(dòng)整個(gè)拌和設(shè)備，運(yùn)行過程中，如果某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，則實(shí)時(shí)彈出提示窗口，幫助操作人員及時(shí)處理。

(2) 參數(shù)設(shè)置：包含了各物料之間的配料延時(shí)設(shè)置、生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)記錄時(shí)間設(shè)置、系統(tǒng)密碼設(shè)置及系統(tǒng)配置設(shè)置。其中“系統(tǒng)配置”項(xiàng)，體現(xiàn)了該套軟件的擴(kuò)展性。例如當(dāng)穩(wěn)定土拌和設(shè)備標(biāo)配為 4 種骨料，如果工程只需用 3 種骨料的配比混合料時(shí)，則只需在此進(jìn)行設(shè)置即可，設(shè)備即能以 3 種骨料的方式工作，有效屏蔽第 4 種骨料的數(shù)據(jù)通訊及相應(yīng)控制，而不影響整個(gè)生產(chǎn)流程。同理，也可增加骨料的種類到 5 種。設(shè)計(jì)良好的程序代碼允許對(duì)不同配置的設(shè)置實(shí)現(xiàn)控制功能，這樣做提高了控制系統(tǒng)的通用性，方便了用戶隨時(shí)組建不同的穩(wěn)定土拌和設(shè)備配置，而無需再購買軟件系統(tǒng)，降低了成本。“系統(tǒng)密碼”則為用戶日常設(shè)備管理方面提供了方便。

(3) 配比/生產(chǎn)率設(shè)置：用戶根據(jù)不同的工程要求設(shè)置不同的配合比，可以保存為不同的配方代號(hào)，隨時(shí)提取使用。設(shè)置好的配比與生產(chǎn)能力，可以以不同的生產(chǎn)率進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)率設(shè)置了 15 個(gè)級(jí)別可供選擇，方便用戶根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度隨時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)率，滿足不同工況要求。

(4) 報(bào)表打印：完善的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)采集記錄生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，可對(duì)不同時(shí)間段的生產(chǎn)記錄進(jìn)行查詢，生成報(bào)表進(jìn)行打印。

整個(gè)軟件系統(tǒng)框架平臺(tái)合理，存有余量，可開發(fā)性強(qiáng)，能夠根據(jù)不同的配料拌和設(shè)備設(shè)計(jì)出各種拌和站控制系統(tǒng)。

 

3　結(jié)　語

此套控制系統(tǒng)是根據(jù)穩(wěn)定土拌和設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用了專用連續(xù)配料儀表，實(shí)現(xiàn)了物料在輸送過程中連續(xù)、自動(dòng)計(jì)量配料，同時(shí)與變頻器建立了動(dòng)態(tài)模式下的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，計(jì)量準(zhǔn)確度高；軟件上有完整的設(shè)計(jì)，硬件上有可靠的保護(hù)，而且軟硬件互鎖，硬件保護(hù)優(yōu)先，安全性強(qiáng)。實(shí)際使用效果良好，完全滿足設(shè)備的工藝控制要求，作為一種成功的方案設(shè)計(jì)，非常適合當(dāng)前穩(wěn)定土生產(chǎn)設(shè)備的配套使用。

 

 

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