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大型基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)對混凝土攪拌設(shè)備的需求越來越大，要求越來越高，提高混凝土的質(zhì)量和產(chǎn)量已經(jīng)十分必要。因而，混凝土生產(chǎn)過程中攪拌設(shè)備自動控制系統(tǒng)日益受到人們的重視。PLC具有可靠性高，功能完善，編程簡單等特點(diǎn)，可以有效地彌補(bǔ)混凝土攪拌站常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)的缺陷，與工控機(jī)相結(jié)合，混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)采用上位機(jī)進(jìn)行管理，下位機(jī)PLC進(jìn)行控制與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)從配料計(jì)量、攪拌、到出料生產(chǎn)全過程的自動化、智能化。以提高配料精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本。

混凝土攪拌站控制系統(tǒng)組成

混凝土攪拌站設(shè)備由骨料給料系統(tǒng)、粉料給料系統(tǒng)、水及添加劑給料系統(tǒng)、傳輸、攪拌與儲存系統(tǒng)、電氣自動控制系統(tǒng)6個部分組成，為了達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)確快速和控制可靠的目的，混凝土攪拌站控制采用下位機(jī)PLC和上位工控機(jī)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，以保證其可靠性和功能可擴(kuò)充性?？刂平Y(jié)構(gòu)如圖１所示。上位工控機(jī)安裝西門子ＷinCC監(jiān)控組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌生產(chǎn)過程可視化監(jiān)控，下位機(jī)ＰＬＣ接受上位工控機(jī)命令，按照設(shè)定的配方自動、連續(xù)地控制各部分物料的計(jì)量，自動進(jìn)行配料、加料、攪拌和出料等控制。

混凝土攪拌站工藝流程設(shè)計(jì)

混凝土攪拌站由攪拌主機(jī)、配料系統(tǒng)(骨料系統(tǒng)、粉料系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及添加劑系統(tǒng))氣動系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng))和控制系統(tǒng)等組成。攪拌主機(jī)的作用是攪拌已按一定比例混合的各種原材料，配料系統(tǒng)是稱量、輸送混凝土生產(chǎn)所需要的各種骨料、粉料、水及添加劑等原材料，氣動系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的部分執(zhí)行單元，開關(guān)給料閥門、預(yù)混倉門和卸料門等。

攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，首先打開石料和砂料的給料閥門分別將骨料投入到秤斗進(jìn)行稱量，秤斗中的骨料不斷增加直到電子秤指示到配比所要求的重量才控制下料閥門停止投料，起動傳送帶將骨料卸入預(yù)混合倉。和上述方法類似，在骨料配料的同時(shí)在各自的秤斗中進(jìn)行水泥、粉煤灰的計(jì)量。在生產(chǎn)一大輪混凝土所需的各種骨料、粉料計(jì)量完畢后，若上一輪攪拌已經(jīng)完成，控制預(yù)混合倉開門，以把各種材料裝入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，開預(yù)混合倉門的同時(shí)計(jì)量水及添加劑，完成計(jì)量后直接加到攪拌機(jī)中。完成所有的配料后開始攪拌計(jì)時(shí)，在攪拌機(jī)運(yùn)行了規(guī)定的時(shí)間后，打開攪拌機(jī)的門進(jìn)行卸料，完成混凝土生產(chǎn)的一個循環(huán)。

為了提高攪拌站的生產(chǎn)效率，在攪拌機(jī)進(jìn)行混凝土攪拌時(shí)，下一個生產(chǎn)循環(huán)的骨料粉料等的稱重計(jì)量同時(shí)進(jìn)行。各骨料、粉料先按要求混合的比例儲存于混料倉中，待上一次攪拌完成，將混料倉中的物料全部投入到攪拌腔，進(jìn)行下一輪的攪拌，同時(shí)又進(jìn)行新一輪的配料。實(shí)現(xiàn)了稱量物料快速按比例一次性快速向攪拌腔投料,攪拌與配料同時(shí)進(jìn)行，提高混凝土攪拌實(shí)際工效。

1.自動加料算法

自動加料采用循環(huán)控制算法，先將總的生產(chǎn)任務(wù)分解成各個以攪拌腔容積為單位的大輪配料，再將每大輪配料分成各個小輪配料，每一小輪配料按各計(jì)量斗中最小計(jì)量斗的正常最大量程配料，其余的按配料比例與最小料斗同步配料。每完成一大輪配料和小輪配料分別計(jì)數(shù)，用于計(jì)算已經(jīng)生產(chǎn)的任務(wù)。具體算法如下：

初始化：各配料的總量=要求生產(chǎn)的總量×各配料的百分比。

大輪計(jì)數(shù)、小輪計(jì)數(shù)分別清零。

由于其他配料稱重程序與骨料類似，骨料、粉料也是同時(shí)進(jìn)行配料，這樣可以減少配料時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因?yàn)樗疤砑觿┲苯蛹尤氲綌嚢柚鳈C(jī)中，而且其量不是特別大而且配料比較快，可以選擇在打開預(yù)先混合料倉的同時(shí)進(jìn)行配料。

2.PLC控制程序設(shè)計(jì)

選擇西門子S7200的模塊化PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制裝置，在PLC通電的第一個掃描周期，程序執(zhí)行初始化。初始化程序中，將生產(chǎn)總量、預(yù)先混合倉的容量、各配料百分比、標(biāo)準(zhǔn)含水率、各計(jì)數(shù)器全部初始化，同時(shí)計(jì)算出各配料的需求總量，一大輪配料中各原料的最大加料量、并保存到相應(yīng)的存儲區(qū)，為自動生產(chǎn)作好準(zhǔn)備。配料過程中PLC采集骨料計(jì)量斗、水泥計(jì)量斗、粉煤灰計(jì)量斗的稱重傳感器信號，存儲在PLC的數(shù)據(jù)寄存器中，然后經(jīng)過PLC與上位機(jī)給出的設(shè)定值比較計(jì)算，再由PLC根據(jù)得到的結(jié)果與各條件比較判斷，輸出對電磁閥、電動機(jī)等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號，發(fā)出相應(yīng)的加料、出料控制動作。以骨料配料為例,各骨料斗稱量時(shí)，當(dāng)重量達(dá)到設(shè)定值的85%以前快速給料，達(dá)到85%以后慢速給料，達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止給料。為了提高測量精度，骨料斗設(shè)置兩個給料門，計(jì)量開始時(shí)，同時(shí)打開兩個給料門，當(dāng)重量到達(dá)設(shè)定值的85%時(shí)，關(guān)閉大開度給料門，僅由小門進(jìn)行加料，直到重量到達(dá)設(shè)定值。

系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1.適應(yīng)性

可根據(jù)用戶的生產(chǎn)要求，任意選擇配料配比，系統(tǒng)采用每種配料單獨(dú)計(jì)算的方式進(jìn)行生產(chǎn)，各配料之間沒有必然的聯(lián)系，可以隨時(shí)方便地更改生產(chǎn)方案。攪拌主機(jī)上多增加了一個與攪拌腔差不多容量的預(yù)混合倉，用于儲存攪拌的同時(shí)按比例配制的配料，待攪拌結(jié)束，直接將配料全部投入攪拌腔進(jìn)行攪拌。

2.自動控制

可自動控制攪拌站的全部工作過程。生產(chǎn)過程中，各智能傳感器采集各自的測量數(shù)據(jù)，送給PLC，PLC根據(jù)相應(yīng)的條件進(jìn)行現(xiàn)場控制，同時(shí)將生產(chǎn)結(jié)果返回給上位機(jī)，方便管理。

3.手動/自動選擇

考慮到自動生產(chǎn)的同時(shí)，有時(shí)需要手動操作其中的一部分生產(chǎn)過程，系統(tǒng)設(shè)置了手動/自動選擇，且手動/自動之間的轉(zhuǎn)換互鎖。手動操作的同時(shí)，系統(tǒng)的自動計(jì)算不受到影響。

4.自動報(bào)警

每個儲料倉設(shè)有下限報(bào)警值，當(dāng)配料低于下限設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警，可以在原料配制的過程中提醒工作人員及時(shí)往儲料倉中添加配料，保證自動生產(chǎn)過程的連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率。粉料配制過程中，若出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象或者異物堵塞，也會影響生產(chǎn)。在粉料破拱之后設(shè)定計(jì)時(shí)，超過預(yù)定時(shí)間，則系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)處理。

5.提高稱量精度

對骨料采用變速給料，減少沖量的影響。稱量時(shí)，先快速給料，開啟大小兩個給料門，達(dá)到設(shè)定值的85%左右時(shí)自動變?yōu)榈退俳o料，以提高骨料的稱量精度。

6.提高配比精度

砂石含水率的變化會改變混凝土的水灰比，影響混凝土的質(zhì)量及施工性能，因此準(zhǔn)確地測量砂石的含水率，根據(jù)測定結(jié)果進(jìn)行配比的調(diào)整是很必要的。采用電容法的傳感器測定骨料中的超標(biāo)含水率，并計(jì)算出總的含水量，然后在加水時(shí)扣除這部分水的量，從而提高混凝土的配比精度，提高混凝土的質(zhì)量。

基于PLC的攪拌站控制系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定、可靠、適用工業(yè)現(xiàn)場的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了按照生產(chǎn)需要設(shè)定的配方，自動連續(xù)地控制各部分物料的計(jì)量，自動進(jìn)行配料、加料、攪拌和出料等控制，使混凝土攪拌站完全自動化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

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