第五章  搅拌站电气设计与控制系统

 

第一节            控制系统功能综述

 

搅拌站的电气控制系统能对成套设备的工艺流程进行系统自检和自动运行，各类控制之间既有串行衔接，又有并行重合的时序控制，并在一定的连锁约束条件下进行逻辑程序控制。计量配料系统能保证各种原料在设定的配合比和规定的精度范围内进行动态计量。计算机管理系统具有各类信息及参数的设置和存储，控制数据的处理和修改，生产运行状况的监视和常见故障的报警，生产运行资料的记录和打印输出等管理功能。工业电视监视系统可观察监视远处现场和重要部位的运行状况

搅拌楼的电气控制系统还有骨料集运装置和粉料转运装置的操作控制系统。拉铲式搅拌站有独立的拉铲操作电气装置。其他型式搅拌站的电气控制系统则对成套设备的工作运行实行集中统一的操作和控制。

搅拌站各系统装置工作流程的操作控制，都具有手动、半自动和全自动三种方式。自动控制是通过设定的程序对整个工艺流程实施自动的强制的程序控制，无需人工进行单调的不断重复的操作，就可完成混凝土生产的全过程。半自动控制是对串行衔接的相关流程实施自动控制，而并行交叉的相关流程用手动操作控制时序，适用某流程执行装置的实施用时超过工艺要求的设计定时，致使全自动控制因为连锁的约束条件不能满足，而控制程序尚不需更改时的操作控制。手动按钮操作，适用于单点调试和保养维修，以及现场条件不具备连续自动运行的场合。

控制系统的核心技术是程序控制，早期的搅拌站采用常规的继电器加接触器的控制方式，随着电子技术的飞速发展，经历了单板机，单片机，可编程序控制器和工控机等几个阶段，以PLC为下位机，工控机为上位机的微机控制系统成为搅拌站控制系统的典型模式。可编程控制器是针对工业控制应用而设计的，有较强的抗干扰能力和较大的驱动功率，可以直接控制电器装置，而且其模块结构组合方便，扩展容易，能适应各种产品的系统配置。其源程序可用图形编程器在个人计算机上进行梯形图编程，也可以用手持式编程器进行助记符编程。两种方式都可以通过通信接口将编写好的程序写入PLC的主控制器，并可以进行修改、调试、设置断点和单步执行。PLC作为下位机单元，由于它的适用性广，可靠性高，而且编程效率和调试速度较高，而得到广泛利用。但是PLC控制系统如果没有上位机，则有程序开发不太方便，控制命令的输入及信息输出有局限等缺点，而且由于内存有限，无法实现更多的管理功能。采用工控机作为上位机，能存储大量配合比供用户选用，而且调用或修改配合比都十分方便；能直观的模拟显示搅拌站的整个工艺流程动态，实现实时监控；能自动记录存储各类数据和制表打印，实现先进的科学管理功能；配合其他电气装置，可实现最高效的生产流程自动化和最优化的混凝土质量控制。

程序控制的关键环节是对计量流程中向称量装置供料的执行元器件启闭的控制。早期的机械杠杆秤利用秤杆的翘起或落下时秤杆上的水银开关、微动开关或无触点开关的接通或断开，控制储料仓活门的启闭。物料的预设重量是利用秤杆上的游铊和法码来设定的。也有采用摆锤式或拉簧式表头的园盘秤，利用活动指针转动到与固定指针重合时永磁感应开关发出电信号控制料仓活门启闭。物料的预设重量由固定指针在表盘上的位置设定，可设多个固定指针实现累积计量。所谓的机械电子秤的工作原理是通过传感器元件，将机械杠杆系输出端随被称物料重量而变化的位移量转变为相应的模拟电信号，再通过运算放大处理向料仓活门发出启闭控制信号。早期进口的搅拌站中，有的在园盘秤的活动指针转轴上安装一个同步旋转的精密电位器，在电位器的两固定端加一固定电压时，其电位器动臂输出的电压值随转轴角位移量变化而与被称物料的重量值成正比，将电位器动臂输出的电压值输入到专门设计的电子电路中，与预置的代表配比重量的电压值进行比较，相等时输出控制信号，关闭料仓活门。还有采用模拟式穿孔卡读出器工作原理设置配比重量，伺服电机驱动设定值指针，以及数字表头显示预定值的机械电子秤。

如今搅拌站的机械杠杆装置已被淘汰，在称量装置上直接安装拉力或压力传感器的结构形式被普遍应用。

 

 

第二节   控制系统硬件配置

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1．电子称量配料仪。配料仪是向计量装置的测力传感器提供电源，显示称重量值，输出计量到位模拟信号的配料控制器。每一台秤配置一个配料仪。

2．可编程序控制器。PLC是搅拌站各系统工作运行的程序控制器，由主控制器、输入单元、输出单元、模数转换单元以及与工控机进行数据通讯的连接单元组成。实时处理各流程装置运行信号的输入输出，作为控制系统的下位机程序响应工控机上位机程序的通信命令。

3．工业控制计算机。工控机是实施控制系统上位机主控程序和实现档案建立、级配登录、参数修改、实时监控、通信处理、质量控制、故障监视、生产记录、统计打印等功能的微机管理系统，由主机、电源、显示器、键盘、打印机等组成。

4．工业电视监视系统。由多台摄像头、显示器或转换控制器组成，可实施远程的运行监视。

目前，搅拌站控制系统的硬件配置普遍采用工控机作为上位机，可编程序控制器作为下位机，配料仪作为计量控制仪表，工业电视系统作为远程监视装置的结构形式，控制系统各装置的连接参见硬件配置图。

控制系统可以只配置PLC和配料仪，适用低配置的C、D型工程站；增设工控机微机管理系统的控制系统适用C、E型商混站；增设工业电视监视系统的控制系统适用E型搅拌站。此外高资质的搅拌站还可配置砂石含水测定仪或混凝土稠度仪，用以控制混凝土的水灰比和坍落度。

有些搅拌站产品的控制系统还用采用双屏显示或双机控制的配置形式。我公司新产品的控制系统采用触摸式液晶显示屏的微机管理系统。

 

 

 

第三节   控制系统软件设计

 

 

第四节   搅拌站各系统工作流程的时序

 

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