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    一種基于專用配料儀表的穩定土拌和站控制系統設計

    發布時間:2019-08-21 16:20:08 |來源:中國知網

    1 穩定土拌和站系統結構組成

    穩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、成品料儲料裝置和電氣控制裝置組成(見圖 1)

     

    土拌和站系統結構組圖

    其組成結構滿足了實現連續生產的能力,形成了一個穩定土生產“工廠”。

    1.1 生產工藝流程

    根據穩定組份的特點,不同物料采用了不同的配料方式。不易飛揚的骨料采用骨料儲料倉、皮帶秤組成,

    采用電腦動態稱量配料計量方式;易飛揚的粉料采用封閉式筒倉和螺旋輸送機配料,實現補料秤、減法秤雙秤計量方式,從而達到了計量準確且精度高的效果;水則采用流量可調的泵閥方式。

    各物料在不同配料方式下,實現的穩定土拌和生產過程為:各種骨料、粉料和水按配合比要求所確定的

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

    配料設備流程圖

    1.2 控制要求

    根據上述穩定土拌和站的生產工藝流程要求,控制系統應能實現電子稱重計量控制和生產流程電氣控制兩部分配合,保證設備正常運行,生產出符合配比要求的混和料,達到設計的生產能力(即生產率),滿足工程需要。

     

    2 控制系統總體設計及特點

    WCK-BZ 系列穩定土拌和站控制系統正是針對穩定土拌和站設備的上述要求研發制作的。該控制系統總結了以前同類各產品的優點,從功能、性能、穩定性、可靠性及可擴展性等方面進一步提高,圖 3 為系統的工作流程示意圖。

    配料流程示意圖

    2.1 總體設計

    系統設計分為了兩層,即專用配料儀表層和后臺管理計算機(上位機),配料儀表層主要功能是數據的采集、分析及運算處理;后臺管理計算機主要功能是數據的記錄、保存、生產的啟停及各種信息的顯示等。專用配料儀表解決了計量方面的人為因素干擾,把計量控制和生產管理功能分置于專用配料儀表和后臺管理計算機,互不干涉,生產控制和報表統計同步進行,而且管理計算機也可作為生產備份機,提供了與上一級遠程計算

    機的網絡接口。

    系統設置了自動和手動兩種運行方式可供切換。

    在自動方式下(圖 4)

    配料全自動系統示意圖

    無需人工干擾,后臺管理計算機對各種工況自動判斷,確保設備正常運轉;手動方式下,后臺計算機不參與生產過程的控制,儀表各種參數、配方數據及運行指令等都需要通過人工來設置完成,由儀表來控制完成生產配料,也稱之為脫機模式。一般平時都是處于自動方式工作,手動方式只用于單個設備操作、調試、維護或檢修。

    2.2 控制系統硬件選型

    根據穩定土拌和站設備的控制要求,控制系統外形結構體仍選用了行業普遍使用的琴臺式設計,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配料控制的功能,且采用了業界先進的 M SP 處理器和高精度 A/D 轉換器,儀表內部采用多級光電隔離和濾波環節,保證儀表的精度和穩定性;備有 RS485 標準通訊接口和一定路數的開關量 I/O 接口。該配料儀表可以對連續式皮帶配料秤進行精確的物料計量控制;

    (2)電機調速控制選用了日立變頻器進行變頻調速,降能節耗、無級調速,充分保證設備運行的可靠性;

    (3)后臺管理計算機選用了知名品牌的商用機,作為人機對話的窗口,用它來完成對整個系統的指令控制與數據的管理。后臺管理軟件運行于 Windows XP 操作系統上,同時兼容在大家熟悉的 Windows 界面窗口上,符合日常操作習慣,對操作人員的培訓工作也較為容易;

    (4)根據行業要求打印的特點,打印機 選用了 Epson LQ 系列針式打印機,能滿足同時打印多頁副本票據的需要;

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

    2.3 控制系統電氣電路設計特點

    2.3.1 電氣安全性方面

    (1) 設有鑰匙開關、急停按鈕開關。當設備出現故障,可以在緊急時按下急停按鈕,強制停機,以免設備受損;鑰匙開關可對設備斷電后進行鎖定,方便管理。

    (2) 電源方面采用了強、弱電分開的形式,層次分明?;诎踩院涂垢蓴_兩個方面來考慮,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。這種設計的優點一是配件供應方便; 二是當總線路上發生故障,三相嚴重不平衡時,220 V 控制電壓變化不致于太大,保護系統中電器元件,如果直接取相線和零線的220 V,常常會由于線路三相不平衡造成控制電壓波動比較大,容易損壞控制元件。這樣對整個控制系統來講,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。

    配料系統硬件組成示意圖

     

    配料操作臺實物圖

     (3) 設有相應的警鈴控制,方便提醒現場人員。

    2.3.2 電氣工作可靠性方面

    根據穩定土設備的控制要求,結合連續生產的工作流程,設計了關鍵控制點之間的自鎖互鎖。國內同行常采用直接控制的方法,攪拌機、喂料皮帶機、成料皮帶機、配料等各自直接啟動。電路雖然簡單了,但整個系統的控制完全由操作者決定,人為因素就增多了,往往可能出現生產流程上的錯亂,或是哪一個環節出現異常,其它環節不能及時停止,導致設備工作異常,甚至是生產事故、質量事故。為了避免此類事情發生, WCK-BZ 控制系統設有了如下的互鎖關系:

    (1) 攪拌機和成料皮帶機首先分別啟動運行;

    (2) 在攪拌機啟動與生產啟動間設有電路互鎖,即在保證攪拌機運行正常后,方能啟動生產,同時讓喂料皮帶機啟動,這樣做可避免物料堵塞攪拌機或是攪拌機帶載啟動的情況出現;

    (3) 生產啟動與各骨料配料間設有電路互鎖,即各骨料配料皮帶機又是在喂料皮帶運行正常后,將物料送到喂料皮帶機,再由喂料皮帶機送向攪拌機;

    (4) 當骨料進攪拌機時,粉料(水泥、石灰等)和水同時加入攪拌機中;

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

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

    (7) 生產結束,按啟動順序的反向依次停止即可。圖 7 為系統實現可靠工作的流程圖。

    配料過程流程圖

    2.3.3 電氣電路可擴展性

    骨料采用了連續式配料儀表 K B310,方便擴展。KB310 配有 RS 485 通訊接口,后臺計算機通過 485 接口可管理監控多臺配料儀表??刂葡到y可根據設備所配備的不同物料種類增設相應的控制,在穩定可靠、通用性強的基礎上實現任意擴展,方便的構成不同要求的控制系統。

    2.3.4 變頻調速方式

    配料電機采用了變頻調速方式控制,可實現無級平滑調速,調速范圍寬,特性曲線好,控精度高,節約了能源、降低了用戶的生產成本。

    KB31x 配料儀表與變頻器之間通過 4~20 m A 的電流信號進行全自動閉環控制,儀表在動態控制模式下,根據模糊算法,調整變頻器的頻率,使得實際出料量達到設定值。變頻調速系統起動是從低速開始,頻率較低,加、減速時間可以通過相應的參數項任意設定,加、減速時間比較平緩,起動電流較小,對電網及系統無沖擊,延長了設備的使用壽命,減少維修量,節約維修費用;同時采用變頻器控制,系統的保護功能得到了進一步加強,具有過壓、過流、欠壓、斷路及短路等保護功能。

    這種調速方式不僅延長設備的正常工作周期,而且使操作和控制得以簡化,從而提高了整個設備控制水平,滿足了提高生產率、改善產品質量、提高設備自動化程度等要求。

    2.4 控制系統軟件設計特點

    后臺管理系統是在 V B 高級語言編程環境下完成的,界面延用了 Windows 操作系統的風格,友好直觀,動畫逼真,符合人們的操作習慣。本系統采用圖像數據疊加技術,將整個生產工藝流程模擬在屏幕上,各裝置的運動與停止狀況隨時都能顯示出來,且適時彈出提示窗口,使各種提示信息、故障信息可視化,操作人員從計算機上即可監看到整個穩定土設備的運行狀態。操作簡便,鼠標是基本控制器,它可指揮整個拌料系統的啟動運行和停止以及數據的打印等。后臺計算機各環節之間采用 RS232/485 通訊協議

    轉換器和各配料儀表進行通訊聯接。

    后臺管理系統的主要功能包括系統啟動、生產率設置、參數設置、系統標秤、配比設置、報表打印等,圖 8為系統的主畫面。

    配料儀表主界面

    (1) 系統啟動:當整個設備準備完畢,且經過手動試機成功后,點擊此按鈕,可以啟動整個拌和設備,運行過程中,如果某個環節出現故障,則實時彈出提示窗口,幫助操作人員及時處理。

    (2) 參數設置:包含了各物料之間的配料延時設置、生產記錄數據記錄時間設置、系統密碼設置及系統配置設置。其中“系統配置”項,體現了該套軟件的擴展性。例如當穩定土拌和設備標配為 4 種骨料,如果工程只需用 3 種骨料的配比混合料時,則只需在此進行設置即可,設備即能以 3 種骨料的方式工作,有效屏蔽第 4 種骨料的數據通訊及相應控制,而不影響整個生產流程。同理,也可增加骨料的種類到 5 種。設計良好的程序代碼允許對不同配置的設置實現控制功能,這樣做提高了控制系統的通用性,方便了用戶隨時組建不同的穩定土拌和設備配置,而無需再購買軟件系統,降低了成本。“系統密碼”則為用戶日常設備管理方面提供了方便。

    (3) 配比/生產率設置:用戶根據不同的工程要求設置不同的配合比,可以保存為不同的配方代號,隨時提取使用。設置好的配比與生產能力,可以以不同的生產率進行生產。生產率設置了 15 個級別可供選擇,方便用戶根據生產進度隨時調節生產率,滿足不同工況要求。

    (4) 報表打?。和晟频暮笈_數據庫,實時采集記錄生產過程中的數據,可對不同時間段的生產記錄進行查詢,生成報表進行打印。

    整個軟件系統框架平臺合理,存有余量,可開發性強,能夠根據不同的配料拌和設備設計出各種拌和站控制系統。

     

    3 結 語

    此套控制系統是根據穩定土拌和設備的生產工藝流程要求進行設計,采用了專用連續配料儀表,實現了物料在輸送過程中連續、自動計量配料,同時與變頻器建立了動態模式下的閉環調節控制,計量準確度高;軟件上有完整的設計,硬件上有可靠的保護,而且軟硬件互鎖,硬件保護優先,安全性強。實際使用效果良好,完全滿足設備的工藝控制要求,作為一種成功的方案設計,非常適合當前穩定土生產設備的配套使用。

     

     

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