混凝土搅拌站控制方案的选择

混凝土搅拌站控制方案的选择

田振州

（中铁十八局集团第五工程有限公司天津300380）

摘要：随着国家大规模的基础设施建设，商品混凝土的需求不断增加，同时，国家也出台了一系列的环境保护措施，使得混凝土搅拌从粗放型转化为集中生产，促进了混凝土生产的进步。混凝土的质量对工程质量有着直接的影响，混凝土搅拌站必须从原材料、设备及管理人员等方面进行全面的控制，保证资源的充分利用，确保混凝土的质量符合规范要求。

关键词：混凝土；搅拌站；控制方案

1控制系统的功能和要求

商品砼是国家鼓励发展的产品之一，在环保和质量方面，国家对商品砼的要求越来越高。混凝土搅拌站是生产商品砼的主要设备。其自动控制系统是把各种物料（如石子，砂，水泥，矿粉，粉煤灰，添加剂，水）按配合比进行动态称重计量，之后送入搅拌罐搅拌成混凝土。在此系统中动态称量系统起着决定性的因素，由于其配料过程存在着非线性、时变性而且不允许有超调，这些因素在配料过程中主要影响配料精度和配料速度，并且配料精度严重影响着混凝土的质量，在不定性因素中物料的冲击力和空中落差是影响配料精度的一个主要原因。

2工控机+配料称重仪表控制方式

工控机+配料称重仪表这种控制方式中，工控机主要负责自动运行的协调工作；利用串口按照仪表的通信协议将被控物料的目标值、点动量、稳秤时间等控制参数进行设置，发出配料信号，各种门限位直接连锁在配料仪表输出回路中。该系统脱开工控机后仍是一个独立的仪表控制系统（可能会缺失某些功能），该控制系统对仪表有一定的智能化要求，除了基本的重量采集和显示功能外，还要有自动物料配料功能（累加或者累减）。各个物料的配料流程由各自的配料仪表完成，工控机只用于判断该物料处于哪个配料阶段，是否配料完毕，是否超差等位信号，配料算法在仪表内固化，只需调整相应的配料参数。

3工控机+板卡控制方式

工控机+板卡控制方式根据重量采集方式不同又可细分为两种：

3.1工控机+板卡+称重模块

这种控制方式中各物料秤斗的称重传感器接入称重模块，称重模块的输出信号接入工控机的模数板（A/D），由工控机软件计算物料重量并在上位机软件界面显示；通过数字量输入输出板卡（I/O）监控各配料机构的启停等状态，其输入端接控制面板上各个按钮和各种限位信号，输出接中间继电器，再控制配料机构。由于该控制方式中整个控制核心为工控机，控制软件设计对抗干扰等因素要求较高，一旦工控机系统出故障，由于重量信息无法显示，故整个系统将会瘫痪而无法生产。

3.2工控机+板卡+称重仪表

这种控制方式中各物料秤斗的称重传感器接入称重仪表，由相应称重仪表进行称重显示，控制软件通过串口读取各仪表的物料重量，进行再计算；通过数字量输入输出板卡（I/O）监控各配料机构的启停等状态，其输入端接控制面板上各个按钮和各种限位信号，输出接中间继电器，再控制配料机构。该控制方式在工控机出故障时可转为全手动生产，缺点是输入输出板卡（I/O）限制了物料种类，不宜扩展。

4工控机+PLC+称重仪表控制方式

工控机+PLC+称重仪表这种控制方式根据在工控机还是在PLC又可细分为偏软和偏PLC解决方案：

4.1偏软件解决方案

控制逻辑由工控机的上位机软件完成，PLC输入端接各种限位和按钮，同时和工控机一直保持通信，告诉软件现在什么物料处于什么状态，工控机通过串口直接读取各个物料秤的实时值，发出计量信号，启动、点动、停止⋯⋯，相比第一种控制方式，软件要模拟仪表实现读秤、配料（不仅仅是加法、减法）、通信、数据统计分析、归档打印等诸多功能。用什么算法去实现配料过程？怎么实现？是否高效可靠的实现？等问题都对软件编写者提出很高的要求。但是这种控制的优点是显而易见的，基于工控机的强大的硬件优势秒杀称重仪表和PLC，再多的需求不是问题，可能最后的问题是：如何用最可靠的方式实现算法的最优化。

4.2偏PLC解决方案

PLC为工业控制而生，有很高的可靠性。称重仪表连接传感器采集秤值同时与PLC连接实现自动控制，由PLC控制各个执行机构动作，上位机从PLC统一采集运行信息，完成生产监视、数据管理功能。这里上位机实现的方式很多，可以基于Windows编程语言来实现，也可以根据选用的PLC配合组态软件二次开发。但是一般PLC都不带显示功能，脱离工控机无法实现运行过程的监视。

5工控机+远程I/O模块控制方式

与前面的控制方式相比较，这种控制方式将“控制权”下放给各个身处“现场”的I/O模块。I/O模块是可编程控制的，里面的程序也决定了哪些情况I/O模块可以自己决定怎么处理，哪些问题需要“上报”给主控工控机征求“上面”意见来处理。I/O模块直接放置在各控制现场，采集信息准确，受到的干扰小。除了必须有高可靠性的I/O功能硬件外，通信技术也是直接影响系统性能的关键因素之一。可以选择以太网（EtherNet）方式，各现场采集站只需用双绞线连接集线器（HUB）就可与远程的主控进行联网通讯。这种方式适用于距离180米以内的控制系统。也可借助于光电转换器将电气信号转换成光信号经光纤向外传输，另一端也安装一个光电转换器，将光信号解析成电气信号，通讯距离可达40公里。这种控制方式在空间跨度很大的生产区域内尤为适用，因为各个联络点的通讯只需要一根屏蔽双绞线（光纤）即可完成，大大减少了布线强度与成本。

6混凝土搅拌站技术质量管理完善措施

6.1做好配合比策划开发

配合比策划开发应遵循质量成本并重原则。首先建立原材料质量信息数据库，同时根据原材料的质量信息，相应地储备常用系列配合比和特殊配合比，建立配合比信息库。常用系列配合比一般分为常规泵送混凝土、常规非泵送混凝土、水下桩基混凝土、路面混凝土、细石混凝土、高层和超高层泵送混凝土；特殊配合比一般分为高强混凝土、自密实混凝土、轻集料混凝土、大体积混凝土等。建立配合比信息库后，应在日常工作中不断地进行配合比的验证，通过不断总结分析试验数据，逐渐形成最优化的配合比信息库。

6.2重视搅拌站试验检测工作

按照有关标准对原材料和混凝土进行试验检测是质量控制的理论基础，因此应充分发挥试验在日常质量控制和技术质量管理中的作用。原材料的批量试验必须认真进行，同时应定期进行生产现场取样的混凝土试拌，通过试拌观察混凝土的和易性等，同时，试拌后应留置3d、7d、28d试件，观察凝结时间和测试混凝土各龄期强度，有条件的单位最好能进行混凝土快测试验，及时掌握混凝土强度变化，为生产过程中的质量控制提供依据。

6.3重视培养优秀的质检队伍

质检员在混凝土质量控制方面负有重要职责，是质量控制的主体。混凝土在生产过程中有诸多因素影响其质量，有关人员在整个过程中都有把关消除不良影响的作用，但是质检员有职责把住最后一关，对混凝土的最终质量起着关键作用。质检员对混凝土原材料及生产过程起着专业的监督检查作用，在现场起着与施工、监理沟通的作用，良好的沟通是顺利合作的润滑剂，能够消除很多不必要的误解。

7结论

上述四种控制形式从成本、实现的优越性多方面来说各有不同，根据不同的侧重需求才能决定哪种是更好的方案。本文认为工控机+PLC+称重仪表结构的控制方式最适合混凝土搅拌站，由于工业现场环境恶劣，工控机抗震、抗粉尘和耐压波动性较好，而PLC控制具有可靠性高、功能完善、编程简单的优点，PLC厂商也越来越注重网络接口的实现，与工控机易于实现操作和管理的配合。一旦工控机出现故障，临时也可用PLC+称重仪表进行半手动生产。

参考文献：

[1]张力，周全景.《商品混凝土搅拌站质量管理浅析》[J].《中小企业管理与科技（上旬刊）》，2012，（07）：59-60.

[2]莫少政.《商品混凝土搅拌站工程项目管理方案设计研究》[D].《广西大学》，2012.

[3]王中平，金左培.《建筑工程材料生产工艺设计》[M].《北京：化工工业出版社》，2007.