一種基于可編程控制器的干混設(shè)備控制系統(tǒng)

李克斌

（山東圓友重工科技有限公司，山東濰坊211000）

隨著干混設(shè)備的興起，市場(chǎng)上對(duì)干混設(shè)備需求越來越多，要求也越來越高。以前干混設(shè)備控制系統(tǒng)通常先根據(jù)設(shè)備功能和現(xiàn)場(chǎng)位置進(jìn)行區(qū)域劃分，再對(duì)各個(gè)部分采用獨(dú)立的控制。各個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，設(shè)備狀態(tài)信息不共享，各部分設(shè)備在不同控制柜進(jìn)行操作時(shí)，需要人工通過對(duì)講機(jī)或其它通訊設(shè)備進(jìn)行溝通聯(lián)系，才能協(xié)調(diào)工作，非常不方便，同時(shí)也增加了設(shè)備操作難度，誤操作也時(shí)有發(fā)生。我們選用高穩(wěn)定性PLC(可編程控制器)對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單獨(dú)控制，再通過管理計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)部分信息進(jìn)行采集匯總處理、綜合分析后，將處理命令統(tǒng)一下達(dá)給各個(gè)部分設(shè)備控制箱完成獨(dú)立控制。這種集散式控制方式既能實(shí)時(shí)監(jiān)控整套設(shè)備的狀態(tài)，又能及時(shí)有效進(jìn)行處理，提高了工作效率，降低了操作難度，減少了故障率。

1 干混攪拌設(shè)備及生產(chǎn)流程

干混攪拌設(shè)備主要包括石料的破碎、天然砂的烘干、砂石料的篩分、原材料的儲(chǔ)存、原材料的配料卸料、混合攪拌、成品料的包裝、儲(chǔ)存和除塵系統(tǒng)等?？偵a(chǎn)流程如圖1。

圖1 干混攪拌設(shè)備總生產(chǎn)流程

干混設(shè)備控制系統(tǒng)根據(jù)功能和現(xiàn)場(chǎng)布置主要可劃分為三部分。

1.1 原材料預(yù)制設(shè)備及其生產(chǎn)流程

目前原材料主要有機(jī)制砂和天然砂兩種。機(jī)制砂需要破碎設(shè)備，主要包括破碎機(jī)、篩分機(jī)、輸送斗提機(jī)、輸送皮帶、輸送螺旋等。天然砂需要烘干設(shè)置，主要包括烘干筒、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和各種溫度、壓力、電流檢測(cè)等。各個(gè)設(shè)備生產(chǎn)流程如圖2。

圖2 原材料預(yù)制設(shè)備生產(chǎn)流程

這部分控制系統(tǒng)采用一塊PLC單獨(dú)控制。各啟停按鈕、限位信號(hào)、溫度和壓力檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)作為PLC控制輸入點(diǎn)，各電機(jī)、閥等作為PLC控制輸出點(diǎn)。同時(shí)PLC將現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)通過通訊線反饋給主控室，同時(shí)接收來自主控室的控制命令。根據(jù)制砂線和烘干線相對(duì)獨(dú)立的控制過程，在操作上分為既可以獨(dú)立操作又可以協(xié)調(diào)工作的兩部分。

1.1.1 機(jī)制砂系統(tǒng)在操作上有人工和自動(dòng)兩種方式

系統(tǒng)配備了比較齊全的操作按鈕和狀態(tài)指示燈，使進(jìn)行人工操作時(shí)簡(jiǎn)潔、直觀，降低人工操作出錯(cuò)的可能性。同時(shí)，系統(tǒng)在人工操作時(shí)自動(dòng)加以輔助，進(jìn)一步降低人工誤操作誤判斷的幾率?？梢哉f這個(gè)系統(tǒng)的人工操作是在保證系統(tǒng)設(shè)備安全的前提下的一種靈活操作，既適應(yīng)了復(fù)雜的工況，又保障了設(shè)備和人員的安全。同時(shí)，系統(tǒng)配備了全自動(dòng)生產(chǎn)模式，這更提高了設(shè)備的安全和效率。自動(dòng)方式下，當(dāng)系統(tǒng)得到自動(dòng)運(yùn)行命令后，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的設(shè)備啟動(dòng)順序和要求，逐個(gè)啟動(dòng)。在設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)同時(shí)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)有問題，馬上停止設(shè)備并退出當(dāng)前自動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)聲光和圖文報(bào)警，指出問題所在點(diǎn)，提醒操作員注意和處理。如果在自動(dòng)逐個(gè)啟動(dòng)設(shè)備時(shí)沒有故障和正常的情況，整套機(jī)制砂生產(chǎn)線設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)起來，并開始投料生產(chǎn)。達(dá)到用戶設(shè)定的產(chǎn)量后，生產(chǎn)線會(huì)根據(jù)系統(tǒng)制砂流程先后將所有設(shè)備自動(dòng)停止下來。自動(dòng)全程不需要人工操作干預(yù)，安全高效。

1.1.2 天然濕砂烘干系統(tǒng)在操作上也有人工和自動(dòng)兩種方式

因?yàn)楹娓上到y(tǒng)的加熱爐子有煤、氣和電這幾種，在爐子的控制部分也不一樣。如果是煤爐和氣爐則更傾向于人工操作，電爐側(cè)重于自動(dòng)操作。要根據(jù)具體設(shè)備配備的爐子，采取相應(yīng)的控制。烘干系統(tǒng)除去爐子部分的差異，其它剩余設(shè)備控制是一樣的。烘干系統(tǒng)的人工和自動(dòng)操作方式和機(jī)制砂系統(tǒng)采用相同的控制原理和報(bào)警機(jī)制，在實(shí)際生產(chǎn)中既能保證設(shè)備人員安全，也能保證生產(chǎn)效率，是一種高效的控制機(jī)制。

1.2 配料攪拌設(shè)備及其生產(chǎn)流程

配料攪拌設(shè)備包括上料部分、各個(gè)料計(jì)量部分、卸料部分和輸送攪拌部分。各個(gè)設(shè)備生產(chǎn)流程如圖3。

圖3 配料攪拌設(shè)備生產(chǎn)流程

圖中的稱量部分是通過專門配料儀表來完成，上料和卸料部分通過PLC自動(dòng)控制。包括料的輸送和攪拌也是由PLC來自動(dòng)控制完成的。

這部分包括各種原材料的計(jì)量，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,因?yàn)樵牧嫌?jì)量的精度直接影響成品是否合格。為了提高原材料計(jì)量精度，我們主要從幾個(gè)方面進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

一是原材料料門上采用了雙行程氣缸。這樣可以在上料過程中進(jìn)行粗精計(jì)量控制。通過先快后慢的原理，在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)可以達(dá)到要求的配料精度。

二是秤的卸料門上采用了兩道閥門的控制。為了減少干混計(jì)量攪拌過程中的粉塵，整個(gè)設(shè)備是相對(duì)封閉的，各個(gè)部分在各自運(yùn)行過程中氣壓是不一樣的，為了減少氣壓差對(duì)計(jì)量精度的影響采用雙閥門結(jié)構(gòu)控制。這種結(jié)構(gòu)減少其它設(shè)備對(duì)計(jì)量秤的影響，讓秤在計(jì)量過程中更穩(wěn)定。

三是計(jì)量控制部分采用了高精度專用配料儀表。專用配料儀表無論在數(shù)據(jù)讀取和配料控制上都比通用的可編程控制器有先天的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榕淞蟽x表?yè)碛懈叩倪\(yùn)算處理速度和更專業(yè)、更成熟穩(wěn)定的配料方案。

四是粉料和小料的計(jì)量采用了變頻控制。粉料在采用變頻器控制后，在計(jì)量上料的過程中可以采取變速上料過程，這樣使粉料更能滿足高速高精度的計(jì)量要求。

高精度的原材料配比加上高效的攪拌才能生產(chǎn)出合格的干粉產(chǎn)品。攪拌環(huán)節(jié)也是整個(gè)生產(chǎn)過程重要的一環(huán)。在攪拌時(shí)采用了變頻控制。在攪拌機(jī)剛開始投料時(shí)，采用低速攪拌，等各種原材料加入進(jìn)去后，采用高速攪拌，這樣在相同的攪拌時(shí)間內(nèi)，攪拌效果更好。有些特殊的添加劑，防止在攪拌中被破壞，要求更慢的攪拌速度，配備的變頻器也能滿足要求。

1.3 成品儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備及其生產(chǎn)流程

成品儲(chǔ)存和運(yùn)輸包括成品罐車散裝、成品包裝、成品倉(cāng)儲(chǔ)存和除塵等。生產(chǎn)流程如圖4。

圖4 成品儲(chǔ)備和運(yùn)輸設(shè)備生產(chǎn)流程

為了提高整套設(shè)備的生產(chǎn)效率，在攪拌機(jī)下料口設(shè)置了成品倉(cāng)中儲(chǔ)倉(cāng)，這也是成品存儲(chǔ)和運(yùn)輸設(shè)備要處理的對(duì)象。它們是否能及時(shí)有效地將成品料運(yùn)轉(zhuǎn)出去是影響干混設(shè)備效率的最后一環(huán)。在這部分控制中為了保證各個(gè)通道的換向閥開關(guān)通暢和到位，每個(gè)閥門都配備了開關(guān)門檢測(cè)信號(hào)。如果有換向閥故障或門被卡住，系統(tǒng)馬上報(bào)警提醒用戶及時(shí)解決，以免造成堵料。同時(shí)，各個(gè)料倉(cāng)都配備了阻旋式料位，實(shí)時(shí)檢測(cè)料倉(cāng)存料情況，料滿料空都能及時(shí)處理。

在包裝和散裝粉料時(shí)，除塵系統(tǒng)也是必不可少的。對(duì)散裝頭采用了隨動(dòng)式除塵方式：散裝頭開始工作時(shí)，除塵系統(tǒng)預(yù)先除塵；散裝頭結(jié)束工作時(shí)，除塵系統(tǒng)最后自動(dòng)完成現(xiàn)場(chǎng)收塵。保證只要散裝就有除塵，避免了粉塵污染。包裝除塵則采用了靈活的手動(dòng)除塵控制，在包裝時(shí)除塵系統(tǒng)一直工作，直至包裝完成。

2 根據(jù)各部分的控制特點(diǎn)采用集散式控制方式

整套設(shè)備控制采用以物料計(jì)量和攪拌為主、以備料、存料為輔的控制布局。計(jì)量攪拌主樓是控制核心，主控中心設(shè)置在計(jì)量攪拌主樓位置。主控中心除了控制原料的計(jì)量和攪拌外，也遠(yuǎn)程控制其它制砂、烘干、包裝和存儲(chǔ)等設(shè)備。同時(shí)，遠(yuǎn)端的各種設(shè)備狀態(tài)要實(shí)時(shí)反饋給主樓控制中心。制砂、烘干控制和包裝、散裝控制本身也是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制，在主控制許可情況下，它們能獨(dú)立完成相關(guān)設(shè)備的操控。這樣的操控方式既能保證整套設(shè)備控制的協(xié)調(diào)性、安全性，同時(shí)也兼顧遠(yuǎn)端設(shè)備操控的靈活性，在提高操控效率的同時(shí)也能保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

⑴計(jì)量和攪拌控制系統(tǒng)既有按鈕操作也有PC電腦操作，同時(shí)還有觸摸屏可以同步顯示操作。這些靈活多樣的操作方式，可以保證操作的方便快捷，也使整個(gè)系統(tǒng)具有一定的連貫性，安全可靠。計(jì)量和攪拌控制系統(tǒng)見圖5。

圖5 計(jì)量和攪拌控制系統(tǒng)

⑵系統(tǒng)低壓電器元件全部選用國(guó)際品牌施耐德的元器件，控制元件選用歐姆龍的PLC和功能模塊。質(zhì)量和使用壽命都有保證。實(shí)際完成的配電箱見圖6。

圖6 配電箱

⑶在烘干和制砂的備料控制中，采用相對(duì)獨(dú)立的控制，它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立操作的同時(shí)與主樓中的核心控制通過通訊連接。做到既可以現(xiàn)場(chǎng)操作，也可以遠(yuǎn)端監(jiān)控操作。制砂系統(tǒng)柜見圖7。

圖7 制砂系統(tǒng)柜

3 結(jié)語(yǔ)

這種集散式控制系統(tǒng)已經(jīng)在上我公司的干混砂漿生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)際使用效果較好，達(dá)到了當(dāng)初設(shè)計(jì)系統(tǒng)既要高效，也要穩(wěn)定的目的。實(shí)際使用證明，這種控制模式是一種穩(wěn)定高效的模式，是一種值得推廣的具有高穩(wěn)定性和可靠性的控制系統(tǒng)。