拌和系統(tǒng)傳感器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

余淑娟，王偉鵬

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司第五分局，四川彭山 620860)

1 概述

安谷水電站拌和系統(tǒng)位于廠壩樞紐右岸，主要承擔(dān)廠壩樞紐土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程總計(jì)約214萬(wàn)m3混凝土的生產(chǎn)任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)混凝土生產(chǎn)能力為14萬(wàn)m3/月，配備HZ120-2F3000自落式拌和站、HL240-4F3000L 自落式拌和樓和HL240-2S3000L 強(qiáng)制式拌和樓各一座，合計(jì)生產(chǎn)能力為600 m3/h。

拌和系統(tǒng)稱(chēng)量精度是決定混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵因素，是拌和樓生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的核心。在拌和樓生產(chǎn)過(guò)程中，由于受濕度大、外加劑腐蝕、粉塵等惡劣環(huán)境影響，傳統(tǒng)的拌和樓稱(chēng)量傳感器經(jīng)常發(fā)生人工難以發(fā)現(xiàn)的非線性故障，導(dǎo)致骨料、粉煤灰、水泥等稱(chēng)量誤差偏大，嚴(yán)重影響拌和系統(tǒng)稱(chēng)量精度及混凝土質(zhì)量。在安谷水電站拌和系統(tǒng)中，通過(guò)采用傳感器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，有效地解決了由于傳感器非線性故障而引起的稱(chēng)量誤差，保證了所生產(chǎn)混凝土的質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)稱(chēng)量系統(tǒng)工作原理分析

傳統(tǒng)拌和樓稱(chēng)量系統(tǒng)主要由傳感器、傳感器電源盒(內(nèi)置放大器)、屏蔽線、信號(hào)調(diào)理板(濾波)、工控機(jī)等構(gòu)成。

圖1為拌和樓傳統(tǒng)傳感器信號(hào)采集回路原理接線圖。圖中，CH0、CH1...為信號(hào)調(diào)理板的信號(hào)通道0、通道1...，各通道均有兩個(gè)接線端，對(duì)應(yīng)為A1/A2、A3/A4等;V+、V-為3個(gè)傳感器輸出信號(hào)放大后的電壓信號(hào)，反饋至信號(hào)調(diào)理板;E+/E-為傳感器輸入信號(hào)接線端，S +/S-為傳感器輸出信號(hào)接線端。

傳統(tǒng)稱(chēng)量系統(tǒng)工作原理為:稱(chēng)量料斗對(duì)稱(chēng)安裝三只S 型傳感器，各傳感器的輸入輸出信號(hào)通過(guò)4芯屏蔽線傳輸。在傳感器電源盒中，輸入信號(hào)線接E+/E-，輸出信號(hào)接S +/S-。傳感器電源盒通過(guò)～12.5 V 交流電源供電，傳感器電源盒內(nèi)置放大器，起信號(hào)放大作用，V +/V-為3個(gè)傳感器輸出信號(hào)并聯(lián)疊加處理后的電壓信號(hào)，通過(guò)2芯屏蔽線，接工控機(jī)內(nèi)部信號(hào)調(diào)理板的信號(hào)通道CH0，信號(hào)調(diào)理板對(duì)信號(hào)主要起濾波作用，濾波后的信號(hào)經(jīng)工控機(jī)的A/D 轉(zhuǎn)換等處理后，在工控機(jī)操作界面(生產(chǎn)管理控制系統(tǒng))顯示測(cè)量數(shù)據(jù)(稱(chēng)量值)。

本稱(chēng)量系統(tǒng)工作原理存在缺陷。由于3個(gè)傳感器輸出信號(hào)并聯(lián)疊加處理，工控機(jī)數(shù)據(jù)采集處理的是3個(gè)傳感器測(cè)量信號(hào)的疊加值(端子V+/V-輸出)，若其中某一個(gè)傳感器出現(xiàn)非線性故障，將造成很大的測(cè)量誤差。而工控設(shè)備和操作人員很難發(fā)現(xiàn)傳感器的非線性故障，稱(chēng)量誤差將持續(xù)存在，嚴(yán)重影響拌和樓計(jì)量精度及混凝土質(zhì)量。

為解決傳統(tǒng)稱(chēng)量系統(tǒng)中傳感器非線性故障難以監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，在安谷水電站拌和系統(tǒng)首次采用了傳感器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，有效地解決了由傳感器非線性故障引起的稱(chēng)量誤差，保證了所生產(chǎn)混凝土的質(zhì)量。

3 傳感器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)

傳感器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用稱(chēng)量系統(tǒng)傳感器新型輸出信號(hào)采集回路技術(shù)，通過(guò)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)拌和系統(tǒng)稱(chēng)量傳感器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)非線性故障傳感器進(jìn)行報(bào)警。

圖1 傳統(tǒng)傳感器輸出信號(hào)采集原理接線圖

其工作原理為:傳感器工作時(shí)，每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)采集、放大、濾波輸入至工控機(jī)，工控機(jī)內(nèi)部進(jìn)行A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換及運(yùn)算處理后，在拌和樓(站)生產(chǎn)管理系統(tǒng)畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示出每個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)及其疊加值(稱(chēng)量值)。由于傳感器為對(duì)稱(chēng)位置安裝，測(cè)量數(shù)據(jù)在理想狀態(tài)下相同，工控程序通過(guò)對(duì)傳感器測(cè)量信號(hào)的運(yùn)算比較，對(duì)誤差超過(guò)允許范圍時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)非線性故障的傳感器并提示操作人員進(jìn)行處理，以保證稱(chēng)量精度。

3.1 稱(chēng)量系統(tǒng)傳感器新型輸出信號(hào)采集回路

拌和樓新型稱(chēng)量系統(tǒng)傳感器信號(hào)采集回路原理接線如圖2所示。

稱(chēng)量料斗上的傳感器1、傳感器2和傳感器3分別獨(dú)立對(duì)應(yīng)接傳感器電源盒1、傳感器電源盒2和傳感器電源盒3，每個(gè)傳感器電源盒由～12.5 V 交流電源供電，傳感器電源盒(內(nèi)置放大器)為傳感器提供工作電壓并對(duì)輸出信號(hào)起放大作用，每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)各自傳感器電源盒放大后，接至信號(hào)調(diào)理板不同的通道CH0、CH8、CH10，即每個(gè)傳感器設(shè)置獨(dú)立的信號(hào)采樣和處理回路。

3.2 生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

拌和樓生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制拌和系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行。傳感器的稱(chēng)量信號(hào)在放大、濾波后，經(jīng)過(guò)模擬量輸入板(A/D 轉(zhuǎn)換)進(jìn)入工控機(jī)，3個(gè)傳感器稱(chēng)量信號(hào)的疊加、比較等數(shù)據(jù)處理，均在生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)內(nèi)部完成。

生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集每個(gè)傳感器的稱(chēng)量信號(hào)，并將采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生產(chǎn)畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示各傳感器信號(hào)值、反饋料斗的稱(chēng)量數(shù)據(jù)以及傳感器運(yùn)行情況。在實(shí)際應(yīng)用中，技術(shù)人員可根據(jù)生產(chǎn)需求對(duì)傳感器故障報(bào)警的誤差范圍進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整;同時(shí)，在拌和系統(tǒng)校秤時(shí)，生產(chǎn)管理自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)傳感器稱(chēng)量進(jìn)行調(diào)零和校正，即每個(gè)傳感器得到獨(dú)立的分秤數(shù)和分度數(shù)，該參數(shù)可作為拌和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)計(jì)算傳感器信號(hào)誤差的參考值和基準(zhǔn)值。

4 結(jié)語(yǔ)

圖2 新型傳感器信號(hào)采集回路原理接線圖

拌和系統(tǒng)傳感器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)已成功應(yīng)用于安谷水電站。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能對(duì)傳感器非線性故障進(jìn)行報(bào)警，極大地方便了檢修和維護(hù)人員，保證了拌和系統(tǒng)的稱(chēng)量精度，確保了混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用新型專(zhuān)利目前已被國(guó)家專(zhuān)利局受理，技術(shù)的應(yīng)用和推廣可為相關(guān)領(lǐng)域的傳感器應(yīng)用提供參考和借鑒。

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