全自動樹脂混凝土攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

溫振剛，喬智，張恒久，扈春光，崔虎

（1.河北安泰可耐特冶金科技股份有限公司，河北 冀州 053200；2.積水可耐特（河北）環(huán)境科技有限公司，河北 冀州 053200）

全自動樹脂混凝土攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

溫振剛1，喬智2，張恒久2，扈春光2，崔虎2

（1.河北安泰可耐特冶金科技股份有限公司，河北 冀州 053200；2.積水可耐特（河北）環(huán)境科技有限公司，河北 冀州 053200）

本文對全自動生產(chǎn)樹脂混凝土的工藝進(jìn)行分析，確定全自動樹脂混凝土攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：以生產(chǎn)高品質(zhì)樹脂混凝土為前提，設(shè)計(jì)智能化、模塊化、節(jié)能環(huán)保的成套設(shè)備。通過對混凝土攪拌站及相關(guān)硬件、軟件的研究與學(xué)習(xí)，確定以PLC為控制器，WinCC為過程控制系統(tǒng)，結(jié)合全自動工藝要求，對系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)全自動樹脂混凝土攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對樹脂混凝土技術(shù)的發(fā)展具有積極意義。

樹脂混凝土；制動化；模塊化；節(jié)能環(huán)保；過程監(jiān)控

0 概述

樹脂混凝土是以聚合物作為膠結(jié)劑與骨料混合，通過聚合物作用而成的一種復(fù)合材料，它的強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕性、耐水性、抗凍性、減震阻尼性和電絕緣性等優(yōu)于普通的硅酸鹽混凝土，符合環(huán)境友好型生態(tài)混凝土的發(fā)展要求[1]，樹脂混凝土應(yīng)用于有色冶煉設(shè)備電解槽、市政工程給排水管道、鐵路枕木、通訊人孔等產(chǎn)品。由于樹脂混凝土操作工藝復(fù)雜，目前國內(nèi)樹脂混凝土制品廠家大多采用多環(huán)節(jié)人工操作，配制樹脂、骨料配比、樹脂和固化劑混合、樹脂混凝土攪拌，工藝環(huán)節(jié)分散、自動化程度低、開放式制作環(huán)境、大量人力投入。

面對激烈的市場競爭以及嚴(yán)峻的節(jié)能環(huán)保政策，如何開發(fā)設(shè)計(jì)出一種低成本、環(huán)保高效、高可靠性的 樹脂混凝土全自動攪拌設(shè)備成為企業(yè)生存的關(guān)鍵。樹脂混凝土全自動攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制，將極大的降低生產(chǎn)成本，提高效率與質(zhì)量，為樹脂混凝土行業(yè)的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 智能化設(shè)計(jì)

通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)，即生產(chǎn)過程自動化和管理調(diào)度科學(xué)化。PLC是當(dāng)今生產(chǎn)領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，在工業(yè)應(yīng)用中占有重要位置[2]。WinCC是工藝過程監(jiān)視系統(tǒng)中的人機(jī)界面組件，通過服務(wù)器軟件使PLC與WinCC數(shù)據(jù)聯(lián)通，WinCC監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控樹脂混凝土生產(chǎn)過程。PLC與WinCC技術(shù)的選用，集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。

1.2 高精度設(shè)計(jì)

樹脂混凝土對物料計(jì)量精度要求極高，選擇合適的智能儀表及傳感器，編輯完美的程序?qū)⒊蔀橄到y(tǒng)高精度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1.3 模塊化設(shè)計(jì)

在對一定范圍內(nèi)的不同功能、不同性能的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)一系列功能模塊，通過模塊組合，滿足不同種類樹脂混凝土的需求[3]。模塊化設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)中，每個工藝段的子系統(tǒng)都具備獨(dú)立運(yùn)行功能，對子系統(tǒng)進(jìn)行重新組合，滿足設(shè)備的不同需求。

1.4 節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)

改分散開放式工藝為集中封閉式，減少物料搬運(yùn)及粉塵及化學(xué)品揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

2 系統(tǒng)原理及構(gòu)成

2.1 工藝流程

完整生產(chǎn)過程：上料、儲料、配料、攪拌、出料。上料就是將原材料加入儲料倉進(jìn)行儲存；配料過程：E-1到E-4為石英砂儲料倉，料斗秤將重量傳遞給I1-I4稱重傳感器，信號轉(zhuǎn)化，數(shù)字部位顯示稱重值，達(dá)到配比重量，V1到V4蝶閥依次開啟，骨料通過管道輸送到E-10骨料攪拌室，E-9為功能填料倉，根據(jù)樹脂混凝土功能要求，加入抗沖擊、阻燃、導(dǎo)電等不同功能性填料；E5為基體樹脂儲罐、E-6為改性樹脂原料儲罐、E-7為添加劑儲罐，根據(jù)配方，按順序加進(jìn)E-11樹脂改性攪拌罐，每加入一種物料，需攪拌5 min，分散均勻；E-8為固化劑加料罐,加入固化劑后，攪拌8 min；改性樹脂放入E-12樹脂混凝土攪拌罐中；然后放入骨料一起攪拌15 min，完成樹脂混凝土的制備。進(jìn)入E-13卸料罐中，通過輸送設(shè)備，將混凝土輸送至制品模具中。見圖1。

2.2 設(shè)備原理

設(shè)備原理：首先啟動空壓機(jī)、攪拌主機(jī)等機(jī)構(gòu)，中控室內(nèi)I-12 WinCC控制系統(tǒng)將配方下發(fā)到I-11PLC，PLC按照設(shè)定的指令控制倉門上的開關(guān)、計(jì)量斗、流量計(jì)、卸料閥門等數(shù)控元件。石英砂儲料倉上的料斗秤將重量傳遞給稱重傳感器，將重量轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)微處理器處理后，數(shù)字部位顯示稱重值，達(dá)到配比重量，蝶閥開啟，骨料進(jìn)入骨料攪拌室。流量計(jì)、計(jì)量泵通過設(shè)定的流量后，電池閥關(guān)閉，物料進(jìn)入樹脂攪拌罐，攪拌8min后，進(jìn)入樹脂混凝土攪拌罐，攪拌15min，進(jìn)入卸料倉，完成樹脂混凝土的制作。PLC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動控制，WinCC視窗過程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝全程監(jiān)控。

圖1 樹脂混凝土制作工藝流程圖

2.3 設(shè)備組成

采用垂直式設(shè)計(jì)，共四層：四層為儲料；三層為配料；二層為攪拌；一層為卸料系統(tǒng)。中控室以計(jì)算機(jī)為中心的集中控制系統(tǒng)，控制和管理整個生產(chǎn)過程。具有以下特點(diǎn)：（1）低成本：骨料采用90°輸送角垂直輸送，節(jié)約占地面積、設(shè)備投資和土建費(fèi)用[4]。（2）節(jié)能：垂直式設(shè)計(jì)將物料一次提升最高層，由上至下自流，無需動力源。（3）環(huán)保：主體采用全封閉設(shè)計(jì)，阻止粉塵進(jìn)入周邊的大氣環(huán)境；骨料、樹脂采用管道封閉輸送；外排通氣管道設(shè)有活性炭過濾吸附，符合環(huán)保要求。（4）多功能：采用不同功能性填料，制備不同功能樹脂混凝土；清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)：將E-6罐中換為有機(jī)溶劑，流入E-11、E-12、E-13，實(shí)現(xiàn)清洗功能。靈活的模塊組合設(shè)計(jì)使該系統(tǒng)具備多功能性。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際工藝需求，對系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選型：

（1）PLC：選擇可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、通訊功能強(qiáng)大、擴(kuò)展模塊豐富的西門子公司S7-200系列控制器。

（2）智能儀表：稱量變送器采用高性能A/D轉(zhuǎn)換的飛博爾FB528；流量變送器采用西森FLVJ系列渦街流量計(jì)，精度高,不受流體溫度、粘度等影響。

（3）傳感器：稱重傳感器采用精度高、強(qiáng)度好的PT650電子稱重顯示器；渦街流量傳感器采用故障率低，與之配套的LUGB-21/ZX。

（4）控制電柜：電網(wǎng)電壓波動及攪拌大功率電機(jī)脈沖，采取光電隔離和繼電器隔離技術(shù)，將計(jì)算機(jī)和電氣系統(tǒng)隔離。對繼電器輸出信號再經(jīng)中間繼電器驅(qū)動交流接觸器。繼電器選用歐姆龍產(chǎn)品，操作按鈕及斷路器選用施耐德產(chǎn)品。

3.2 軟件方案設(shè)計(jì)

（1）控制系統(tǒng)：PLC程序采用STEP7梯形圖編寫，程序設(shè)計(jì)采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)擴(kuò)展。編輯過程盡可能采用軟件代替大量的中間繼電器等器件，減少因觸點(diǎn)接觸不良造成的障礙?？刂葡到y(tǒng)采用手動、半自動、自動和空位。手動過程是應(yīng)急操作或測試用，每按一鍵，完成一個操控動作；按下“半自動”啟動鍵，系統(tǒng)每個模塊單獨(dú)運(yùn)行；系統(tǒng)進(jìn)入“全自動”狀態(tài)，物料自動配比，按程序完成全部過程攪拌，卸料；在空擋狀態(tài)時(shí)，上層監(jiān)控系統(tǒng)對控制電路不起作用。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)：選用西門子WinCC，包括系統(tǒng)菜單、生產(chǎn)流程、配方管理、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警管理、幫助7個過程畫面。運(yùn)用WinCC軟件，將倉門狀態(tài)、物料重量、流量、攪拌時(shí)間等數(shù)據(jù)顯示界面上，按照WinCC組態(tài)流程，添加驅(qū)動程序，通過OPC軟件連接PLC，對生產(chǎn)過程畫面進(jìn)行組態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控。提供安全、質(zhì)量保障。

圖2 生產(chǎn)流程界面

4 總結(jié)

本文描述了現(xiàn)有樹脂混凝土制作的概況，市場對全自動生產(chǎn)設(shè)備的迫切需求，分析了全自動生產(chǎn)樹脂混凝土的工藝，對攪拌系統(tǒng)提出了具體要求，以PLC為控制器，WinCC為過程控制系統(tǒng)，通過硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全自動樹脂混凝土攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，打破歐美技術(shù)壟斷，對中國樹脂混凝土技術(shù)的發(fā)展具有積極意義。

[1] 王赟. 樹脂混凝土制備及力學(xué)性能研究進(jìn)展[J]. 硅酸鹽通報(bào)，2013.32(10):2080~2083.

[2] 周秀君. 基于PLC的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2008.

[3] 倪小青. 模塊式混凝土攪拌站設(shè)計(jì)技術(shù)[J]. 建筑機(jī)械，2010.7:114~120.

[4] 張瑞軍. HZS120型混凝土攪拌站的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 工程機(jī)械，2008.7(39):17~19.

TG502.3

A

1671-0711（2016）07（上）-0062-02