強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的運(yùn)行工藝原理探究

王英杰 王垚 范寶慶

摘 要：以強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站為對(duì)象，針對(duì)拌制混凝土的過(guò)程，在簡(jiǎn)要闡述強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站工藝原理的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的電氣控制系統(tǒng)的功能要求、設(shè)計(jì)思路和安裝要點(diǎn)進(jìn)行探究總結(jié)，以期提高強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝水平，為強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的高效拌制混凝土、安全生產(chǎn)拌制混凝土提供更有力的支持。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站；拌制混凝土，工藝原理；電氣控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U415? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0113-03

1 強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站工藝原理

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站由原材料運(yùn)輸系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、強(qiáng)制振動(dòng)攪拌系統(tǒng)、倒料系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)等五絕大設(shè)備構(gòu)成[1]。

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的優(yōu)點(diǎn)在于：①能夠有效保證骨料的級(jí)配以及各原材料間的配比精度，從而更好地保證成品料的拌合質(zhì)量與材料性能。②其生產(chǎn)過(guò)程也更具靈活性，能夠根據(jù)實(shí)際用料需求隨時(shí)調(diào)整骨料級(jí)配和油石比，從而最大限度保證成品料的性能指標(biāo)符合實(shí)際用料需求。

其缺點(diǎn)主要是在相同的生產(chǎn)能力水平下，此種生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)能耗較高、工藝流程較長(zhǎng)，且粉塵類(lèi)污染物產(chǎn)生量較大。為保證生產(chǎn)過(guò)程符合環(huán)境保護(hù)法的相關(guān)要求，往往需要設(shè)置高效率的除塵裝置。因此，強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的建設(shè)投資普遍較高[2]。

2 強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)的功能要求

為滿足自動(dòng)化生產(chǎn)需求，需要強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的電氣控制系統(tǒng)具備以下3個(gè)基本功能。

2.1 自動(dòng)測(cè)量功能

一方面，可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)物料質(zhì)量的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化測(cè)量，以此保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)投料量的準(zhǔn)確性，確保各原材料間的配比精準(zhǔn)且與生產(chǎn)要求一致，從而保障成品料的拌合質(zhì)量和材料性能。另一方面，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備電壓、電流、功率、頻率等運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量，以此幫助設(shè)備操控人員準(zhǔn)確了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，確保生產(chǎn)過(guò)程的安全系[3]。

2.2 自動(dòng)控制功能

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站普遍占地面積較大，且耗電量較高，因此其電氣系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備通常具有較大的體積。出于對(duì)操作安全性的考慮，強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站大多采用操作系統(tǒng)來(lái)控制高電壓、大電流開(kāi)關(guān)設(shè)備的分閘與合閘，并要求在生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，操作系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行分閘操作，及時(shí)斷開(kāi)電路，保證設(shè)備和人員的安全。而想要實(shí)現(xiàn)上述功能需求，必然需要一套具備自動(dòng)控制功能的電氣控制系統(tǒng)。

2.3 自動(dòng)保護(hù)功能

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中，難免會(huì)因?yàn)榫€路老化、零部件磨損、生產(chǎn)負(fù)荷過(guò)大等原因而發(fā)生運(yùn)行異?；蚬收系那闆r。若未能在第一時(shí)間對(duì)異常設(shè)備或故障設(shè)備進(jìn)行有效處理，很容易造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞或人員傷亡等后果。

因此，為保證設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程的安全性，需要的電氣控制系統(tǒng)具備設(shè)備保護(hù)功能，能夠在檢測(cè)設(shè)備異?；蚬收系牡谝粫r(shí)間，自動(dòng)做出斷電停機(jī)、報(bào)警提示等一系列保護(hù)動(dòng)作，以此有效保護(hù)設(shè)備及人員的安全。

3 強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)階段，強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)大多采用S7-300系列PLC作為主控器，分布式I/O作為信號(hào)采集和輸出控制裝置，由此構(gòu)成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)既能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的單臺(tái)啟?；蚪M合啟停，也能夠?qū)Ω鏖_(kāi)關(guān)量和模擬量進(jìn)行自動(dòng)化管理，還能夠借助通信模塊與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)各生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同管理，其管理控制功能如圖1所示[4]。

3.1 PLC選型設(shè)計(jì)

在PLC控制器方面，可選用SIMATIC S7-300系列PLC。該型號(hào)PLC由CPU315-2DP（即帶DP口）和四個(gè)分布式I/O輸入輸出控制模塊組成。

作為整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的控制核心，PLC主要具有以下功能作用：一是協(xié)調(diào)從站間的各項(xiàng)工作。二是負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的邏輯控制和PID調(diào)節(jié)的運(yùn)算控制。三是向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上傳采集、處理數(shù)據(jù)，并執(zhí)行工業(yè)控制計(jì)算機(jī)下達(dá)的各項(xiàng)操控指令。四是將PID運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并將其作為調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率的控制信號(hào)。五是利用DP協(xié)議和通信模塊對(duì)變頻器內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)和調(diào)控。

3.2 設(shè)置工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

在強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的操控室內(nèi)設(shè)置一臺(tái)高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)操控需求進(jìn)行相應(yīng)的配置。通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的整體實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)的反饋操作。

在電氣控制系統(tǒng)中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的功能作用主要有：①利用多幅多種監(jiān)控頁(yè)面，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。主監(jiān)控頁(yè)面主要顯示工藝流程動(dòng)態(tài)圖、關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面，以及設(shè)備運(yùn)行電壓、電流、溫度等關(guān)鍵性信息。其他工作頁(yè)面主要顯示生產(chǎn)參數(shù)、生產(chǎn)報(bào)表、電機(jī)自動(dòng)啟停監(jiān)控信息、故障報(bào)警顯示等信息。電機(jī)狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面主要顯示拌合站過(guò)載、故障等電機(jī)狀態(tài)。棒狀圖頁(yè)面主要顯示設(shè)備各模擬量的設(shè)定值及當(dāng)前值開(kāi)度等信息。②根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)的操控程序或生產(chǎn)技術(shù)人員根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)情況，作出的設(shè)備調(diào)控決策，向PLC下達(dá)具體的操控指令，以此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的合理調(diào)控。

3.3 設(shè)置冷骨料加熱燃油控制器

針對(duì)冷骨料加熱燃油控制器，可采用串級(jí)控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)燃油流量、骨料溫度等參數(shù)的采集和調(diào)控。

設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將燃油流量作為內(nèi)環(huán)PID控制環(huán)節(jié)，將骨料溫度作為外環(huán)PID控制環(huán)節(jié)，即以溫度控制器輸出值作為燃油流量控制器設(shè)定值，以燃油流量控制器輸出值調(diào)控燃油管線調(diào)節(jié)閥，這樣便可利用溫度控制器來(lái)削弱燃料油熱質(zhì)、原料成分、原料入口流量等因素的影響。

利用流量控制器來(lái)削弱燃料油壓力對(duì)原料油出口溫度的干擾，從而最大限度保證冷骨料加熱烘干裝置溫度控制的響應(yīng)及時(shí)性和工作穩(wěn)定性，提高控制品質(zhì)。冷骨料加熱燃油控制器串級(jí)控制框圖如圖2所示。

3.4 通訊連接設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)通信方面主要采用以下兩種設(shè)計(jì)方式：一是PLC與I/O模塊間采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通信。二是PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間采用以太網(wǎng)通信，即在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中安裝TP-LINK，在PLC中安裝CP343-1，然后利用工業(yè)雙絞線將二者進(jìn)行物理連接。

3.5 主電源回路設(shè)計(jì)

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的供電線路主控空氣開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)配線端子后，分配到各路分路空氣開(kāi)關(guān)，再由分路空氣開(kāi)關(guān)連接變頻器、接觸器等電氣元件，以此構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)的整個(gè)電源回路。

在進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)元件選型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求：一是冷級(jí)配機(jī)電機(jī)、提升機(jī)電機(jī)均應(yīng)采用變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)。二是30 kW及以上功率的電機(jī)，應(yīng)采用的自耦降壓式或星-三角式驅(qū)動(dòng)。三是其他常規(guī)電機(jī)可采取直接啟動(dòng)[5]。

4 強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)安裝要點(diǎn)

4.1 電路安裝要點(diǎn)

在強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的電氣控制系統(tǒng)電路安裝時(shí)，必須以“由高到低、從出到進(jìn)、先到位后接線”為基本原則，進(jìn)行電源電路分槽布設(shè)、接線安裝施工。

在電路安裝時(shí)還應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn)的把控：①應(yīng)及時(shí)將已經(jīng)綁扎好的各類(lèi)線纜從預(yù)留線孔中拉出，其中包含有傳感線、電源線、感應(yīng)控制線等。②按照安裝說(shuō)明和線纜上的標(biāo)志，對(duì)各類(lèi)線纜的排布情況進(jìn)行梳理，明確每根線纜的走向。③遵循“由高到低、從出到進(jìn)”的原則，逐級(jí)、有序地將各類(lèi)線纜沿通道或線槽拉至與電氣元件進(jìn)行接線的準(zhǔn)確位置。④接線時(shí)必須保證槽平線直且線簇綁扎牢固。⑤接線時(shí)，應(yīng)保證走線具備一定的規(guī)律，控制柜出線口應(yīng)有標(biāo)有明示線纜功能屬性的標(biāo)識(shí)，線纜之間、線纜與電氣元件之間的連接應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的牢固性要求。⑥待電氣控制系統(tǒng)各類(lèi)線纜接頭全部連接完畢并滿足質(zhì)檢要求后，方可將其與配電房、控制柜的供電線路進(jìn)行連接[6]。

4.2 動(dòng)力電源布線要點(diǎn)

因強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站包含較多大功率設(shè)備，所以其動(dòng)力電源線的截面積也比較大。同時(shí)，受眾多控制元件的影響，很多線路都需要受到制式瀝青拌合站總動(dòng)力電源的控制，因此，在進(jìn)行強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站動(dòng)力電源線布線和連接施工時(shí)，需要對(duì)電源線的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和把控，確保電源線本身不存在斷路問(wèn)題。

布線作業(yè)時(shí)還應(yīng)保證電源布局的合理性，其不僅要滿足正常情況下電氣控制系統(tǒng)及生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行用電需求，還應(yīng)考慮特殊情況下的用電需求。在動(dòng)力電源布設(shè)時(shí)，設(shè)置500 kVA和150 kVA兩種變壓器，前者主要負(fù)責(zé)正常工況下，生產(chǎn)設(shè)備和電力控制系統(tǒng)的供電工作；后者則主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)檢修情況下的供電工作。這種電源布設(shè)方式既能夠確保不同條件下的供電效果，還能夠有效降低變壓器的空號(hào)率。

在進(jìn)行動(dòng)力電源布設(shè)安裝時(shí)，可通過(guò)安裝電力穩(wěn)壓設(shè)備的方式，避免電壓不穩(wěn)現(xiàn)象對(duì)電力控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的干擾，以此保證生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和生產(chǎn)過(guò)程的安全性。通常情況下，電力穩(wěn)壓設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)≤0.5 s。

4.3 接地保護(hù)裝置安裝要點(diǎn)

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站包含較多的大電流、高功率電氣設(shè)備，且生產(chǎn)設(shè)備大部分處于室外，因此電氣設(shè)備的防雷接地保護(hù)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，所以，在進(jìn)行強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)安裝時(shí)，必須保證接地保護(hù)裝置的安裝質(zhì)量。應(yīng)注重以下安裝要點(diǎn)的把握：

一是供電接地保護(hù)方面。若設(shè)備采用TT供電制式，則進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)及各類(lèi)電氣設(shè)備安裝時(shí)，需要對(duì)拌合站的金屬構(gòu)架及電氣元件金屬外殼做可靠接地保護(hù)。若設(shè)備采用TN-C供電制式，需要對(duì)拌合站的金屬構(gòu)架及電氣元件金屬外殼做可靠接地保護(hù)和可靠接零保護(hù)；若設(shè)備采用TN-S或TN- C-S供電制式，僅需將拌合站的金屬構(gòu)架及電氣元件金屬外殼可靠連接到電源保護(hù)線上。無(wú)論采用哪種供電制式，其接地電阻都必須≤4Ω。

二是防雷保護(hù)方面。拌合站高點(diǎn)位置必須安裝避雷針，并保證拌合站所有電氣元件均處于避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)。電氣控制系統(tǒng)的防雷接地裝置引下線，必須采用橫截面積≥16 mm2且?guī)в薪^緣保護(hù)外皮的銅質(zhì)導(dǎo)線。防雷裝置接地點(diǎn)設(shè)置位置與其他接地點(diǎn)設(shè)置位置間的距離應(yīng)≥20 m，且應(yīng)位于無(wú)行人或設(shè)施的地方，防雷裝置接地點(diǎn)接地電阻應(yīng)≤30 Ω。

4.4 系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)

強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)安裝完畢后，應(yīng)及時(shí)對(duì)其開(kāi)展運(yùn)行調(diào)試工作，以確保其處于最佳工作狀態(tài)，各項(xiàng)功能得以有效發(fā)揮。

在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)注意以下項(xiàng)目的檢查和調(diào)試：一是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的電壓情況。二是電源配置的合理性。三是各電機(jī)的啟?？刂魄闆r和運(yùn)轉(zhuǎn)情況。四是各部件對(duì)控制系統(tǒng)操控指令的響應(yīng)速度和執(zhí)行質(zhì)量[7]。

5 結(jié)束語(yǔ)

為使強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站電氣控制系統(tǒng)具備自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù)等基本功能，在進(jìn)行拌合站電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確其總體設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并掌握系統(tǒng)安裝的技術(shù)要點(diǎn)，從而確保電氣控制系統(tǒng)基本功能的有效發(fā)揮以及強(qiáng)制振動(dòng)式混凝土拌合站的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

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