CN103203802A - 加气混凝土生产线称重搅拌控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，包括：送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块、报警器、远程故障诊断模块和信息管理模块。采用本发明系统，现场的技术工人可以通过工控机实现实时地监控管理，上级也能在办公室掌握生产状态和生产情况。另外，系统提供的远程访问编程与诊断的功能，远在千里之外的设备厂家可以足不出户对设备进行访问与故障诊断。

Description

加气混凝土生产线称重搅拌控制系统

技术领域

本发明属于搅拌机自动化控制技术领域，特别是一种加气混凝土搅拌站的控制设备与系统。

背景技术

加气混凝土是一种新型的墙体建材，它的独特之处在于它是一种非常轻型的保温隔热新型建筑墙材。加气混凝土的最大优势就是节约土地资源，不用浪费大量的耕地，而且它的原料来源非常地广泛，灰沙，矿渣，粉煤灰和煤矸石等都是做加气混凝土的原材料，而且加气混凝土的性能特点非常的优越，有非常好的可加工能力和隔热保温能力，而且可塑性非常的强，可刨可锯，有非常好的加工特性。加气混凝土是集承重和绝热为一身的多功能材料，根据目前的国家节能标准，唯有使用加气混凝土，才能做到单一材料达标的要求。因此，加气混凝土制品成为今后墙体材料的首选，有着巨大的发展潜力。

加气混凝土智能化生产线成套设备包括原材料处理与制备系统、称重搅拌系统、吊装系统、浇注成型系统、切割系统、物流系统、蒸压养护系统、坯体分离系统、包装系统。其中，称重搅拌系统是整个生产线的核心，是成品好坏的关键。国外的加气混凝土生产线称重搅拌系统比较智能化与精密化，不过结构非常复杂，一般的生产工人很难进行操作，对工人的技能有很高的要求。而且非常昂贵。国内加气混凝土生产线配料搅拌系统价格虽然较国外便宜，但是智能化与精密度不高，很难达到生产的要求，它的问题主要有以下几个方面：（1）料斗门或螺旋给料器的动作滞后时间和空中余料（冲量）的随机变化导致配料误差过大；（2）现有加气混凝土生产线称重搅拌控制系统称重部分的原理是由传感器及变频器产生的代表重量的电信号经信号放大模块后再由单片机采集，这种控制方式信号干扰大、故障率高；（3）现有加气混凝土生产线称重搅拌控制系统的数据库不够完善，加气混凝土配方数据库和生产工艺数据库功能不够完善，不能对原料的配比进行编辑；（4）现有加气混凝土生产线称重搅拌控制系统没有生产管理子模块，无法对系统进行实时管理；（5）现有加气混凝土生产线称重搅拌控制系统的供水系统使用水泵直接供水，自动化程度低，误差比较大；（6）现有加气混凝土生产线称重搅拌控制系统的加热系统采用的供热水的方式，浪费资源；（7）现有加气混凝土生产线称重搅拌系统不能进行远距离访问编程与故障诊断。

发明内容

本发明的目的在于采用模块化设计，克服现有技术之不足，提高系统的智能化程度和精确度，提供一种结构紧凑，智能化程度高，可操作性强，方便进行生产管理，并且具有开放性且易维护、易清理，能够满足加气混凝土配料搅拌自动化要求的智能加气混凝土搅拌站控制系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，包括：送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块，还包括远程故障诊断模块和信息管理模块；信息管理模块调用生产所需配方，送料模块根据配方将物料送到称重计量模块，称重计量模块对物料进行称重处理后，送到搅拌机中，供水模块给搅拌机进行供水；搅拌机中物料配完之后，温度控制模块检测搅拌机中物料的温度，温度低于搅拌所需温度时，供热模块对搅拌机中的物料加热，进行搅拌；送料模块、称重计量模块、温度控制模块、供水模块通过RS-485总线接入工业控制计算机；工业控制计算机与上层管理计算机通过工业以太网，形成计算机网络，对加气混凝土生产线称重搅拌控制系统的送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块进行集中管理；远程故障诊断模块包括服务端和用户端 ，服务端通过在Internet上建立的VPN通道对用户端进行故障诊断。 

送料模块采用变速送料输送物料，先高速送料，当物料重量达到标重的80%时，采用低速送料；送料模块包括可编程控制器、伺服驱动器、轴编码器、伺服电机、输送带；伺服电机主轴一端通过联轴器接到输送带的驱动轴上；轴编码器安装在伺服电机的主轴上，将伺服电机的主轴转速作为同步信号采集到伺服驱动器中；伺服驱动器通过通讯线连接到可编程控制器上，伺服驱动器的脉冲输入接口接受可编程控制器发来的脉冲序列，进行速度的控制。

供水模块包括水泵、水箱、流量计、可编程控制器和伺服控制阀门；伺服控制阀门由伺服电机、伺服驱动器和阀门组成，伺服电机的主轴和阀门活塞杆通过齿轮连接，伺服驱动器控制伺服电机工作；水泵从水箱将水通过水管抽到伺服控制阀门处，伺服控制阀门的可编程控制器通过伺服驱动器给伺服电机发送指令，伺服电机驱动活塞对阀门进行开合。

供热模块将加气混凝土生产线中蒸压釜排出的废蒸气通入到浇注搅拌机内，对浇注搅拌机内的物料进行供热。

远程故障诊断模块中，服务端设备包括用于工程师站的PC机、SCALANCE S612安全模块、用于进行安全远程访问的VPN路由器，服务端各设备连接到以太网上；客户端设备包括用于进行安全无线在线连接的MD741-1 GPRS路由器，MD741-1 GPRS路由器和现场设备连接到工业以太网；现场设备为送料模块、称重计量模块、温度控制模块和供水模块；现场设备的可编程控制器采用西门子S7-300可编程控制器；可编程控制器上带有CPU 315-2DP模块和CP 343-1 Lean通讯模块；服务端的SCALANCE S612安全模块可与客户端的MD741-1 GPRS路由器在Internet上建立一VPN通道，客户端给服务端提供访问权限后，服务端对客户端进行远程故障诊断与维护。

信息管理模块包括配方管理模块、外部数据库、生产工艺管理模块；配方管理模块用于对加气混凝土的配方进行管理编辑；外部数据库用于存储常用加气混凝土的配方以及相应地生产工艺；生产工艺管理模块用于对不同加气混凝土配方对应的生产工艺进行管理编辑。

本发明加气混凝土称重搅拌控制系统，还包括报警器，报警器与称重计量模块的可编程控制器连接；当称重计量模块测得的物料实际值与配方值误差过大时，报警器进行报警。 

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明最显著的特点是通过Internet实现了对系统的远程编程访问和故障诊断，服务端的SCALANCE S612安全模块可与客户端的MD741-1 GPRS路由器在Internet上建立一个VPN通道，这样就使得服务端和客户端相当于在一个局域网内，服务端获得客户端提供的访问权限以后，就可以轻松访问客户端，对客户端进行远程故障诊断与维护，也可给客户端提供技术支持，更新系统的技术软件；（2）安装在物料输送机驱动轴上的伺服电机代替了传统的三相异步电机，可以自由地控制输送机的传输速度，准确地对输送机进行启停控制，装置运行平稳，输送物料均匀，消除共振，成本低，可靠性好；（3）供水模块采用类似于送料模块的控制方式，可编程控制器加伺服电机加流量计组合的控制方式代替传统的水泵直接供水的方式，使供水系统更加精确；（4）供热模块采用通蒸汽的方式代替传统通热水的方式，节约了大量的资源，杜绝了资源浪费，精确度更高，可靠性更强；（5）系统提拱了配方管理数据库和生产管理数据库，方便用户进行查阅，并且数据库可以供用户进行编辑、添加、删除、修改、查询，更加方便，更加人性化。

附图说明

图1是系统结构框图。

图2是加气混凝土生产线称重搅拌系统结构总图。

图3是物料输送机和供水系统伺服控制简图。

图4是远距离访问编程与故障诊断网络拓扑图。

图5是信息管理系统结构简图。

具体实施方式

本发明加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，包括：送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块、报警器、远程故障诊断模块和信息管理模块；硬件包括：工业控制计算机、上层管理计算机、外部数据库、压力传感器、温度传感器、西门子PLC、西门子称重模块、西门子温度模块、西门子通讯模块、流量计、伺服电机及配套设备，包括ADSL路由器、GPRS路由器、交换机在内的通讯设备。送料模块、称重计量模块、温度控制模块、供水模块通过RS-485总线接入工业控制计算机；工业控制计算机与上层管理计算机通过工业以太网，形成计算机网络，对系统进行管理。西门子通讯模块通过2×8针RJ-45插口连接到工业以太网。远方的设备厂家通过Internet访问系统，实现远程访问编程、故障诊断。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，包括工业控制计算机、送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块、报警器、远程访问与故障诊断模块和信息管理模块。

结合图2，系统包括底层的现场设备，中间层的工业控制计算机，上层管理计算机。现场设备包括送料模块，称重计量模块，温度控制模块，供水模块等。现场的设备通过可编程控制器的RS-485接口连接到工业控制计算机上。工业控制计算机里装有西门子组态软件WIN-CC,代替了传统的PLC+触摸屏的控制方式，既起到了监控的作用，又能与上层管理计算机通讯，形成计算机网络，对系统实现管理的作用。更加安全，更加可靠。另外，工业控制计算机还与外部数据库相连。外部数据库包括配方管理数据库，生产工艺管理数据库，原材料管理数据库。数据库是以安装盘的方式连带产品一起给客户的，方便客户的查询。另外，客户对数据库进行编辑，包括添加、删除、修改等功能。设备厂家也可以在线对数据库进行修改，根据市场需求和用户需要，实时的更新数据库。工业控制计算机的上端连入工业以太网，使整个系统集于一个局域网内，方便上层监控生产流程和生产情况。所述的工业以太网连有GPRS路由器，与设备厂家的SCALANCE S612模块在Internet上建立一个VPN通道，使设备厂家与系统通讯。当系统出现故障或者需要提供技术支持的时候，用户可以为设备厂家提供访问权限，设备厂家获得访问权限之后，通过建立的VPN通道，就可以轻松访问系统，对系统出现的故障进行诊断与排除，并且为用户提供技术支持，为系统以后正常平稳的运行提供了保障。

结合图3，所述的送料模块采用变速的送料方式，先高速送料，当物料重量达到标重的80%左右的时候，采用低速送料的方式。系统设备包括输送带、托轮、驱动装置、可编程控制器、伺服电机、伺服驱动器、主轴编码器。驱动装置的主轴与伺服电机的主轴通过联轴器相连，主轴编码器置于伺服电机的主轴上。伺服电机通过光缆连在伺服驱动器上，伺服驱动器对伺服电机进行设置。控制伺服电机上安有一个位控模块，控制方式为位置控制方式，靠控制器发送脉冲的频率来控制速度。脉冲频率越高，速度越快。所述的可编程控制器选用西门子S7-200系列PLC CPU224XPCN,这种型号的PLC除了带有输入输出点外。还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，这一型号PLC所具有的模拟量模块，能够满足控制伺服电机的需要。具体的为PLC输出模拟量，并连接到伺服驱动器的模拟量输入接口。伺服驱动器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。

所述的供水模块加装有一个伺服控制阀门，阀门的开度通过PLC和伺服电机来控制。该伺服控制阀门采用丝杠进行传动，包括有活塞、丝杠、齿轮一对，相应的控制设备包括伺服电机、PLC、伺服驱动器。

供水模块柔性智能控制的方法具体的实施方式为通过流量计读出单位时间内水的流量为q（m3），系统设定的水的需求量为Q（m3），运用公式（时间）t=Q/q，求出供水时间，PLC的定时器对供水时间进行设定。当达到预定的定时时间时，PLC给伺服驱动器发送指令，驱动伺服电机关闭阀门停止供水。实现了供水系统的智能化、精确化自动供水。

所述的供热模块采用蒸汽加热的方式，蒸汽的来源为供坯体蒸养的蒸压釜排出的废气。加气混凝土是通过蒸压釜进行蒸养烘干的。蒸压釜需要大量持续不断的高温蒸汽，由于蒸汽的流动性，势必有一部分蒸汽无法利用而排到大气中，造成资源的严重浪费。因此，可以将一部分废气通过蒸汽管道再次通到蒸压釜中，蒸汽循环利用，将一部分蒸汽通到搅拌机中，给搅拌机中的物料提供所需的热量。资源得到了合理的利用。解决了传统通热水加热所带来的资源浪费和稀释物料的问题。

称重计量模块的称重控制器采用PLC型控制器的模式。主要由PLC、称重模块、称重传感器组成。PLC采用的是西门子S7-300PLC；称重模块采用SIWAREX FTA称重模块，SIWAREX FTA称重模块快速，精确，可编程，它集成在西门子S7中，可以对FTA的参数进行设定；称重传感器采用西门子SIWAREX WL200称重传感器。该称重系统采用特有的直承式原理，三个称重传感器呈等边三角形均匀地分布在圆形称斗底座上，称斗悬空的支于三个称重传感器上。物料几乎所有的力全部作用在称重传感器上，并且通过应变电阻被检测到。应变电阻由SIWAREX FTA称重模块提供激励电压，产生正比于物料重量的电信号，送给SIWAREX FTA称重模块。称重传感器通过屏蔽电缆接在称重模块上，称重模块记录称重传感器发出的信号，并对其进行处理再发送给PLC。实现了所有模块完全集成于PLC，并完全由PLC控制的目的，完全达到了对物料进行称重计量的要求。

称重计量模块还与工控机通讯。工控机通过串行通信接口向可编程控制器发送不同种类的加气混凝土对应的物料配比指令，物料配比指令是通过配方数据库获得的。工控机的配方数据库中录入了常见的加气混凝土的物料配比、工艺参数、工艺要求，不同种类的加气混凝土的物料配比、工艺参数和要求都不同。

温度控制模块总共涉及以下几大步骤，包括温度传感器、西门子温度变送器、PLC温度控制系统，外部温度调节对象。

第一步，选定监控的对象，在搅拌机的内部选取三个采样点，安装温度传感器，利用温度传感器分别采集这三个点的温度。

第二步，通过西门子温度变送器将采集的三点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到三个采样点所对应的电压值，输入到可编程控制器的三个模拟量输入端口。

第三步，PLC将这三点温度读入后，取其平均值，作为搅拌罐内物料温度的实际值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较。

第四步，PLC向外部的温度调节设备输入模拟量控制信号，外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的升降或恒温状态。

步骤一的温度传感器选用QAE2121.010西门子温度传感器；步骤二中的西门子温度变送器采用西门子SITRANST TH400温度变送器。

本系统所需的温度范围为35℃-45℃。系统以0-10V代表0-100℃，所以设置的系统正常温度范围对应的模拟量电压为3.5V到4.5V。即上限4.5V（45℃）,下限3.5V（35℃）。设定系统电压（温度）的基准值为4V（40℃）。通过这种方法，就将PLC温度控制系统对温度的控制转化成PLC对模拟量电压输入输出的控制。当搅拌机内物料的实际温度低于温度下限（35℃）时，PLC温度控制系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出4-10V的电压，而且输出的电压会根据搅拌罐内物料的温度实际值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。反之，当搅拌罐内物料的实际温度高于温度上限（45℃）时，PLC温度控制系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0-4V的电压，而且输出的电压会根据搅拌罐内的物料的温度实际值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。当搅拌罐内物料的温度处于设定的温度正常范围（35℃-45℃）时,PLC温度控制系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出4V恒定的电压，使温度调节设备保持恒温状态。

结合图4，远距离访问编程与故障诊断模块包括用户设备端和设备厂家技术端。设备厂家通过Internet对用户设备进行编程访问与故障诊断。设备厂家技术支持端包括PC机，安全模块，路由器。PC机中安装有STEP7编程软件。用户设备端包括一个GPRS路由器以及现场需要访问与故障诊断的设备。各现场设备通过工业以太网进行通讯。现场设备包括送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块。各模块中的控制器带有CPU 315-2DP模块和CP 343-1 Lean通讯模块。CP343-1Lean通讯安全模块通过2×8针RJ-45插口连接到工业以太网上。所述的安全模块选用西门子SACLANCE S612通讯模块；所述的GPRS路由器选用型号MD741-1的GPRS路由器。

所述的远距离访问编程与故障诊断模块是通过建立VPN对设备进行访问与故障诊断。VPN通道由设备厂家技术端的SCALANCE S612安全通讯模块和用户设备端的GPRS路由器MD741-1在Internet上建立的。这样，通过VPN通道这个中间桥梁，设备厂家技术端和用户设备端就如同置于同一个局域网内。两端的IP地址均由移动网络供应商提供。

结合图5，所述的信息管理系统包括配方管理模块，生产工艺管理模块，原材料管理模块。

所述的配方管理系统连接有外部数据库，通过外部数据库来管理不同强度、不同种类的加气混凝土配方数据，设备厂家提供的数据库中存储有常见的加气混凝土品种。不同的用户对加气混凝土的强度要求也不相同，系统允许用户根据自己的生产情况、生产需求在线对配方的内容进行编辑，编辑完的配方可以保存在数据库中，供操作员选择。另外，系统还提供了增加配方、删除配方、修改配方、查询配方等功能。

所述的生产管理系统与上述配方管理系统配套使用，不同的配方对应不同的生产工艺，配方改变，生产工艺也相应地改变。生产工艺包括物料的温度，产品添加剂的数量以及种类，搅拌机的搅拌方式，搅拌时间。常见种类的加气混凝土的生产工艺已经集成到外部数据库中，和配方数据库配套使用。另外，生产工艺管理系统也提供了编辑、增加、删除、修改、查询生产工艺等功能。

所述的原材料管理系统包括原料粉煤灰，水泥，煤钎石以及铝粉。当原材料堆场的原料剩余量低于总存储量的20%左右的时候，系统将自动调用车队到原料场地调运原材料。

Claims (8)

1.一种加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，包括：送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块，其特征在于：还包括远程故障诊断模块和信息管理模块；信息管理模块调用生产所需配方，送料模块根据配方将物料送到称重计量模块，称重计量模块对物料进行称重处理后，送到搅拌机中，供水模块给搅拌机进行供水；搅拌机中物料配完之后，温度控制模块检测搅拌机中物料的温度，温度低于搅拌所需温度时，供热模块对搅拌机中的物料加热，进行搅拌；送料模块、称重计量模块、温度控制模块、供水模块通过总线接入工业控制计算机；工业控制计算机与上层管理计算机通过工业以太网，形成计算机网络，对加气混凝土生产线称重搅拌控制系统的送料模块、供水模块、供热模块、称重计量模块、温度控制模块进行集中管理；远程故障诊断模块包括服务端和用户端 ，服务端通过在Internet上建立的VPN通道对用户端进行故障诊断。

2.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于：送料模块采用变速送料输送物料，先高速送料，当物料重量达到标重的80%时，采用低速送料；送料模块包括可编程控制器、伺服驱动器、轴编码器、伺服电机、输送带；伺服电机主轴一端通过联轴器接到输送带的驱动轴上；轴编码器安装在伺服电机的主轴上，将伺服电机的主轴转速作为同步信号采集到伺服驱动器中；伺服驱动器通过通讯线连接到可编程控制器上，伺服驱动器的脉冲输入接口接受可编程控制器发来的脉冲序列，进行速度的控制。

3.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于供水模块包括水泵、水箱、流量计、可编程控制器和伺服控制阀门；伺服控制阀门由伺服电机、伺服驱动器和阀门组成，伺服电机的主轴和阀门活塞杆通过齿轮连接，伺服驱动器控制伺服电机工作；水泵从水箱将水通过水管抽到伺服控制阀门处，伺服控制阀门的可编程控制器通过伺服驱动器给伺服电机发送指令，伺服电机驱动活塞对阀门进行开合。

4.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于：供热模块将加气混凝土生产线中蒸压釜排出的废蒸气通入到浇注搅拌机内，对浇注搅拌机内的物料进行供热。

5.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于：远程故障诊断模块中，服务端设备包括用于工程师站的PC机、SCALANCE S612安全模块、用于进行安全远程访问的VPN路由器，服务端各设备连接到以太网上；客户端设备包括用于进行安全无线在线连接的MD741-1 GPRS路由器，MD741-1 GPRS路由器和现场设备连接到工业以太网；现场设备为送料模块、称重计量模块、温度控制模块和供水模块；现场设备的可编程控制器采用西门子S7-300可编程控制器；可编程控制器上带有CPU 315-2DP模块和CP 343-1 Lean通讯模块；服务端的SCALANCE S612安全模块可与客户端的MD741-1 GPRS路由器在Internet上建立一VPN通道，客户端给服务端提供访问权限后，服务端对客户端进行远程故障诊断与维护。

6.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于信息管理模块包括配方管理模块、外部数据库、生产工艺管理模块；配方管理模块用于对加气混凝土的配方进行管理编辑；外部数据库用于存储常用加气混凝土的配方以及相应地生产工艺；生产工艺管理模块用于对不同加气混凝土配方对应的生产工艺进行管理编辑。

7.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于：还包括报警器，报警器与称重计量模块的可编程控制器连接；当称重计量模块测得的物料实际值与配方值误差过大时，报警器进行报警。

8.根据权利要求1所述的加气混凝土生产线称重搅拌控制系统，其特征在于：供水模块通过RS-485总线接入工业控制计算机。

Images