CN104260207A - 一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土工程技术领域，涉及一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法，由配料装置、称重传感器、配料仪表(PLC)及工业控制计算机等几部分组成；该系统依据实时采集的动态称重数据与预期配料设定值(即配合比参数)进行对比，由配料装置采用粗称-精称两阶段配料法阶梯控制卸料量，并利用循环控制算法自动修正实时落差以及点动控制完成精确配料。本发明的系统具有配料精度高、稳定性好的突出优点，因此可以应用于土木工程领域的混凝土以及沥青混凝土搅拌站，可实现实时自动控制，提升搅拌站自动化程度，提高了配料的准确性与可靠性，保证了混凝土生产质量。

Description

一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及混凝土工程技术领域，具体地说是一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法。

背景技术

随着铁路、公路、港口以及城市基础设施建设规模快速扩大，混凝土生产行业得到蓬勃发展。特别是近年来高速铁路建设的迅猛发展，大家对混凝土的认识与质量要求不断提高，这也使得混凝土生产技术面临严峻的挑战。混凝土生产必须按照设计配合比严格控制原材料配料，以保证混凝土各项性能达到预期目标。配料是混凝土生产工艺中的关键关节之一，其稳定性与精准度直接影响混凝土的最终质量。配料精度(batching accuracy)通常指物料配料完毕，所配物料的显示值与约定值之间的相对误差，以百分数表示。造成配料精度不足的原因主要有以下方面：

(1)配料落差或过冲量的随机性。配料机在配料过程中，当称量斗中的物料达到设定值时，料门、螺旋输送机等加料装置就会自动停止，但此时仍有部分物料从空中落入计量斗，此部分物料大多难以自动修正，而依靠人为设定落差值进行修正，严重影响配料精度。

(2)配料机械结构设计不合理。以骨料称量为例，骨料是非均质材料，下料过程中骨料重心偏离传感器设计重心，加上料斗本色制造上的尺寸误差，造成传感器受力不均引起配料计量误差。或是称料斗卸料时，由于含水物料易于粘附在称量斗壁上，配料控制器无法完成全部卸料，造成实际卸料量小于预设配料量。

(3)配料系统元器件的稳定性与可靠性下降。例如，传感器的输入/输出特性理想曲线与实际情况存在区别，大温差、高湿度、高粉尘及震动等造成传感器灵敏度下降；外供电源电压不稳造成配料控制器零点漂移，影响配料精度。

国家标准《混凝土搅拌站(楼)》(GB/T 10171-2005)在混凝土搅拌站电气控制条款中，特别对计量配料控制提出了具体的要求。此外，《预拌混凝土》(GB/T 14902-2012)规定，混凝土原材料的计量允许偏差不应大于表1规定的范围。

表1混凝土原材料计量允许偏差(单位为百分比)

铁路行业对于混凝土拌合站原材料称量允许偏差的规定则更为严格，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2011)明确要求，水泥与矿物掺合料每盘称量允许偏差不超过±1％，粗、细骨料每盘称量允许偏差不超过±2％，外加剂与拌和用水每盘称量允许偏差不超过±1％。

现阶段混凝土搅拌站通常采用三种方式控制配料：第一种是手动或模拟手动提前关闭加料门来消除落差，提高配料精度，此法取决于操作人员对设备性能、原材料状态有充分的了解，才能掌握加料技巧，偶然性因素较多，计量精度较差；第二种是脉冲加料法，该法从手动提前关闭料门法演变而来，仍然是在称量值达到额定值后关闭料门，所以始终存在超差，可靠性差，实际操作时往往通过减小额定值控制误差；第三种是粗称-精称法，其原理类似于脉冲法，但需要对加料装置进行改动，且单独采用时配料精度容易波动，配料时间延长，无法实现一些复杂的控制功能，不能满足高标准客户的需求。

发明内容

为解决混凝土搅拌站原材料配料精度不足、计量频繁超差的问题，减少配料环节的人为干预，本发明提供一种配料精度高、可靠性好、自动化程度高、操作简单且成本相对较低的混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法。

本发明的技术方案是这样实现的：按照混凝土生产工艺流程，选择生产任务与配合比，随即启动配料程序，系统首先检测称量料斗承重状态，并自动调零；然后启动原材料仓卸料装置，物料经由一大一小气动仓门或一粗一细螺旋输送管道进入称量料斗；整个进料过程分为粗称-精称两个阶段，由称量料斗的称重传感器把所采集的动态称量数据经可编程控制单元完成A/D转换后输入计算机控制系统；控制系统依据所采集的动态称重数据实时的与人工设定好的配料额定值(即配合比参数)进行对比，当达到系统设定的卸料量时，控制系统随即发出指令关闭相应的卸料装置；剩余物料利用循环落差控制算法以及点动配料程序进行精确配料，直至无限逼近额定用量；当所有原材料称量完毕后按照设定程度送入混凝土搅拌主机。

本发明的系统由配料装置、称重传感器、配料仪表(PLC)及工业控制计算机等几部分组成，其中，配料装置根据物料类型设置大小仓门、粗细管路以及可控蝶阀；称重传感器具备灵敏度高、线性好，零点漂移与滞后小，以及防护等级高的特点。

本发明的系统控制算法为：将影响配料精度的因素以“落差值”表征，首次称量前，预先设定一个落差值，以其与额定值之差作为控制值，在称量结束后，计算机系统根据实际称量值计算出实际误差，用该误差值与设定落差值比较从而确定一个新的落差值，作为控制下一次称量的依据；第二次称量结束后，计算机按同样方法再次确定一个新的落差值，该值在考虑了前两次的误差后计算得出；如此重复修正落差值，配料次数越多，配料精度越高。

本发明的系统具有配料精度高、稳定性好的突出优点，因此可以应用于土木工程领域的混凝土搅拌站，它可实现实时自动控制，提升搅拌站自动化程度，减少人员配置和资源配置，从而节约生产成本；此外，该系统显著提高了配料的精确性与可靠性，保证了混凝土的生产质量。

附图内容

图1为本发明的混凝土搅拌站配料精度动态控制系统工作流程图。

图2为本发明的混凝土搅拌站配料精度动态控制系统组成。

具体实施方

实施例1，结合附图1和附图2对本发明做进一步说明：

本发明的系统包含配料装置、称重传感器、配料仪表(PLC)及工业控制计算机等几部分，尤其各部分之间联接件以及软连接做到有机统一，保证联接松紧适度。

上述系统配料装置根据物料类型采用“双门法”与“双管法”以实现粗称、精称，即设计一大一小两个卸料门与一粗一细两条管路，分别负责粉料与液料的输送。

上述系统称重传感器选用高精度拉式荷载传感器，具有灵敏度高、线性好，零点漂移与滞后小，以及防护等级高的特点，能够应对搅拌站恶劣的作业环境。

上述系统配料仪表选用最新的控制芯片，采用A/D转换模式，转换速率较快，且具有良好的防震、防尘效果。

本发明的系统运行流程为：选择混凝土生产任务，启动配料程序，配料初始阶段，系统指令两卸料门同时打开，当卸料量达到额定值的80％时，大门随即关闭，而当卸料量达到额定值的95％时，小门自动关闭；剩余物料启动点动配料程序，系统自动控制小门启闭程度和频率，分次快速卸料并同时检测计量误差，在实际卸料量与额定值的差值满足允许偏差范围内时，系统停止点动配料；当所有原材料称量完毕后按照设定程度送入混凝土搅拌机。

需要说明的是，在螺旋点动过程中，若螺旋管径太大，进料速度较快，但影响计量精度，可以通过适当减小螺旋管径大小以及蝶阀打开口径的措施加以解决；液体流速快慢对计量精度影响较大，尤其是外加剂，优化粗、精计量程序，最后5％及以上的剩余物料由细管路计量。

以某混凝土搅拌站配料控制系统为例，现场实测数据如表1所示。

表1配料精度动态控制系统误差

表1中结果显示，每盘骨料配料误差在2％之内，每盘粉料配料误差在1％之内，表明采用所述配料精度动态控制系统能够完全满足混凝土搅拌现场配料的精度与速度要求，将配料误差控制在规范要求范围内，而且生产出的混凝土质量符合相关要求。

以上所述例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修饰、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法，其特征在于：该系统依据实时采集的动态称重数据与预期配料额定值(即配合比参数)进行对比，由配料装置按照粗称-精称两阶段配料法阶梯控制卸料量，并利用循环控制算法自动修正实时落差以及点动控制精确配料，直至配料量达到设定值。

2.如权利要求1所述的一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法，其特征在于：该系统由配料装置、称重传感器、配料仪表(PLC)及工业控制计算机等几部分组成，其中，配料装置可根据物料类型设置大小仓门、粗细管路以及可控蝶阀；传感器要求灵敏度高、线性好、滞后小以及防护等级高。

3.如权利要求1所述的一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法，其特征还在于：配料装置采用“双门法”与“双管法”实现粗称、精称，即设置一大一小两个卸料门与一粗一细两条管路。配料初始阶段，两门同时打开，当达到额定值的80％时，大门随即关闭；当达到额定值的95％时，小门自动关闭，剩余物料采取点动配料程序自动控制小门启闭程度和频率，以谨慎消除落差。

4.如权利要求1所述的一种混凝土搅拌站配料精度动态控制系统及其方法，其控制算法特征在于：将影响配料精度的因素以“落差值”表征，首次称量前，预先设定一个落差值，以其与额定值之差作为控制值，在称量结束后，计算机系统根据实际称量值计算出实际误差，从而确定一个新的落差值，作为控制下一次称量的依据；第二次称量结束后，计算机按同样方法再次确定一个新的落差值，该值在考虑了前两次的误差后计算得出；如此重复修正与优化落差值，配料次数越多，配料精度越高。