某工程混凝土攪拌站的地垅骨料卸料控制設(shè)計

摘　要：龍泉巖樟溪大壩工程的混凝土攪拌站，骨料配料地垅與主樓之間距離較遠(yuǎn)，如采用傳統(tǒng)單一的卸料控制方式，將不能滿足生產(chǎn)要求。采用可編程控制器作為控制核心，憑借其強(qiáng)大靈活的邏輯控制功能，設(shè)計了多種卸料模式，滿足了生產(chǎn)要求。對不同骨料卸料模式作了詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌站； 卸料； 模式； PLC 應(yīng)用

1 　混凝土攪拌站概況

    龍泉巖樟溪大壩為混合線型拱壩，最大壩高82m ，混凝土方量約516萬m³ 。在該工程中，采用了自行改裝設(shè)計的HZ50-2F1000攪拌站，骨料配料采用地垅，骨料間隔為10m一檔，攪拌主機(jī)采用2臺1m³的自落式攪拌機(jī)，能進(jìn)行4級配的水工混凝土的生產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)率為50m³/h。由于受地形條件限制，攪拌站的骨料配料地垅與攪拌主樓之間距離較遠(yuǎn)，采用了3條上料皮帶連接，分別是1號長50m、2號長65m、3號長65m，總計180m，皮帶帶速116m/s。攪拌站布置見圖1。

    骨料堆料場里的砂石料經(jīng)各自的稱量斗稱重計量后，由3條上料皮帶送至主樓的骨料集料斗，再與主樓稱好的水泥、水、外加劑一起經(jīng)骨料兩叉分料器、套筒卸至攪拌機(jī)，經(jīng)一定的攪拌時間后傾翻至出料斗。

2 　地垅骨料卸料控制設(shè)計

    PLC作為工業(yè)專用的可編程控制器以其技術(shù)成熟、控制靈活、運(yùn)行可靠在現(xiàn)代控制中有著廣泛的應(yīng)用。該例中，采用西門子S7-200PLC 作為控制核心，TD200文本顯示器作為操作員面板。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖2。

    該例中，由于地垅與主樓間距離較遠(yuǎn)，皮帶機(jī)帶速較低，如采用傳統(tǒng)單一的卸料控制方式，其生產(chǎn)效率將不能滿足生產(chǎn)需要。憑借PLC 強(qiáng)大的邏輯控制能力，通過編程，設(shè)置了5種卸料方式: 標(biāo)準(zhǔn)、連續(xù)、快速、連快、二次，通過操作TD200面板可實現(xiàn)各種卸料方式之間的在線無擾動切換，控制非常靈活。

2.1 　標(biāo)準(zhǔn)

    標(biāo)準(zhǔn)卸料控制方法也就是上面所說的傳統(tǒng)控制方法，地垅里各檔骨料稱好后，依次打開稱量斗以砂、細(xì)石、小石、中石、大石順序卸至上料皮帶送至主樓骨料集料斗，皮帶運(yùn)輸?shù)耐瑫r，地垅又開始下一循環(huán)的稱量，當(dāng)上樓集料斗所有骨料到齊以后，打開弧門與稱好的主樓其他料一起卸至攪拌機(jī)，攪拌機(jī)進(jìn)料完畢，弧門關(guān)閉，地垅骨料又開始下一循環(huán)的卸料動作。其小時生產(chǎn)效率計算如下:

    S=3600/(T1+T2+T3)          (1)

    T1=T11+T12+T13+T14+T15

    T1—骨料地壟卸料時間；

    T11、T12、T13、T14、T15 分別為砂、細(xì)石、小石、中石、大石單檔料的卸料時間；

    T2—骨料運(yùn)輸時間，即圖1 中H 點(diǎn)到A 點(diǎn)的皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時間；

    T3—主樓卸料時間，即攪拌機(jī)進(jìn)料開始至完畢的時間。

    生產(chǎn)效率S的單位為次/h，其它時間單位為s，下同。

2.2 　連續(xù)

    在標(biāo)準(zhǔn)卸料控制方式中，盡管各檔料的卸料在時間上是依次順序緊接著的，以圖1為例，砂稱量斗卸料完畢，細(xì)石稱量斗接著卸，但由于2個稱量斗在物理位置上有一段C～D的距離，因此，2檔料的卸料會在皮帶上留出C～D的間隔。連續(xù)卸料控制方式就是通過程序控制，將各間隔利用起來，盡量形成連續(xù)的卸料帶，以提高生產(chǎn)效率?？刂品椒ㄊ乔懊嬉粰n料一打開卸料門卸料，并不等該檔料完全卸完回零，而是隔一定的時間間隔下一檔料就開始卸料，時間間隔可通過面板設(shè)定調(diào)整，但后一檔料的卸料開始最遲不遲于前一檔料卸料完成，如果設(shè)定的時間間隔大于前一檔料的卸料時間，那么前一檔料卸完回零后，下一檔料一定跟著卸。該模式生產(chǎn)效率計算如下:

    S = 3600/(T1’+T2+T3)                      (2)

    T1’=T1-T1” <<T11+T12+T13+T14+ T15

    T1’—骨料地壟卸料時間；

    T1”—骨料間隔利用時間。

    這種模式的優(yōu)點(diǎn)是可使公式(1) 中的骨料卸料時間T1有較大的縮短，如果將各卸料間隔都利用起來，在該例中，一共有4檔間隔，每檔間隔長度為10m，皮帶機(jī)帶速為116m/s，則T1”的最大理論值為:

    T1” = (4×10)/116=25

    該卸料模式適用于地垅弧門動作穩(wěn)定、骨料卸料均勻的情況。缺點(diǎn)是卸料過程中一旦出現(xiàn)卡料或卸料不均勻，就會出現(xiàn)該檔料卸料時間延長，從而與正在皮帶運(yùn)輸進(jìn)程中的后一檔骨料重疊，導(dǎo)致骨料在運(yùn)輸過程中容易溢出。

2.3 　快速

    該模式的骨料地垅卸料順序與標(biāo)準(zhǔn)模式相同，下一循環(huán)的骨料地垅卸料開始于主樓的上一循環(huán)卸料，這種模式每一循環(huán)可節(jié)約主樓卸料的時間，生產(chǎn)效率計算公式變?yōu)橛上率經(jīng)Q定:

    S=3600/(T1+T2)               (3)

    該卸料模式適用于主樓機(jī)械動作穩(wěn)定的情況。缺點(diǎn)是一旦主樓在卸料過程中發(fā)生堵塞或其它原因造成主樓卸料時間大幅延長，由于主樓卸料過程中骨料集中料斗也處于打開狀態(tài)，如果下一循環(huán)的料已運(yùn)達(dá)A 點(diǎn)，這時集料斗還處于打開狀態(tài)，就必須在重載狀態(tài)下停掉皮帶機(jī)。在實際應(yīng)用中，由于C 點(diǎn)距A 點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，運(yùn)輸時間較長，所以發(fā)生重載停車的概率很小。

2.4 　連快

    該模式綜合了連續(xù)模式和快速模式的優(yōu)點(diǎn)，同是也兼有2種卸料模式的缺點(diǎn)。采用這種模式生產(chǎn)效率計算如下：

    S = 3600/ (T1’+T2)          (4)

2.5 　二次

    采用以上4種卸料模式的一個共同特點(diǎn)是整個運(yùn)輸帶上在同一時間只有一個循環(huán)的料，下一循環(huán)的卸料至少是等到上一循環(huán)的料運(yùn)至A點(diǎn)才開始，這樣攪拌站在整個循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中至少出現(xiàn)一個C 點(diǎn)至A 點(diǎn)長度的運(yùn)輸間隔，在該例中，如將該間隔折算成時間:

    T4 = 130/1.6≈81

    二次卸料正好是有效利用了這個間隔，在同一時間有2個循環(huán)的骨料在運(yùn)輸皮帶上。通過分析得知，只要骨料2個卸料循環(huán)之間有一定的時間間隔，該間隔主要用以滿足前一循環(huán)料的主樓卸料，也就是完成主樓集料斗打開卸料至關(guān)閉的過程，即可滿足攪拌站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在該例中，實測主樓卸料時間T3為12s ，根據(jù)前面的分析，如采用二次卸料，則每循環(huán)最大節(jié)約時間可達(dá):

    T5=81-12=69

    體現(xiàn)在皮帶上的2個卸料循環(huán)之間的間隔長度為:

    L1 = 12×116= 1912

    實際應(yīng)用中，2 個循環(huán)之間的時間間隔可通過面板設(shè)定調(diào)整。

    同樣，二次卸料按其地垅骨料卸料方式的不同，分為二次標(biāo)準(zhǔn)和二次連續(xù)2 種模式，其優(yōu)缺點(diǎn)與一次的也相同。

3 　結(jié)　語

表1 是以拌制大壩C15四級配混凝土的1組實測數(shù)據(jù)。

    該站的控制非常靈活，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)當(dāng)時的混凝土澆搗強(qiáng)度及該站當(dāng)時的骨料供料及機(jī)械情況，選擇合適的卸料模式，通常二次標(biāo)準(zhǔn)卸料模式是一種安全、高效的模式(表2) 。該站在巖樟溪工程投運(yùn)以來，已拌制混凝土5萬多m³，取得了良好的效果。