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—骨料運輸時間，即圖1 中H 點到A 點的皮帶運轉(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，從而與正在皮帶運輸進(jìn)程中的后一檔骨料重疊，導(dǎo)致骨料在運輸過程中容易溢出。

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)的料已運達(dá)A 點，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 點距A 點距離較遠(yuǎn)，運輸時間較長，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，同是也兼有2種卸料模式的缺點。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是整個運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)的料運至A點才開始，這樣攪拌站在整個循環(huán)運轉(zhuǎn)過程中至少出現(xiàn)一個C 點至A 點長度的運輸間隔，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以來，已拌制混凝土5萬多m³，取得了良好的效果。