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一、综述:自动控制系统作为大型沥青混凝土搅拌设备产品的关键核心技术,其先导技术主要来自国外;国内专业自动控制技术公司和沥青混合料搅拌设备厂家,在研发和试验上也有较大投入,但由于关键配套元件依赖进口,加上思维方式和应用实践验证过程长,因此技术升级极其缓慢。国内企业要涉足高端产品市场或推进国际化战略,就无法摆脱国际沥青搅拌设备控制系统的影响。很多人所倡导的所谓“国际化配套”虽然可以一时满足国内企业的生存性需求,但束缚和限制了其自身的研制与发展,因为随着外资企业本土化战略的推进实施,国内合资和外资企业的大举涌入,而国内企业在技术、品牌等主要因素上却处于劣势地位。因此,鉴于我国沥青搅拌设备市场的巨大潜力,国内的沥青搅拌设备主机生产厂家应该和控制配套企业,尤其是有实力的专业院校联合攻关,从而拥有自己的核心控制技术。

  从近年来的中国市场来看,国内用户更多的接受了德国、意大利和英国技术的沥青搅拌设备,因此,国内高速公路的施工和养护工程中,经常看到的是这些国家公司的沥青搅拌设备产品。目前国外沥青搅拌设备智能控制技术的成功运用,使得沥青搅拌设备的技术水平得到了进一步的提升。

  另外,我国的沥青搅拌设备主要用于高速公路的建设和维护,节能技术和机电一体化技术的应用已到了必须面对的时候。采用人机工程学设计,提高操作的智能化。国内企业应充分重视我们目前与国外同类产品存在的技术上的差距,一些看似无足轻重的问题,将成为能否在市场上进一步发展,甚至生存的决定性因素。

  沥青混合料搅拌设备是一种复杂的综合配套设备,由于在野外作业,工作环境恶劣、气温变化幅度大、干扰源多等因素的影响,给该设备控制系统的设计增加了很大的难度。特别是用于高等级公路的设备,对沥青、粒料、粉料和温度的计量精度要求高,因此对该设备控制系统硬件和软件设计相对要求也较高,必须综合考虑上述因素,采取必要的设计措施,才能满足高等级公路施工的要求。

  沥青混合料搅拌设备是一种综合配套设备,独立运转部件多,工艺流程复杂。其控制系统的任务是将各部件按照预定的程序开机、运行及拌料、关机,在整机性能满足要求的前提下,尽量简化操作,提高整机的自动化控制水平。

  控制系统设计的原则:(1)提高控制系统的可靠性,使系统可靠性指标达到国家标准要求,并争取达到或接近国际先进水平。

  (2)硬件部分应尽量采用优质的成熟产品或国外先进产品,在满足各项性能指标的前提下,设法降低控制系统的制作成本。

  (3)采用国际标准,贯彻执行现行的国家及企业标准,努力提高“三化”程度。

  (4)计量控制精度:按行业标准JT/T270-2002规定(标准工况):沥青计量精度:±0.25%(标准砝码静态计量)粉料计量精度:±0.5%(标准砝码静态计量)骨料计量精度:±0.5%(标准砝码静态计量)沥青计量精度:±2.0%(物料动态计量)粉料计量精度:±2.5%(物料动态计量)骨料计量精度:±2.5%(物料动态计量)(5)人机工程学:采用桌面型组合操控台,设计简洁,新颖美观,操作方便.办公化的风格给人以舒适,开阔的操作界面让一切尽在掌控之中;(6)操作的舒适性:控制室最大限度满足使用者的操作效率和人性化设计;巨大的玻璃窗、取暖和空调设备等保证舒适的环境。

  控制系统设计的目标:1.系统兼容设备原有控制模式,可实现手动、自动、电脑分别操作,方便用户生产,同时顺利完成产品衔接和便于今后设备改造。

  2.硬件资源最新最优,软件资源功能强大。支持多项新技术的应用,如触摸屏、双显示、远程诊断、冗余控制等。具有较高的性能价格比。

  3.提供友好操作界面,具有较高控制精度。

  控制系统设计的可靠性:1.稳定、可靠的冗余控制系统2.采用工业电脑+人机界面组合成双操作系统.3.全电脑操控稳定、可靠,动态显示搅拌站(楼)各部件运行情况,同时可以大量存储搅拌站的各种数据,并按要求打印各类报表资料4.人机界面全自动控制,所见既所用,触摸操作,上手迅速,控制方便可靠。

  控制系统设计的先进性:电脑系统软件具有较高的稳定性、可靠性,具有快速的通讯性能,能准确控制每个生产工艺细节,满足连续生产的要求,高速的画面更新能使画面更流畅、更美观;同时软件具有强大的数据库连接,数据处理、配方功能,报表功能。能准确记录生产数据,并以各种方式进行打印.控制系统设计的扩展功能:1.强大的远程通讯监控功能2.支持手机短信功能,可通过手机及时了解生产状况3.支持GRPS/CDMA/电话拨号通讯可及时监控现场状况及生产数据4.可提供视频采集设备,支持CDMA和局域网传输,通过视频服务器和监控站能看到现场图象.。

  二、沥青混合料搅拌设备控制技术及方案1、强电控制(1)低压电器:低压电器均选用国外原装进口低压电器,并原厂采购。主要供应商有西门子、金钟、欧姆龙、松下、三菱、托利多等,高品质的低压电器为提供高品质的性能提供了可靠的保证;箱体采用组合联体型控制柜,先进的工艺设计,合理的布置组合为电气元件经久耐用,性能稳定持续可靠提供保证。

  (2)变频调速控制:冷骨料用变频器调速,可实现无级、连续稳定给料,与热料仓所需相对稳定的料位保持一致。

  (3)大功率电机合理的降压启动方式:对于大功率电机,根据其负载特性,确定合理的降压启动方式,如星-三角、自耦变压器、软启动器等,以保护电机、电缆、变压器。

  (4)联锁与保护:各被控制电机根据其工作性质选择保护整定值,关键部件要有二级以上保护;相互之间依据工艺流程实现联锁,防止物料的堆积或设备的破坏。

  (5)接地与屏蔽:良好的接地与屏蔽是设备平稳安全运行的保障。

  (6)避雷措施:配置避雷器,保护设备和人身的安全。

  2、信号采集(1)称重信号:称重系统采用世界上先进的控制装置(美国METTLERTOLEDO公司的Panther(磐狮)称重显示仪表和传感器),稳定性好,计量精度高;模拟信号进入PLC进行控制和飞料计算、落差自动补偿功能;且具备工作稳定性好和抗干扰能力强的特点。整个系统重心的精确设计、防磨措施的采用,和完全透气的耐热软连接接口,使得计量的精度能够在施工过程中始终得到保证。(石料累计计量精度≤±0.5%;粉料累计计量精度≤±0.5%;沥青累计计量精度≤±0.35%)等;(2)温度信号:热集料仓、沥青、除尘器装有温度计,并有报警显示、声光报警和重要温度记录。其中干燥滚筒出口燃油时加装快速响应的非接触式红外线测温仪,此信号反馈给燃烧器控制器,自动调节风油比跟踪设定的热骨料温度。布袋除尘器加温度计,一方面显示尾气温度指导操作员有效调节;一方面采集信号进行二级温控保护(一级超温自动打开混风阀,二级超高温时强制停燃烧器)。

  (3)料位信号:成品料仓、热集料仓、新粉仓、回收粉仓、溢料仓、废料仓均装有料位计;显示料位方便操作员了解各仓状态,及时掌握并采取相应的措施进行调整,实现设备连续稳定运行。

  (4)位置信号:对于粉料蝶阀开、关限,放石料开、关限,搅拌缸门开、关限,阀位开、关限,成品料仓各到位信号等;进行位置检测和反馈,并参与程序控制,可确保各动作能相互联锁,准确可靠。

  (5)负压、差压信号:测量滚筒负压并及时调节引风风门使其稳定,为充分燃烧提供条件。检测布袋除尘器进出口差压可为反吹时间或间隔调节提供依据。

  3、弱电控制(1)计算机(控制+管理):组态软件的控制设计:程序支持6种骨料、2种粉料、2种沥青、1种添加剂的配置计量和不筛分计量;电脑控制冷仓调速;可实现电机分别启停和自动顺序启动;实时监测砂仓、沥青、溜槽、除尘器出入口温度和拌锅等重要电机电流及连续式料位计的料位变化情况;实时显示的报警中包含配料超时超差、秤超重、空秤、外部故障、电机过载设备自动故障检测、报警等功能;。

  组态软件的管理设计:能显示和打印名称、数量参数和温度参数的设定值和实际值,并能设定称量误差范围,当超过规定值时发出报警信号;可储存200种以上配方,并可方便更改配方。储存和随时打印所有数据,包括日期、时间、累计生产小时,累计材料消耗等内容以及平均小时生产率和日、周、月生产报表及对应材料消耗量;(2)PLC:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境应用而设计的,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程,可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

  可编程控制器是一台专用的计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

  三、沥青混合料搅拌设备的温度控制1.沥青温度的保障:导热油系统及管道加热循环提供保障。

  2.干燥滚筒出料温度及控制:热骨料温度是决定成品料温的主要因素。自动控制的燃烧装置能跟踪所要求的设定的温度并能在扰动时(火焰、料含水量)快速调整3.热料仓细料温度:反映拌料时的热骨料温度;达不到所需温度时宁可排掉。

  4.成品料温:搅拌缸出口加红外线监视,或成品料仓保温措施(电加热、导热油加热、岩棉保温等)。

  沥青混合料的出料温度是影响施工质量的一个重要因素。温度过低会影响混合料质量,产生拌和不均匀的“花料”现象,而且不利于摊铺碾压;而过高的温度又会造成燃料等很大的浪费,严重时还会引起沥青老化、结焦。因此必须严格控制混合料温度,还要根据不同施工情况、天气情况制定出合理的出料温度。早晨温度要稍高一些,尤其第一车由于摊铺机温度很低,故应高于正常拌和温度20℃左右;中午可以适当降低5℃~10℃;风大的天气也要适当提高一下料温;粗粒式混合料温度要比中粒式料温高8℃~10℃才容易施工。根据实际情况,掌握砂石料的含水量变化调整油门开度,使料温在正常温度±5℃之间变化。雨季施工因原材料含水量太大要特别注意控制料温,要告之装载机操作手排除含水量过大的材料,避免湿料进入冷料仓。另外操作中发现温度异常现象,要及时排查原因,并将机械故障和拌和中的其它情况分别对待。

  四、沥青混合料搅拌设备的油石比控制1.骨料称量精度控制2.粉料称量精度控制3.沥青称量精度控制4.其它(再生料、SMA)精度控制5.油石比精度及自动跟踪油石比是沥青混合料质量的一个重要指标。沥青含量过少、过多都会降低沥青混凝土强度,影响压实度和稳定度,含量过多还会在矿料颗粒间形成自由沥青而最终导致路面“泛油”。因此必须遵照试验数据,制定出最佳油石比并在施工中严格控制使其误差达到±0.3%以内。沥青计量秤要经常用标准砝码核对校验并及时调整,尤其是沥青计量斗、排放阀门的严密性要经常进行检查,以防止沥青内漏引起油石比偏大,造成浪费和降低拌和料质量。

  另外,还要按照拌和工艺根据不同情况及时调整拌和参数。例如,在热料仓满料和缺料两种情况下拌和参数是不大一样的,此时的空中落料质量有很大的差别,满仓时几十公斤而空仓时只有几公斤,这要在操作过程中及时调整。对机器的性能原理要熟知,只有了解透彻才能达到熟练应用以便提高出料质量。因此,选择合理参数、稳定可靠且具有自动补偿能力的控制系统是提高拌和质量的重要前提。

  五、控制系统发展的市场要求:沥青混合料搅拌设备控制系统应高度人性化设计,满足市场要求。由触摸屏或鼠标完成各种操作,可实现全自动、半自动、手动控制;采用上微机监控和通讯控制方式,计算机彩色屏幕显示,动态监控生产过程;具有控制与管理功能,可进行参数与多种配方设定、数据管理、故障诊断、远程监控等功能;计量系统采用进口传感器,全密封结构,传感器精度等级0.02%,适合任何恶劣工况;控制系统能对飞料误差进行自动补偿。营造整洁、温度适中、视野开阔、防尘防噪的操作空间,符合人机协调性;使工作舒适、方便、快捷。

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