商砼搅拌站自动控制系统性能、硬件、设计

商品砼搅拌站是建筑、道路、桥梁、大坝等施工中必备的施工设备。它是由供料、贮料、配料、搅拌、出料、控制等系统及结构部件组成，用于生产混凝土的成套设备(如图1)。显然，它是一个受多环节制约的复杂系统。混凝土搅拌站的搅拌性能、物料动态配比、物料动态称量精度、供水量等直接影响混凝土质量。目前，商砼搅拌站的控制系统多数仍停留在较低的水平上，尤其是缺乏自检和控制功能。比如物料称重装置采用机械式称重方式，这只能满足静态称量精度要求，不能满足动态称量精度要求，也不适应混凝土大规模生产。

图1：商砼搅拌站组成示意图

本文介绍的HZS50型混凝土搅拌站自动控制系统是基于商砼搅拌站的工作原理，运用计算机控制技术，通过传感器、硬件电路、I/O接口电路、显示面板等对混凝土搅拌站作业参数进行实时测量和显示，控制执行元件，实现对混凝土搅拌站整机控制。同时采用装架式机箱，微型面板式打印机、控制装置、电气控制台浑然一体，提高了整机结构水平。多台搅拌站可实现联机控制，自动化程度高，极大地提高了机械设备管理科学化程度。

1、系统主要技术性能指标

混凝土物料配比：本系统可同时存储10种混凝土配比，分别用0～9编号表示，供随时调用和修改，数据掉电保护。每种配方包括：骨料1、骨料2、骨料3、骨料4、水泥1、水泥2、煤灰、、微硅粉、水、附加剂1、附加剂2等项。

计量　水泥、煤灰：0～1000kg;计量分辨率：0.25kg;显示精度：?;综合精度：?%。骨料：0～4000kg;计量分辨率：1kg;综合精度：?%。水：0～999L;精度：?%。

落料自动补偿：包括物料落料预测和自适应补偿。

参数设置与修改：混凝土搅拌时间、混凝土卸料时间、料斗提升等待时间、物料投料时间等均可随机设置与修改，掉电保护。

振动给料：系统自动运行时，防止物料落料过慢，系统可自动开启振动给料机，实现振动落料。

自检功能和报警功能：开机后进行自检，完成系统初始状态测试，超极限自动报警。

工作条件：电源电压：AC220?0%，50Hz;环境温度：0～45℃;相对湿度：<85%RH。

2、系统硬件结构

由于施工现场环境噪声较大，为了保证监控系统可靠在线工作，系统硬件设计采用了抗干扰强且应用成熟的STD总线结构工控计算机。监控系统可方便地进行人机对话，参数调整以及控制系统的运行状态，并可打印出设备运行及报警记录。系统硬件结构模块见图2。

图2：系统硬件结构框图

CPU板：该板为系统中心处理部分，板上配有中央处理器(CPU)、程序存储器、数据存储器、两路RS-232C串行通讯口、两路并行打印机接口、掉电保护及自动复位电路。CPU板输出采用两个DB15型D形连接器，其一为打印机接口，另一为两路RS-232C串行通讯口。

A/D板：采用12位A/D转换器，具有7路模拟量调理放大通道和4路模拟表盘驱动电路，速度高，精度满足要求。每一路模拟量的零点、灵敏度及总灵敏度均可分别调节。A/D输出采用DB25型D形连接器。对于不同的配料系统，应保持称量信号与A/D板放大通道的对应关系。

I/O板：具有24路开出驱动电路，8路开入缓冲电路，开入开出均经光电隔离。I/O板输出采用DB37型D形联接器，提供24路开出、8路开入及DC24V电源。开出可驱动DC24V中间继电器，开入可外接限位开关。

DISA板：该板为显示板、按键管理板，具有两路脉冲输入通道及两路I/F转换通道，可配接蜗轮流量计、电流型电容物位计传感器，实现水、附加剂计量。DISA板输出采用DB9型D形连接器，输出DC18V和DC12V电源，分别为电容物位计和蜗轮流量计提供电源。

DISB板：该显示板具有27位数码管显示及11位发光二极管指示，24个按键。27位数码管组成9个显示窗口。显示窗口可对多种配料提供独立显示。

电源：电源部分将AC220V转换成微机、外部传感器、继电器等所需直流电源。采用三芯电源线，两芯接入AC220V，另一芯接地。

操作面板功能：根据商砼搅拌站的操作和系统要求，操作面板功能如图3所示。其中，1～9：LED数码显示窗口，不同状态下，数据含义不同;10：微型面板式打印机;11～13：发光二极管指示区，实现状态指示;14：按键区，包括数字键、功能键共24键;15：各种状态下常用配料对应的序号区。

图3：操作面板示意图

3、软件设计及特点

软件设计采用模块式结构，模块按功能划分，按中断程序形式编制。完成系统的控制、报警与显示。系统主程序流程图见图4。系统上电后，完成自检功能，同时对各传感器完成零点校正。

图4：主程序流程图

在混凝土搅拌机搅拌过程中中，物料动态称量精度是一个重要指标，直接影响到混凝土配比的准确性。A/D测量模块中予以充分考虑，且采用闭环控制，由计量、数据采集、数据处理和反馈控制等环节组成。物料称量模块程序流程图见图5。

图5：物料称量模块程序流程图

在物料称量过程中，开门动作和初始落料都会给称量传感器带来冲击力。若此时启动A/D测量传感器输出电压，必然给采样值带来影响，从而引起执行元件误动作。为此，在程序中作了t/s延时，等待冲击衰减后，启动A/D测量。

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