配重混凝土涂敷攪拌系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

摘 要:設(shè)備不斷更新與功能完善是滿足市場與安全生產(chǎn)的主要任務(wù)之一。因?yàn)樵O(shè)備不穩(wěn)定因素很容易造成產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量問題和人身傷亡事故。隨著市場的拓展、對(duì)生產(chǎn)工期的追求，以及對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的安全性和可靠性、易操作性等技術(shù)的要求，對(duì)現(xiàn)有配重生產(chǎn)線某些老化落伍的設(shè)備，并解決相關(guān)的問題，以滿足涂敷生產(chǎn)的要求。本文對(duì)現(xiàn)有攪拌站系統(tǒng)的工控主機(jī)、PLC可編程控制器的改進(jìn)升級(jí)以及升級(jí)的意義進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞:攪拌站工控主機(jī)PLC可編程控制器

中圖分類號(hào):TE97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)09(c)-0033-01

1 引言

1.1 設(shè)備改進(jìn)的背景和意義

海底輸油、氣配重管線的應(yīng)用越來越廣泛，混凝土配重管的市場需求隨之增加，這就要求混凝土配重管涂敷商必須不斷提升涂敷設(shè)備能力、提高設(shè)備利用率及完好率。

混凝土攪拌站系統(tǒng)是配重涂敷生產(chǎn)線的重要組成部分，它與普通混凝土攪拌站有著較大區(qū)別，有著自身獨(dú)特的特點(diǎn)。配重管在涂敷過程中所需的混凝土由攪拌站系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成熟料攪拌與輸送，即配重管所需的主要原材料由攪拌站系統(tǒng)提供，攪拌站系統(tǒng)工況程度直接關(guān)系到配重管的產(chǎn)量與質(zhì)量。

1.2 涂敷生產(chǎn)線組成及生產(chǎn)流程

涂敷系統(tǒng)是美國生產(chǎn)的噴涂式混凝土配重涂敷設(shè)備。主要設(shè)備包括:大、小控制臺(tái)、噴射鼓單元及驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、鼓間距調(diào)節(jié)裝置、過渡皮帶、續(xù)料皮帶、上料斗振動(dòng)器、噴涂車、混凝土回收系統(tǒng)、鋼網(wǎng)導(dǎo)向裝置、管端預(yù)留裝置、上料皮帶。

混凝土涂敷的工作原理:由上料傳輸皮帶將混凝土傳輸?shù)剿土掀希土掀г僖砸欢ǖ乃俣人腿胗刹竭M(jìn)電機(jī)控制的高速旋轉(zhuǎn)的一對(duì)鼓輪間隙中，混凝土以較大的速度(大于25m/s)噴射到已經(jīng)做好防腐的鋼管表面，同時(shí)纏繞加固用的鋼絲網(wǎng)，形成滿足技術(shù)要求的混凝土配重層，最后由刮刀修整噴涂表面，使配重層外觀平整。

2 配重混凝土涂敷攪拌站設(shè)備改進(jìn)

現(xiàn)有的攪拌站為“雙機(jī)雙控”，主機(jī)采用WINDOWS NT4.0操作系統(tǒng)，正常情況下一臺(tái)為生產(chǎn)主控機(jī)，另一臺(tái)為數(shù)據(jù)處理及故障分析(兼做主控備份)，當(dāng)主控機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能啟動(dòng)另一臺(tái)備份主控機(jī)，此時(shí)這臺(tái)備份機(jī)取代主控機(jī)投入生產(chǎn)，不影響正常的生產(chǎn)。但由于使用時(shí)間太長，這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重老化，其中備份機(jī)已經(jīng)完全損壞不能正常使用，生產(chǎn)主控機(jī)也經(jīng)常出現(xiàn)藍(lán)屏、死機(jī)等現(xiàn)象，造成生產(chǎn)中斷、混凝土悶罐等問題，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)！為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，需對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

2.1 目前控制模式

目前采用工控機(jī)全控方式，即以工控機(jī)為核心，主要通過輸入輸出卡，通訊板片等與配料儀表、中間繼電器等相連，工控機(jī)程序控制中間繼電器的動(dòng)作，再由中間繼電器的動(dòng)作來控制動(dòng)力配電盤/柜中的接觸器以及各個(gè)閥門的電磁線圈等，完成投料、放料等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，處理各項(xiàng)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等功能。

軟件系統(tǒng)從各種數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，發(fā)出命令并監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行:控制參數(shù)處理，控制配料過程，控制投料過程，控制攪拌生產(chǎn)。工控機(jī)程序基于Windows98平臺(tái)，充分利用了Windows強(qiáng)大的圖形編輯功能，以動(dòng)畫方式顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實(shí)現(xiàn)控制功能，并可生成報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)庫等。

2.2 控制系統(tǒng)改進(jìn)升級(jí)后的控制模式

“工控機(jī)+PLC”結(jié)構(gòu)，即硬件采用工控機(jī)，軟件采用獨(dú)特的控制模式，發(fā)揮專有攪拌設(shè)備生產(chǎn)工藝以及機(jī)械性能。其硬件主要含:配料控制器、PLC可編程控制器及工控機(jī)。整個(gè)控制程序包括兩部份:工控機(jī)程序和PLC程序。工控機(jī)程序?yàn)橹骺爻绦颍刂茀?shù)修改、實(shí)時(shí)監(jiān)控、通信處理、級(jí)配登錄和數(shù)據(jù)管理等;PLC程序包括實(shí)時(shí)處理輸入輸出、開關(guān)信號(hào)輸入輸出、AD模擬處理和響應(yīng)工控機(jī)通信命令等。

2.3 控制系統(tǒng)升級(jí)后的控制原理與選型

工控機(jī)系統(tǒng)采用“雙機(jī)雙控”形式，配置有兩套微機(jī)控制系統(tǒng)，其中的“主機(jī)”有控制權(quán)，控制生產(chǎn)，“從機(jī)”與“主機(jī)”連接后監(jiān)控“主機(jī)”的工作(所謂的“主機(jī)”和“從機(jī)”沒有嚴(yán)格意義上的差別，先進(jìn)入控制程序的那臺(tái)微機(jī)作“主機(jī)”，“從機(jī)”沒有控制權(quán))。當(dāng)“從機(jī)”檢測到“主機(jī)”發(fā)生故障時(shí)，“從機(jī)”自動(dòng)切換成為“主機(jī)”繼續(xù)控制生產(chǎn)，完成“無縫切換”，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

配料控制器選用PLY600型稱重儀表，其稱量精度高、可靠性好、操作方便，適用于環(huán)境惡劣、系統(tǒng)復(fù)雜、電磁干擾及振動(dòng)干擾大的場合。

PLC選用西門子公司的S7-200，它指令豐富，執(zhí)行速度快，調(diào)試和故障診斷方便，具有靈活的中斷及強(qiáng)大的通信功能。根據(jù)整個(gè)攪拌站的工藝流程及實(shí)際需求，整個(gè)系統(tǒng)共有23個(gè)輸入點(diǎn)，21個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展留有少量冗余，因此選用西門子S7-226PLC CPU模塊1塊、EM221擴(kuò)展模塊1塊、EM222擴(kuò)展模塊1塊、PLY600型配料控制器3塊。

接口采用與S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32編程軟件，采用與電氣控制電路圖相呼應(yīng)的梯形圖語言編寫控制程序，信號(hào)流清晰明了，便于閱讀。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于輸入輸出點(diǎn)采用集中管理，大大簡化了程序，也有利于軟件的后續(xù)升級(jí)和維護(hù)。

3 控制系統(tǒng)改進(jìn)升級(jí)的意義

通過對(duì)攪拌站的控制系統(tǒng)的改進(jìn)，大大提高了計(jì)量精度、生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

改進(jìn)前:設(shè)備老化嚴(yán)重、故障率較高，造成生產(chǎn)中斷頻繁，配料稱量誤差較大，造成配料不符合質(zhì)量工藝卡的要求，影響生產(chǎn)進(jìn)度和配重管的質(zhì)量。

改進(jìn)后:更換了老化受損的設(shè)備，系統(tǒng)穩(wěn)定性有了較大提高，故障發(fā)生率降低了，配料更加精確。完全可以為涂敷區(qū)連續(xù)輸送配比精確的混凝土，保證配重管的質(zhì)量。

升級(jí)后的系統(tǒng)為了增加程序可讀性、方便修改，采用了模塊化的編程思想，這樣的控制模式具備了如下優(yōu)點(diǎn):

(1)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)/自動(dòng)方式的自由切換，使施工人員能夠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況機(jī)動(dòng)靈活地進(jìn)行操作，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，又保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(2)混凝土的配料更加準(zhǔn)確，原材料控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、精確化。

(3)PLC系統(tǒng)電源的輸入端增加屏蔽隔離穩(wěn)壓器;控制系統(tǒng)的電源線、輸入/輸出線、動(dòng)力線和接地線布線更為合理;PLC采用了專用的單點(diǎn)接地。這些措施保證了控制系統(tǒng)更加適用于惡劣的運(yùn)行環(huán)境

(4)采用“工控機(jī)+PLC”結(jié)構(gòu)控制的混凝土攪拌站，既簡化了線路，降低了系統(tǒng)的故障率，又提高了工作的可靠性。

4 結(jié)語

隨著公司的不斷發(fā)展壯大，工程項(xiàng)目數(shù)量會(huì)越來越多，對(duì)生產(chǎn)速度的要求越來越快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，因此對(duì)攪拌站的配料速度和配料精度要求也是越來越高。如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備能力的不斷提升與工作效率的提高，就需要工程技術(shù)人員不斷的去學(xué)習(xí)、開拓、創(chuàng)新和完善。