拌和系統傳感器運行狀態實時監測技術研究與應用

余淑娟，王偉鵬

(中國水利水電第七工程局有限公司第五分局，四川彭山 620860)

1 概述

安谷水電站拌和系統位于廠壩樞紐右岸，主要承擔廠壩樞紐土建及金屬結構安裝工程總計約214萬m3混凝土的生產任務。系統設計混凝土生產能力為14萬m3/月，配備HZ120-2F3000自落式拌和站、HL240-4F3000L 自落式拌和樓和HL240-2S3000L 強制式拌和樓各一座，合計生產能力為600 m3/h。

拌和系統稱量精度是決定混凝土質量的關鍵因素，是拌和樓生產管理控制系統的核心。在拌和樓生產過程中，由于受濕度大、外加劑腐蝕、粉塵等惡劣環境影響，傳統的拌和樓稱量傳感器經常發生人工難以發現的非線性故障，導致骨料、粉煤灰、水泥等稱量誤差偏大，嚴重影響拌和系統稱量精度及混凝土質量。在安谷水電站拌和系統中，通過采用傳感器運行狀態實時監測技術，有效地解決了由于傳感器非線性故障而引起的稱量誤差，保證了所生產混凝土的質量。

2 傳統稱量系統工作原理分析

傳統拌和樓稱量系統主要由傳感器、傳感器電源盒(內置放大器)、屏蔽線、信號調理板(濾波)、工控機等構成。

圖1為拌和樓傳統傳感器信號采集回路原理接線圖。圖中，CH0、CH1...為信號調理板的信號通道0、通道1...，各通道均有兩個接線端，對應為A1/A2、A3/A4等;V+、V-為3個傳感器輸出信號放大后的電壓信號，反饋至信號調理板;E+/E-為傳感器輸入信號接線端，S +/S-為傳感器輸出信號接線端。

傳統稱量系統工作原理為:稱量料斗對稱安裝三只S 型傳感器，各傳感器的輸入輸出信號通過4芯屏蔽線傳輸。在傳感器電源盒中，輸入信號線接E+/E-，輸出信號接S +/S-。傳感器電源盒通過～12.5 V 交流電源供電，傳感器電源盒內置放大器，起信號放大作用，V +/V-為3個傳感器輸出信號并聯疊加處理后的電壓信號，通過2芯屏蔽線，接工控機內部信號調理板的信號通道CH0，信號調理板對信號主要起濾波作用，濾波后的信號經工控機的A/D 轉換等處理后，在工控機操作界面(生產管理控制系統)顯示測量數據(稱量值)。

本稱量系統工作原理存在缺陷。由于3個傳感器輸出信號并聯疊加處理，工控機數據采集處理的是3個傳感器測量信號的疊加值(端子V+/V-輸出)，若其中某一個傳感器出現非線性故障，將造成很大的測量誤差。而工控設備和操作人員很難發現傳感器的非線性故障，稱量誤差將持續存在，嚴重影響拌和樓計量精度及混凝土質量。

為解決傳統稱量系統中傳感器非線性故障難以監測的問題，在安谷水電站拌和系統首次采用了傳感器運行狀態實時監測技術，有效地解決了由傳感器非線性故障引起的稱量誤差，保證了所生產混凝土的質量。

3 傳感器工作狀態實時監測技術

傳感器工作狀態實時監測系統采用稱量系統傳感器新型輸出信號采集回路技術，通過生產管理控制系統的實時監測實現對拌和系統稱量傳感器工作狀態的實時監測，并對非線性故障傳感器進行報警。

圖1 傳統傳感器輸出信號采集原理接線圖

其工作原理為:傳感器工作時，每個傳感器的輸出信號通過采集、放大、濾波輸入至工控機，工控機內部進行A/D 模數轉換及運算處理后，在拌和樓(站)生產管理系統畫面實時顯示出每個傳感器的測量數據及其疊加值(稱量值)。由于傳感器為對稱位置安裝，測量數據在理想狀態下相同，工控程序通過對傳感器測量信號的運算比較，對誤差超過允許范圍時進行故障報警，從而及時發現非線性故障的傳感器并提示操作人員進行處理，以保證稱量精度。

3.1 稱量系統傳感器新型輸出信號采集回路

拌和樓新型稱量系統傳感器信號采集回路原理接線如圖2所示。

稱量料斗上的傳感器1、傳感器2和傳感器3分別獨立對應接傳感器電源盒1、傳感器電源盒2和傳感器電源盒3，每個傳感器電源盒由～12.5 V 交流電源供電，傳感器電源盒(內置放大器)為傳感器提供工作電壓并對輸出信號起放大作用，每個傳感器的輸出信號經過各自傳感器電源盒放大后，接至信號調理板不同的通道CH0、CH8、CH10，即每個傳感器設置獨立的信號采樣和處理回路。

3.2 生產管理控制系統的實時監測

拌和樓生產管理控制系統負責控制拌和系統的生產運行。傳感器的稱量信號在放大、濾波后，經過模擬量輸入板(A/D 轉換)進入工控機，3個傳感器稱量信號的疊加、比較等數據處理，均在生產管理控制系統內部完成。

生產管理控制系統實時監測和采集每個傳感器的稱量信號，并將采集信號進行數據處理，生產畫面實時顯示各傳感器信號值、反饋料斗的稱量數據以及傳感器運行情況。在實際應用中，技術人員可根據生產需求對傳感器故障報警的誤差范圍進行設置和調整;同時，在拌和系統校秤時，生產管理自動控制系統能實現對每個傳感器稱量進行調零和校正，即每個傳感器得到獨立的分秤數和分度數，該參數可作為拌和系統運行時計算傳感器信號誤差的參考值和基準值。

4 結語

圖2 新型傳感器信號采集回路原理接線圖

拌和系統傳感器運行狀態實時監測技術已成功應用于安谷水電站。該項技術實現了對傳感器運行狀態的實時監測，能對傳感器非線性故障進行報警，極大地方便了檢修和維護人員，保證了拌和系統的稱量精度，確保了混凝土生產質量。該項技術的實用新型專利目前已被國家專利局受理，技術的應用和推廣可為相關領域的傳感器應用提供參考和借鑒。

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