通過控制計量誤差來保證混凝土質(zhì)量

聶虎

（湖北藍海混凝土有限公司，湖北　武漢　430200）

通過控制計量誤差來保證混凝土質(zhì)量

聶虎

（湖北藍海混凝土有限公司，湖北武漢430200）

為了保證混凝土質(zhì)量、減小計量誤差，本文通過對混凝土攪拌站計量系統(tǒng)的工作原理、控制方法進行分析，論述了造成計量誤差偏大的原因以及預(yù)防措施，簡單舉例說明出現(xiàn)計量誤差偏大時的檢查和處置方法。

計量誤差；靜態(tài)誤差；動態(tài)誤差；混凝土質(zhì)量

0　引言

計量是混凝土生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，計量控制系統(tǒng)更是混凝土攪拌站中最核心、最重要的組成部分，同時也是故障多發(fā)、易發(fā)的部分。生產(chǎn)時由于計量不準(zhǔn)，易導(dǎo)致材料虧損、混凝土差方、混凝土性能難以控制等等，甚至嚴重影響混凝土的質(zhì)量，發(fā)生重大質(zhì)量事故。

計量誤差是計量結(jié)果與與計量的是的真值之間的差異，分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差，攪拌站計量誤差主要有靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。GB/T 10171—2005《混凝土攪拌站（樓）》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，配料秤靜態(tài)精度應(yīng)符合普通準(zhǔn)確度級 1.0的要求，最大允許誤差首次或周期檢定時為±0.5%，使用中檢定為 ±1%[1]。動態(tài)誤差的允許范圍如表 1 所示。

表1　標(biāo)準(zhǔn)對材料計量動態(tài)誤差的要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　 %

1　計量系統(tǒng)的工作原理及控制方法

當(dāng)前，混凝土攪拌站計量控制系統(tǒng)的常用方案有三種：工控機＋智能配料儀表+可編程控制器（PLC）、工控機＋智能板卡、工控機＋單片機。三種控制方案雖然各有優(yōu)缺點，但均采用上位機與下位機結(jié)合的工作方式。上位機（工控機）為指揮中心，通過攪拌軟件實現(xiàn)人機交互。下位機（PLC、單片機等）為控制中心，接收指令并控制執(zhí)行部件進行運作。計量控制系統(tǒng)工作流程如圖 1 所示。

圖1　計量控制系統(tǒng)工作流程

電子計量部分由傳感器、連接電纜、接線盒、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換、稱重終端等組成。傳感器把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觯ㄟ^調(diào)節(jié)接線盒里面的電位器，使整個秤體保證平衡。由于傳感器輸出的電壓信號很小，是 mV 級的電壓信號，因此經(jīng)過放大器進行信號放大。由 A/D 轉(zhuǎn)換器，把檢測到的電壓或電流信號（模擬量）轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別的等效數(shù)字量，最后由下位機、上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與控制。

機械計量部分由氣缸、蝶閥、螺旋輸送器、電動機實現(xiàn)稱料、卸料的過程。攪拌控制程序為減少計量時間、保證計量精度，原材料計量時都是通過沖量調(diào)整先進行粗稱，到一定范圍再精確計量，確保計量誤差可控。投料時通過自動扣秤使每盤計量誤差控制在最小范圍。整車混凝土盤次之間通過誤差自動補償，進一步縮小整車動態(tài)誤差。其中粉料由電路控制螺旋輸送器，先進行粗稱再點動實現(xiàn)精確計量；骨料由氣路控制氣缸，先全開進行粗稱再開一半實現(xiàn)精確計量；水劑由氣路控制蝶閥或電路控制電動機，先全開進行粗稱再開小閥或點動實現(xiàn)精確計量。卸料時由氣缸或氣動蝶閥控制下料精度。生產(chǎn)控制系統(tǒng)示意如圖2 所示。

圖2　生產(chǎn)控制系統(tǒng)示意圖

2　計量系統(tǒng)的靜態(tài)檢定及動態(tài)誤差控制

2.1靜態(tài)檢定

GB/T 14902—2012《預(yù)拌混凝土》和 GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制》均規(guī)定：計量設(shè)備使用前應(yīng)具有法定計量部門簽發(fā)的有效檢定證書，并應(yīng)定期校檢，混凝土生產(chǎn)單位每月應(yīng)至少自檢一次[2-3]。當(dāng)發(fā)生影響計量結(jié)果的維修或?qū)τ嬃拷Y(jié)果有疑問時也要進行自檢。

靜態(tài)檢定方法主要有砝碼校秤和實物過磅。應(yīng)先用砝碼校準(zhǔn)，再用實物過磅的方法抽檢驗證。

2.1.1砝碼自檢（自校）

（1）校秤前應(yīng)確認元器件無故障，各線路及元器件必須連接正確可靠，通訊正常。

（2）檢查機械部分，秤體除傳感器外其他均為軟連接，并清除結(jié)塊，保證軟連接處于一定的松弛，防止頂秤或拉秤。秤體周圍無支撐和碰撞，使其處于活動自如的狀態(tài)（輕微晃動一下消除卡滯現(xiàn)象）。

（3）清除秤體上的浮灰、雜物等，秤體內(nèi)的材料盡量放空并將門關(guān)緊。

（4）確定校秤范圍，根據(jù)各種功能的配料秤的大小決定，一般校至最大稱量值的 50% 以上。

（5）校秤前進行零點校準(zhǔn)。

（6）多點傳感器的秤體，應(yīng)先用滿量程 10% 的砝碼做偏載測試。

（7）校秤時逐級加砝碼，每一級砝碼盡量沿周邊對稱均勻擺放，水劑秤可放在秤體內(nèi)的中間位置，直至最大值時輸入數(shù)值校秤。計算校秤前的誤差并查看各級數(shù)值是否呈線性，如不呈線性應(yīng)查明原因后重新校秤。逐級均勻地減砝碼，減完時數(shù)值回零，如不回零或計算每一級的誤差超過允許誤差、顯示數(shù)值不呈線性，應(yīng)查明原因后重新校秤。

（8）如加砝碼至最大值校秤時誤差太大，應(yīng)進行重復(fù)性測試。

2.1.2實物過磅

正常生產(chǎn)一車混凝土，通過過磅得到該車混凝土重量，對比計量系統(tǒng)的實際稱量值，計算實物過磅誤差。

（1）生產(chǎn)中途連續(xù)測試三車以上。

（2）車輛先過皮重，生產(chǎn)后過毛重，中途不得加水、加油、卸料等，確保過磅重量的準(zhǔn)確性。

（3）保證各材料稱量的重量全部進入攪拌機，無增加或漏灑。

（4）攪拌機內(nèi)的混凝土盡量放空無殘留，并全部進入攪拌車。

2.2計量動態(tài)誤差控制

計量動態(tài)誤差的控制主要由操作人員、攪拌軟件、電氣部分和機械部分共同完成。動態(tài)誤差是控制計量誤差的重點，占計量誤差的大部分，應(yīng)努力做好控制工作。

每一工作班開始前，需進行零點校準(zhǔn)，確保空秤秤面讀數(shù)為零。零點校準(zhǔn)前先開各秤體倉門，確認物料已清空即可零點校準(zhǔn)；當(dāng)秤面讀數(shù)較大時，點動開門發(fā)現(xiàn)讀數(shù)減少則秤體有材料，可以直接稱量下一盤再零點校準(zhǔn)。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)空秤秤面讀數(shù)偏差太大時，也要及時進行零點校準(zhǔn)，避免材料計量誤差過大，而且該誤差不會記錄到程序數(shù)據(jù)庫中，事后難以查詢。

配料之前，秤體由于機械設(shè)備的突然啟動，可能會造成秤體的晃動，而配料、卸料過程中秤體處于動態(tài)，會造成軟件記錄的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。通過設(shè)定秤體的穩(wěn)定延時、啟動延時等功能，減小材料計量誤差。

操作人員是控制動態(tài)誤差的執(zhí)行者，技術(shù)人員也起到監(jiān)督作用。通過合理設(shè)定攪拌軟件中的配料落差、自動落差跟蹤、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、點動補料、誤差自動補償、自動扣秤、自動修正扣秤落差等功能，實現(xiàn)將動態(tài)計量誤差控制在允許范圍內(nèi)。

3　造成計量誤差偏大的常見因素

（1）長時間未校秤、秤未校準(zhǔn)、人為改變校秤系數(shù)、傳感器維修或替換后未校秤，都會造成計量靜態(tài)誤差失控。

（2）電子計量部分的影響因素有傳感器老化、損壞、內(nèi)部進水、應(yīng)變片受損或接觸不良；傳感器連接電纜破損、受潮、強電干擾；接線盒接線松動、進水、接線板卡損壞、電位器調(diào)整不當(dāng)；放大器接線端損壞、電源電壓不穩(wěn)定等。

（3）秤體不能活動自如，有卡滯和碰撞現(xiàn)象。如軟連接處粉料結(jié)塊造成頂秤，軟連接太緊造成拉秤，秤體周圍有支撐或秤體變形造成碰撞。

（4）結(jié)構(gòu)部分變形造成的計量誤差。多點傳感器理論上應(yīng)處在同一水平面上，使每個傳感器受豎直向下的剪切力作用。當(dāng)秤體架或主樓平臺鋼結(jié)構(gòu)局部變形，使其中一個或多個傳感器不只受剪切力的作用。不但影響計量精度，而且減少傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器。

（5）氣缸、蝶閥、電磁閥、限位開關(guān)等控制部件，必須靈敏且重復(fù)性好，如因設(shè)備老化或檢修保養(yǎng)不到位的原因，會造成各部位倉門關(guān)不嚴或機械延遲等故障，導(dǎo)致計量誤差偏大。

（6）氣壓不平衡造成的計量誤差。粉料秤通過通氣管與攪拌機連接，攪拌機通過排氣管與收塵器連接，粉料秤同時還通過布袋與攪拌機和螺旋輸送器連接，使各系統(tǒng)處在一個連通、氣壓平衡的空間里，以減少氣壓對計量誤差的影響。如果通氣管、排氣管堵塞，粉料秤稱料、卸料、骨料進攪拌機、攪拌機卸料時會造成局部正壓或負壓，秤面讀數(shù)會產(chǎn)生虛值或隨氣壓變化而變化，導(dǎo)致粉料的實際數(shù)量減少或增多。

（7）操作人員工作責(zé)任心不強、圖方便而不按規(guī)范操作。空秤未置零或沒有合理設(shè)定配料落差、自動落差跟蹤、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、點動補料、誤差自動補償、自動扣秤、自動修正扣秤落差等功能，人為造成動態(tài)誤差偏大。動態(tài)誤差無法控制或數(shù)值漂移時，不上報、不處置。

（8）攪拌軟件的設(shè)計缺陷，傳感器的選型、安裝、受力不均勻、布線，都有可能對計量誤差產(chǎn)生影響。

4　控制計量誤差的措施

（1）定期規(guī)范的校準(zhǔn)，保證計量設(shè)備的靜態(tài)精度。配料秤除進行法定計量部門的周期檢定外，還應(yīng)每月至少自校一次。

（2）操作人員培訓(xùn)上崗，嚴格按操作規(guī)程操作，密切注意計量動態(tài)誤差，以及秤面讀數(shù)在靜態(tài)和動態(tài)時是否穩(wěn)定、正常，計量動態(tài)誤差超過允許值時，應(yīng)及時進行調(diào)整，調(diào)整始終達不到要求或秤面讀數(shù)跳躍比較大時，應(yīng)通知機修人員對機械部分進行檢查。

（3）技術(shù)人員應(yīng)關(guān)注混凝土各項性能指標(biāo)的變化，重點是用水量和強度，發(fā)現(xiàn)異常情況及時查找原因。

（4）機修人員按保養(yǎng)計劃或說明書進行檢修和保養(yǎng)，杜絕安全隱患，盡量減少故障。發(fā)現(xiàn)影響計量誤差的故障時，立即停機檢查、維修，將影響控制在最小范圍。

（5）工控機安裝錄屏軟件，將所有軟件操作過程進行錄像，并保持三個月以上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)、澆筑、質(zhì)量出現(xiàn)問題時，可以很方便準(zhǔn)確地分析查找問題。

（6）定期對材料進行盤存、有計劃地進行清倉，核算材料損耗，發(fā)現(xiàn)超耗及時查找原因。

5　典型案例

案例 1：材料清倉核算時，發(fā)現(xiàn)其中一個水泥虧損率達到 5.8%。立即組織人員從統(tǒng)計數(shù)據(jù)、材料進場、使用、靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差、計量設(shè)備幾個方面進行篩查。首先復(fù)核統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的進量及使用量，核對無誤確實造成水泥虧損。對水泥進場過磅、進倉的監(jiān)控錄像進行查詢，每車水泥過磅、進倉正常，無重量遺漏或進錯倉。水泥的使用和動態(tài)誤差記錄詳盡，無超耗。計量設(shè)備檢查也未發(fā)現(xiàn)問題。重新對該秤進行校秤，校秤誤差在 -1% 以內(nèi)。但發(fā)現(xiàn)每次校秤后秤面讀數(shù)不回零，重新對計量系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)該水泥秤側(cè)邊突出變形碰擦秤體鋼架，造成實際稱量值大于秤面顯示值。維修并重新校秤后正常。

案例2：一段時間混凝土坍落度忽大忽小，極難控制。排除材料質(zhì)量波動的影響，主要目標(biāo)集中在計量誤差上。查詢生產(chǎn)記錄及工控機屏幕錄像，發(fā)現(xiàn)細石每盤的動態(tài)誤差太大，造成混凝土用水量忽高忽低，雖然操作人員進行了調(diào)整，但還是無法控制。對計量系統(tǒng)全面進行檢查，發(fā)現(xiàn)電磁閥、氣缸存在軟故障，造成開關(guān)門反應(yīng)時間不一致。攪拌軟件上的配料落差、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、誤差自動補償功能設(shè)置不當(dāng)。通過合理設(shè)置參數(shù)、替換故障部件，每盤動態(tài)誤差均可以控制在允許范圍內(nèi)，混凝土坍落度也得到很好的控制。

案例 3：生產(chǎn)過程中，混凝土生產(chǎn)用水量突然增加 15～20kg/m3，用排除法排除材料的影響。查看生產(chǎn)記錄，動態(tài)誤差均在允許范圍內(nèi)。查看生產(chǎn)時的屏幕錄像，發(fā)現(xiàn)細石秤空秤數(shù)值顯示 -225kg，可能是秤體內(nèi)粘附的材料被振動器振下來，空秤數(shù)值變成負數(shù)，生產(chǎn)過程中操作人員未發(fā)現(xiàn)。每次空秤稱量時都會多225kg，直接造成用水量上升。立即采取措施，修改秤體的穩(wěn)定延時，以方便操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題，并對軟件提出修改意見，空秤負數(shù)超過范圍應(yīng)停機報警。

案例 4：操作人員發(fā)現(xiàn)秤面數(shù)值不穩(wěn)定、漂移大。檢查電子計量部分，排除了傳感器、線路、各接線端問題，測試接線盒內(nèi)的接線板發(fā)現(xiàn)其損壞，更換后正常。

6　結(jié)束語

影響計量誤差的因素有機械、電氣、軟件、操作等多方面原因，出現(xiàn)問題查找起來比較復(fù)雜，但只要對原理、工作方式、影響因素有深入的了解，相關(guān)人員具有高度的責(zé)任心，通過溝通、協(xié)作，善于發(fā)現(xiàn)問題，及時處理問題，完全可以將計量誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證混凝土質(zhì)量。

[1] GB/T 10171—2005．混凝土攪拌站（樓）[S]．

[2] GB/T 14902—2012．預(yù)拌混凝土[S]．

[3] GB 50164—2011．混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[4] 姚元斌，安寧．混凝土攪拌站計量誤差原因分析[J]．建設(shè)機械技術(shù)與管理，2013 (9): 117-119．

[5] 王楠．混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計方案分析[J]．建筑機械，2011 (8): 88-94．

［通訊地址］武漢市江夏區(qū)廟山開發(fā)區(qū)陽光大道湖北藍海混凝土有限公司（430200）

To ensure the quality of concrete by controlling the metering error

Nie Hu
(Hubei Lanhai Concrete Co., Ltd., Wuhan 430200)

In order to ensure the quality of concrete, reduce the measuring error, through carries on the analysis to the concrete mixing station measurement system working principle, control method, discusses the causes of measurement error and preventive measures, simple examples of check and disposal method of measurement error.

metering error; static error; dynamic error; quality of concrete

聶虎（1978—），男，工程師，從事混凝土生產(chǎn)質(zhì)量管理工作。