新型智能料位檢測系統在 商品混凝土攪拌站的應用實踐

張金營，劉金柱，張偉，邵立會，李杰，郜衛波

（1. 菏澤中聯混凝土有限公司，山東 菏澤 274000；2. 邢臺中聯混凝土有限公司，河北 邢臺 054000）

0 引言

商品混凝土亦稱預拌混凝土或商品砼，實質上是把混凝土這種主要建筑材料從備料、配料、拌制到運輸等一系列生產環節從傳統的施工系統中分離出來，成為一個獨立經濟核算的加工企業——預拌混凝土攪拌站或混凝土公司。在市場經濟不斷發展的時代背景下，商品混凝土攪拌站成為了房屋建筑、造橋修路等工程項目中提供基礎混凝土原材料的關鍵場所。

在商品混凝土原材料管理工作中，水泥、粉煤灰、礦粉等粉體物料的備料存料是通過粉體罐車（散裝水泥運輸車）的出料管接入商品混凝土攪拌站粉體罐的進料管中進行送料的，一般是利用車輛的柴油機驅動車載擺動式空壓機，產生的壓縮空氣進入氣室內，使罐內粉狀物料產生流態化現象。當壓力達到目標值時，打開出料蝶閥，實現向粉體罐輸送水泥、粉煤灰、礦粉等粉體料的過程。

粉體罐一般由筒倉罐體、罐頂收塵器、壓力安全閥（防爆閥）、阻旋式料位指示器、檢修爬梯、進料管、助流氣墊、手動蝶閥和支腿構成（圖 1）。為了探測粉料罐內粉料的儲存量，常在筒倉罐體內設置有料位計及聲光指示器。常采用阻旋式料位指示器（圖 2），設高低兩個料位指示。高位聲光報警，表示粉料罐中的物料已快裝滿，物料到達高料位，應停止向罐內輸送物料。低位聲光報警，表示粉體罐內的物料已經快用完，物料降到低料位，應及時向罐內輸送物料。送料、止料均是通過粉體罐車司機人工操作，并在很大程度上受商品混凝土攪拌站的實際管理水平、機電技術人員力量以及粉體罐車（散裝水泥運輸車）司機的責任心等各種因素影響，粉體罐安全閥被打爆、嚴重冒灰的事屢見不鮮（圖 3）；有的甚至將筒倉倉頂或倉頂除塵器打爆，造成設備設施損毀及危及人員生命安全的事故。

圖1 混凝土攪拌站粉體罐照片及示意圖

圖2 混凝土攪拌站粉體罐常用阻旋式料位指示器

圖3 混凝土攪拌站粉體罐打滿冒料爆倉爆罐照片

1 新型智能料位檢測系統簡介

鑒于傳統的粉料打灰系統可能出現種種的環境問題和安全隱患，我們特對原來安裝有阻旋式料位指示器的粉體罐進行了升級改造，重新安裝了兩套新型智能料位檢測系統予以代替，使用效果良好，可以很好地解決粉體罐被打冒、打爆的問題，為商品混凝土攪拌站創造更安全、環保的工作環境。

該系統是由貼片式料位計、安全上料顯示終端、粉料電子門禁鎖、智能電子物料顯示牌、粉料余量監控（箱）系統（觸摸屏終端）、進料管電磁閥、手機 APP、PC 采集軟件以及智能電視終端顯示系統組成。它能夠實時顯示粉倉物料重量等數據，并能保證粉倉進料正確，避免注料過程中發生打滿爆倉爆罐的現象，還能減少粉塵污染。

1.1 新型智能料位檢測系統架構

檢測系統的架構示意圖見圖 4。

圖4 新型智能料位檢測系統架構示意圖

1.2 新型智能料位檢測系統構成

1.2.1 貼片式稱重料位傳感器

貼片式稱重傳感器（圖 5）的工作原理是測量容器支撐件的應力變化，進而產生與物料重量成正比的電壓變化，亦即測量物料變化給容器支撐結構的形變，因此不受掛料、堆積角、結拱等影響。標準化軸向應變靈敏度可在廣泛的溫度范圍提供主動溫度補償，是新一代帶主動溫度補償的貼片式稱重傳感器，廣泛應用于料倉稱重，源自于常見的螺栓固定應變式技術經驗，設計獨特、靈敏度高、熱穩定性好，可在容器使用期間進行快速簡單地安裝，可直接固定于容器的支撐結構上（圖 6）。無論對需要稱重或需要指示料位的容器、罐體使用 H 型支腳、剪切梁交叉支架還是支撐裙筒，貼片式稱重傳感器都有良好的通用性，與其他需要調整或提升容器的傳統稱重傳感器相比，貼片式稱重傳感器無疑是一個高性價比的稱重儀器。

圖5 貼片式稱重傳感器

圖6 貼片式稱重傳感器在粉體罐實際安裝位置

該產品克服了傳統料位傳感器安裝維護困難（登高作業）、測量數據不準確、測量結果易受干擾（如雷達超聲波料位計容易受掛壁、架橋、揚塵干擾，重錘式料位計雖然一般不會受溫度、粉塵、震動等干擾，但也有機械系統維護量較大、繩斷、亂繩，容易被料埋錘等）等缺點，具有安裝維護簡便、測量準確、使用安全性高、安裝過程中不需要停產等優點，是目前測量粉料倉料位的首選傳感器解決方案。

1.2.2 BSQ300 檢測終端（圖 7）

（1）通過采集貼片式稱重料位傳感器的料位信號，自帶多色指示小燈可以顯示每路料倉的料位或重量百分比，方便直觀。

（2）采用 ZigBee 無線通信技術，將傳感器料位信號傳送給粉料余料檢測箱內的 BSTCOM 模塊，料位信息可通過觸摸屏、生產監控電腦、磅房監控系統、ERP（BGM 企業綜合管理系統）等終端顯示。而 ZigBee 是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信網絡技術，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能，適合于自動控制和遠程控制，在眾多領域有著廣泛的應用前景。

1.2.3 粉料管理系統終端（粉料余料檢測箱）（圖 8）

圖8 粉料管理系統終端（粉料余料檢測箱）

（1）支持以太網和串口通訊，可與多個料位采集終端通信。

（2）對檢測到的進料信號做了濾波處理，能夠有效屏蔽掉無效信號。

（3）觸摸屏可實時顯示每路料倉的稱重數值，料位百分比（柱狀圖方式形象直觀），同時可設置料倉的基本信息。

1.3 新型智能料位檢測系統功能綜述

（1）采用 ZigBee 無線通信技術，將料位情況通過采集終端——觸摸屏實時顯示，畫面形象具體，可直觀地利用柱狀圖顯示當前料位。

（2）利用以太網通訊，料位信息還可以通過生產監控電腦實時顯示，方便操作員在混凝土生產過程中實時查看料倉料位情況。

（3）系統可通過生產監控電腦實時了解料位信息，也可設計高低料位報警提示及聯鎖關閉進料管電磁安全閥功能，聲光報警提示、防止粉料斷料或粉體罐冒頂爆倉情況。

（4）開放的接口協議，料位信息可與 ERP（BGM 企業綜合管理系統）聯網，即支持攪拌站 ERP 系統訪問，進行料位實時監控、磅房管理，通過互聯網技術實現料位信息共享，減少磅房人員人為出錯及作弊的可能，也允許管理人員在 ERP 系統內，任何位置查看料位數據，對采購人員提供決策依據，也可通過 ERP 系統對比每個倉的原料消耗曲線數據、進料數據、實時庫存，系統可監控混凝土生產原料是否使用錯誤，及時提醒預警信息，防止質量事故發生。

（5）系統采用以太網通信，可將每個倉的重量信號傳送到攪拌站控制系統監控軟件上，便于操作人員查看，也可以通過手機 APP 查看實時料位信息，方便快捷。

2 結果與討論

（1）本公司新型智能料位檢測系統的改造升級采取了循序漸進的步驟，先在一個雙生產線攪拌站試用，論證設計安裝調試，前后耗時約一個星期，改造后效果良好，徹底解決了粉體罐易被打冒、打爆的問題。

（2）料罐料位顯示直觀，徹底改變了每月盤庫需要人工機械敲罐的落后做法，杜絕了粉體罐每月至少被一次人為的機械敲罐外力損傷或破壞，延長了罐體外刷油漆以及粉體罐的壽命，降低了粉體罐定期刷漆防腐的維護成本。

當前自動化、信息化已廣泛應用到工業生產的各個方面，信息化進程和工業化進程不再相互獨立進行，將在技術、產品、產業、管理和業務等許多層面進行融合。但“兩化”融合仍任重道遠，廣大企業應需要不斷摸索改進，以適應社會發展的需要。還應與時俱進，開拓創新，結合自身實際情況，重視“兩化”融合，重視新技術、新設備、新材料和新工藝的推廣與應用，以信息化為支撐，帶動工業化轉型升級，以工業化促進信息化不斷完善改進，追求可持續性科學發展模式。