基于多傳感器監(jiān)控的瀝青攪拌站智能控制系統(tǒng)

□ 陳云強(qiáng)

安邁工程設(shè)備(上海)有限公司 上海 201707

1 設(shè)計(jì)背景

瀝青攪拌站是一種用于批量生產(chǎn)瀝青混凝土的大型成套工程設(shè)備。隨著“工業(yè)4.0”智能化時(shí)代的到來(lái),智能控制成為工程機(jī)械的發(fā)展方向和必然趨勢(shì),安全則是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的重中之重。對(duì)此,筆者設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器監(jiān)控的瀝青攪拌站智能控制系統(tǒng)。

2 瀝青攪拌站概述

一般而言,瀝青攪拌站可以分為配料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、粉料系統(tǒng)、稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)、成品料倉(cāng)系統(tǒng)、瀝青供給系統(tǒng)等子系統(tǒng)。瀝青攪拌站實(shí)物如圖1所示,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 瀝青攪拌站實(shí)物

圖2 瀝青攪拌站結(jié)構(gòu)

在生產(chǎn)過(guò)程中,為了進(jìn)一步提高瀝青攪拌站的機(jī)械化、自動(dòng)化程度,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初始階段引入多傳感器,在生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置狀態(tài)監(jiān)控、安全監(jiān)控,并通過(guò)分析生產(chǎn)環(huán)節(jié),引入安全鏈路模式,將原料輸送系統(tǒng)與和生產(chǎn)、安全維修相關(guān)的各子系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái),最終形成環(huán)環(huán)相扣的智能控制系統(tǒng)。

3 生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控

作為瀝青攪拌站的子系統(tǒng),配料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)、成品料倉(cāng)系統(tǒng)都需要對(duì)輸入、輸出及過(guò)程狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

3.1 配料系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

配料系統(tǒng)是瀝青攪拌站生產(chǎn)流程的源頭,在工程設(shè)計(jì)之初,就需要考慮可能存在的異常狀態(tài),為后期故障報(bào)警和維修提供較為精準(zhǔn)的故障數(shù)據(jù)與維修方案。

瀝青攪拌站常用砂石骨料如圖3所示。砂石作為瀝青攪拌站的常規(guī)材料,規(guī)格較為細(xì)碎,容易堵住料倉(cāng)的下料口。利用非接觸式接近開(kāi)關(guān)監(jiān)控下料情況,通過(guò)監(jiān)控下料周期內(nèi)信號(hào)的中斷情況判斷是否缺料及堆積堵料,進(jìn)而自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)控制系統(tǒng),同時(shí)提醒負(fù)責(zé)人及時(shí)補(bǔ)料。接近開(kāi)關(guān)監(jiān)控料斗下料情況如圖4所示。

圖3 瀝青攪拌站常用砂石骨料

圖4 接近開(kāi)關(guān)監(jiān)控料斗下料情況

立式瀝青罐液位傳感器如圖5所示。瀝青是必不可少的攪拌原材料,具有黏稠的特性。要求瀝青在輸入拌缸前必須加熱至160～180 ℃,保持一定的黏度和流動(dòng)性。同時(shí)利用溫度傳感器監(jiān)控罐區(qū)、管道關(guān)鍵點(diǎn)的溫度。

圖5 立式瀝青罐液位傳感器

由于立式瀝青罐截面積小,利用瀝青泵加灌瀝青時(shí),極易造成漫罐現(xiàn)象。對(duì)此,利用連續(xù)傳感器和高料位監(jiān)控瀝青罐液位,防止出現(xiàn)瀝青罐液位較低時(shí)干燒,以及漫罐等異常情況。立式瀝青罐狀態(tài)監(jiān)控流程如圖6所示。

圖6 立式瀝青罐狀態(tài)監(jiān)控流程

3.2 燃燒系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

由于價(jià)格和燃燒熱值等因素,國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)選擇重油、天然氣作為燃料。重油比較黏稠,存在固體雜質(zhì),在燃燒前,需要對(duì)重油進(jìn)行預(yù)熱,提高其流動(dòng)性。為了保證生產(chǎn)效率,多數(shù)客戶會(huì)采用支持多燃料選擇的燃燒器,這就需要系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別燃料,并自動(dòng)監(jiān)控每種燃料的安全溫度、壓力等。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的提高,對(duì)燃燒尾氣的監(jiān)控和處理尤為重要。

燃燒器中不同燃料的火焰出口位置不同,系統(tǒng)利用位置傳感器判斷噴槍位置,進(jìn)而自動(dòng)識(shí)別燃料種類(lèi)。對(duì)于不同的燃料,監(jiān)控不同的狀態(tài),如對(duì)于重油,監(jiān)控溫度、壓力;對(duì)于燃?xì)?監(jiān)控密度。以重油、天然氣兩用的燃燒器為例,燃燒器監(jiān)控流程如圖7所示。在燃燒過(guò)程中,利用傳感器監(jiān)控火焰的狀態(tài)。通常選用FFS06傳感器,這一傳感器通過(guò)特制紅外線受管來(lái)監(jiān)控火焰輻射的頻譜信號(hào),判斷火焰形狀是否正常。在最終出料口,同樣配置有溫度傳感器,判斷加熱后的骨料是否達(dá)到準(zhǔn)許出料狀態(tài)。

圖7 燃燒器監(jiān)控流程

3.3 稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

由于鋪路建設(shè)材料配比要求嚴(yán)格,因此在攪拌前,需要精準(zhǔn)稱(chēng)量每一缸待攪拌材料的質(zhì)量,準(zhǔn)確控制攪拌過(guò)程的時(shí)間和出料溫度等。

稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)流程如圖8所示。在各種材料的放料過(guò)程中,需要同時(shí)用稱(chēng)重傳感器稱(chēng)量骨料、粉料、瀝青等,做到嚴(yán)格符合生產(chǎn)配比方案。一般可選擇應(yīng)變片式稱(chēng)重傳感器,以滿足生產(chǎn)精度要求。在攪拌過(guò)程中,通過(guò)時(shí)間傳感器等元件,實(shí)現(xiàn)定時(shí)攪拌。同時(shí)利用紅外溫度傳感器監(jiān)控預(yù)卸料溫度,通過(guò)加熱等溫度補(bǔ)償方式保證拌缸出料合格。拌缸出料溫度在180 ℃左右。可選用RT80A筑路專(zhuān)用測(cè)溫儀,這一測(cè)溫儀采用非接觸式測(cè)量,具有多種安裝保護(hù)部件,如圖9所示。某品牌攪拌站針對(duì)拌缸出料傳感器采用鑄鐵管等進(jìn)行保護(hù),在惡劣環(huán)境下,還可選用專(zhuān)用的冷卻保護(hù)和鏡頭吹掃器。

圖8 稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)流程

圖9 RT80A筑路專(zhuān)用測(cè)溫儀

3.4 成品料倉(cāng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

以強(qiáng)制間歇式瀝青攪拌站為例,材料一鍋一鍋分開(kāi)攪拌,每攪拌一鍋同時(shí)為45～60 s,無(wú)法及時(shí)運(yùn)輸?shù)某善妨闲枰贸善妨蟼}(cāng)保溫儲(chǔ)存,由溫度傳感器和自動(dòng)溫控模塊實(shí)現(xiàn)保溫。

對(duì)于多儲(chǔ)料倉(cāng)的瀝青攪拌站,利用軌道小車(chē)精準(zhǔn)選擇對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)料倉(cāng)或廢料倉(cāng)。選倉(cāng)小車(chē)系統(tǒng)監(jiān)控流程如圖10所示,由變頻器控制小車(chē)的運(yùn)行速度,并監(jiān)控電機(jī)溫度、剎車(chē)信號(hào),編碼器可精準(zhǔn)定位小車(chē)位置,進(jìn)行有效儲(chǔ)料。

圖10 選倉(cāng)小車(chē)系統(tǒng)監(jiān)控流程

4 安全鏈路

作為大型成套工程設(shè)備,瀝青攪拌站從配料供給到成品產(chǎn)出,生產(chǎn)流程依次進(jìn)行。基于各子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控,將各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái),形成智能控制系統(tǒng)安全鏈路,能有效定位故障點(diǎn),安全啟動(dòng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié),保障瀝青攪拌站安全生產(chǎn)。智能控制系統(tǒng)安全鏈路流程如圖11所示。

圖11 智能控制系統(tǒng)安全鏈路流程

瀝青攪拌站智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為配料是否穩(wěn)定、瀝青狀態(tài)是否達(dá)標(biāo)、燃燒干燥是否充分、菜單稱(chēng)量配比是否符合工藝要求、攪拌狀態(tài)是否充足、成品料是否滿足標(biāo)準(zhǔn)等。若配料、除塵、燃燒任一系統(tǒng)出現(xiàn)故障,則燃燒系統(tǒng)安全鏈路無(wú)法正常釋放,導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)后續(xù)步驟。每個(gè)子系統(tǒng)的故障信息都會(huì)通過(guò)傳感器傳輸至智能控制系統(tǒng),并提供對(duì)應(yīng)的故障報(bào)警信息。

智能控制系統(tǒng)安全鏈路盡可能多地采集各子系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息,以此判斷系統(tǒng)是否具備啟動(dòng)下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀態(tài)條件。

當(dāng)配料系統(tǒng)異常,出現(xiàn)斷料、堆料等情況時(shí),系統(tǒng)主動(dòng)提示配料故障,無(wú)法正常啟動(dòng)除塵系統(tǒng)。

當(dāng)除塵系統(tǒng)異常,出現(xiàn)風(fēng)機(jī)停止工作、除塵器內(nèi)溫度異常、壓力不達(dá)標(biāo)等情況時(shí),系統(tǒng)主動(dòng)提示除塵系統(tǒng)故障,無(wú)法正常啟動(dòng)燃燒系統(tǒng)。

當(dāng)燃燒滾筒電機(jī)停止工作、燃料壓力和溫度出現(xiàn)異常等情況時(shí),系統(tǒng)無(wú)法正常啟動(dòng)燃燒系統(tǒng)。

在滾筒正常出料的情況下,如果瀝青罐區(qū)出現(xiàn)瀝青溫度過(guò)低、輸送泵異常等情況,那么無(wú)法正常啟動(dòng)稱(chēng)量攪拌系統(tǒng)。

當(dāng)出現(xiàn)攪拌電機(jī)停止工作、攪拌時(shí)間過(guò)短、預(yù)出料溫度過(guò)低等情況時(shí),無(wú)法開(kāi)啟拌缸下料口,直到攪拌充分,才允許卸料至儲(chǔ)料倉(cāng),由此保證成品料的品質(zhì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了瀝青攪拌站生產(chǎn)流程中的各關(guān)鍵狀態(tài),引入安全鏈路控制模式,設(shè)計(jì)了基于多傳感器監(jiān)控的瀝青攪拌站智能控制系統(tǒng)。這一智能控制系統(tǒng)利用各關(guān)鍵狀態(tài)監(jiān)控來(lái)判斷各生產(chǎn)流程是否依次進(jìn)行,保證每一道生產(chǎn)流程的充分完成,進(jìn)而保障最終成品的質(zhì)量。