強制振動式混凝土拌合站的運行工藝原理探究

王英杰 王垚 范寶慶

摘 要：以強制振動式混凝土拌合站為對象，針對拌制混凝土的過程，在簡要闡述強制振動式混凝土拌合站工藝原理的基礎上，對強制振動式混凝土拌合站的電氣控制系統的功能要求、設計思路和安裝要點進行探究總結，以期提高強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統的設計安裝水平，為強制振動式混凝土拌合站的高效拌制混凝土、安全生產拌制混凝土提供更有力的支持。

關鍵詞：強制振動式混凝土拌合站；拌制混凝土，工藝原理；電氣控制系統

中圖分類號：U415? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0113-03

1 強制振動式混凝土拌合站工藝原理

強制振動式混凝土拌合站由原材料運輸系統、給水系統、強制振動攪拌系統、倒料系統與電子控制系統等五絕大設備構成[1]。

強制振動式混凝土拌合站的優點在于：①能夠有效保證骨料的級配以及各原材料間的配比精度，從而更好地保證成品料的拌合質量與材料性能。②其生產過程也更具靈活性，能夠根據實際用料需求隨時調整骨料級配和油石比，從而最大限度保證成品料的性能指標符合實際用料需求。

其缺點主要是在相同的生產能力水平下，此種生產工藝的生產能耗較高、工藝流程較長，且粉塵類污染物產生量較大。為保證生產過程符合環境保護法的相關要求，往往需要設置高效率的除塵裝置。因此，強制振動式混凝土拌合站的建設投資普遍較高[2]。

2 強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統的功能要求

為滿足自動化生產需求，需要強制振動式混凝土拌合站的電氣控制系統具備以下3個基本功能。

2.1 自動測量功能

一方面，可以對生產過程中各環節物料質量的自動化、精準化測量，以此保證各生產環節投料量的準確性，確保各原材料間的配比精準且與生產要求一致，從而保障成品料的拌合質量和材料性能。另一方面，對生產設備電壓、電流、功率、頻率等運行參數的準確測量，以此幫助設備操控人員準確了解設備運行狀態，確保生產過程的安全系[3]。

2.2 自動控制功能

強制振動式混凝土拌合站普遍占地面積較大，且耗電量較高，因此其電氣系統的開關設備通常具有較大的體積。出于對操作安全性的考慮，強制振動式混凝土拌合站大多采用操作系統來控制高電壓、大電流開關設備的分閘與合閘，并要求在生產設備發生故障時，操作系統能夠在第一時間自動進行分閘操作，及時斷開電路，保證設備和人員的安全。而想要實現上述功能需求，必然需要一套具備自動控制功能的電氣控制系統。

2.3 自動保護功能

強制振動式混凝土拌合站運行生產過程中，難免會因為線路老化、零部件磨損、生產負荷過大等原因而發生運行異常或故障的情況。若未能在第一時間對異常設備或故障設備進行有效處理，很容易造成設備嚴重損壞或人員傷亡等后果。

因此，為保證設備運行生產過程的安全性，需要的電氣控制系統具備設備保護功能，能夠在檢測設備異常或故障的第一時間，自動做出斷電停機、報警提示等一系列保護動作，以此有效保護設備及人員的安全。

3 強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統設計思路

現階段，強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統大多采用S7-300系列PLC作為主控器，分布式I/O作為信號采集和輸出控制裝置，由此構成一個相對獨立的自動化控制系統。該控制系統既能夠實現電機的單臺啟停或組合啟停，也能夠對各開關量和模擬量進行自動化管理，還能夠借助通信模塊與工業控制計算機系統對各生產設備和生產環節進行協同管理，其管理控制功能如圖1所示[4]。

3.1 PLC選型設計

在PLC控制器方面，可選用SIMATIC S7-300系列PLC。該型號PLC由CPU315-2DP（即帶DP口）和四個分布式I/O輸入輸出控制模塊組成。

作為整個電氣控制系統的控制核心，PLC主要具有以下功能作用：一是協調從站間的各項工作。二是負責整個控制系統的邏輯控制和PID調節的運算控制。三是向工業控制計算機上傳采集、處理數據，并執行工業控制計算機下達的各項操控指令。四是將PID運算結果轉換為模擬信號，并將其作為調節變頻器的輸出頻率的控制信號。五是利用DP協議和通信模塊對變頻器內部數據進行讀寫和調控。

3.2 設置工業控制計算機

在強制振動式混凝土拌合站的操控室內設置一臺高可靠性的工業控制計算機，并根據實際生產操控需求進行相應的配置。通過工業控制計算機與PLC之間的數據信息交換，實現對強制振動式混凝土拌合站的整體實時監控和及時的反饋操作。

在電氣控制系統中，工業控制計算機的功能作用主要有：①利用多幅多種監控頁面，實時顯示生產設備和控制系統的工作狀態。主監控頁面主要顯示工藝流程動態圖、關鍵生產環節實時監控畫面，以及設備運行電壓、電流、溫度等關鍵性信息。其他工作頁面主要顯示生產參數、生產報表、電機自動啟停監控信息、故障報警顯示等信息。電機狀態監控頁面主要顯示拌合站過載、故障等電機狀態。棒狀圖頁面主要顯示設備各模擬量的設定值及當前值開度等信息。②根據系統內預設的操控程序或生產技術人員根據當前生產情況，作出的設備調控決策，向PLC下達具體的操控指令，以此實現生產過程的合理調控。

3.3 設置冷骨料加熱燃油控制器

針對冷骨料加熱燃油控制器，可采用串級控制的方式來實現燃油流量、骨料溫度等參數的采集和調控。

設計時，應將燃油流量作為內環PID控制環節，將骨料溫度作為外環PID控制環節，即以溫度控制器輸出值作為燃油流量控制器設定值，以燃油流量控制器輸出值調控燃油管線調節閥，這樣便可利用溫度控制器來削弱燃料油熱質、原料成分、原料入口流量等因素的影響。

利用流量控制器來削弱燃料油壓力對原料油出口溫度的干擾，從而最大限度保證冷骨料加熱烘干裝置溫度控制的響應及時性和工作穩定性，提高控制品質。冷骨料加熱燃油控制器串級控制框圖如圖2所示。

3.4 通訊連接設計

在系統通信方面主要采用以下兩種設計方式：一是PLC與I/O模塊間采用PROFIBUS-DP網絡通信。二是PLC與工業控制計算機之間采用以太網通信，即在工業控制計算機中安裝TP-LINK，在PLC中安裝CP343-1，然后利用工業雙絞線將二者進行物理連接。

3.5 主電源回路設計

強制振動式混凝土拌合站的供電線路主控空氣開關經過配線端子后，分配到各路分路空氣開關，再由分路空氣開關連接變頻器、接觸器等電氣元件，以此構成電氣控制系統的整個電源回路。

在進行電機驅動元件選型設計時，應滿足以下設計要求：一是冷級配機電機、提升機電機均應采用變頻調速器驅動。二是30 kW及以上功率的電機，應采用的自耦降壓式或星-三角式驅動。三是其他常規電機可采取直接啟動[5]。

4 強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統安裝要點

4.1 電路安裝要點

在強制振動式混凝土拌合站的電氣控制系統電路安裝時，必須以“由高到低、從出到進、先到位后接線”為基本原則，進行電源電路分槽布設、接線安裝施工。

在電路安裝時還應注意以下技術要點的把控：①應及時將已經綁扎好的各類線纜從預留線孔中拉出，其中包含有傳感線、電源線、感應控制線等。②按照安裝說明和線纜上的標志，對各類線纜的排布情況進行梳理，明確每根線纜的走向。③遵循“由高到低、從出到進”的原則，逐級、有序地將各類線纜沿通道或線槽拉至與電氣元件進行接線的準確位置。④接線時必須保證槽平線直且線簇綁扎牢固。⑤接線時，應保證走線具備一定的規律，控制柜出線口應有標有明示線纜功能屬性的標識，線纜之間、線纜與電氣元件之間的連接應達到相應的牢固性要求。⑥待電氣控制系統各類線纜接頭全部連接完畢并滿足質檢要求后，方可將其與配電房、控制柜的供電線路進行連接[6]。

4.2 動力電源布線要點

因強制振動式混凝土拌合站包含較多大功率設備，所以其動力電源線的截面積也比較大。同時，受眾多控制元件的影響，很多線路都需要受到制式瀝青拌合站總動力電源的控制，因此，在進行強制振動式混凝土拌合站動力電源線布線和連接施工時，需要對電源線的產品質量進行嚴格的檢查和把控，確保電源線本身不存在斷路問題。

布線作業時還應保證電源布局的合理性，其不僅要滿足正常情況下電氣控制系統及生產設備的運行用電需求，還應考慮特殊情況下的用電需求。在動力電源布設時，設置500 kVA和150 kVA兩種變壓器，前者主要負責正常工況下，生產設備和電力控制系統的供電工作；后者則主要負責生產設備停機檢修情況下的供電工作。這種電源布設方式既能夠確保不同條件下的供電效果，還能夠有效降低變壓器的空號率。

在進行動力電源布設安裝時，可通過安裝電力穩壓設備的方式，避免電壓不穩現象對電力控制系統工作狀態的干擾，以此保證生產設備運行的穩定性和生產過程的安全性。通常情況下，電力穩壓設備的響應時間應≤0.5 s。

4.3 接地保護裝置安裝要點

強制振動式混凝土拌合站包含較多的大電流、高功率電氣設備，且生產設備大部分處于室外，因此電氣設備的防雷接地保護對電氣控制系統的安全運行至關重要，所以，在進行強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統安裝時，必須保證接地保護裝置的安裝質量。應注重以下安裝要點的把握：

一是供電接地保護方面。若設備采用TT供電制式，則進行電氣控制系統及各類電氣設備安裝時，需要對拌合站的金屬構架及電氣元件金屬外殼做可靠接地保護。若設備采用TN-C供電制式，需要對拌合站的金屬構架及電氣元件金屬外殼做可靠接地保護和可靠接零保護；若設備采用TN-S或TN- C-S供電制式，僅需將拌合站的金屬構架及電氣元件金屬外殼可靠連接到電源保護線上。無論采用哪種供電制式，其接地電阻都必須≤4Ω。

二是防雷保護方面。拌合站高點位置必須安裝避雷針，并保證拌合站所有電氣元件均處于避雷針的有效保護范圍內。電氣控制系統的防雷接地裝置引下線，必須采用橫截面積≥16 mm2且帶有絕緣保護外皮的銅質導線。防雷裝置接地點設置位置與其他接地點設置位置間的距離應≥20 m，且應位于無行人或設施的地方，防雷裝置接地點接地電阻應≤30 Ω。

4.4 系統調試要點

強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統安裝完畢后，應及時對其開展運行調試工作，以確保其處于最佳工作狀態，各項功能得以有效發揮。

在進行電氣控制系統調試時，應注意以下項目的檢查和調試：一是系統運行過程中的電壓情況。二是電源配置的合理性。三是各電機的啟停控制情況和運轉情況。四是各部件對控制系統操控指令的響應速度和執行質量[7]。

5 結束語

為使強制振動式混凝土拌合站電氣控制系統具備自動測量、自動控制、自動保護等基本功能，在進行拌合站電氣控制系統設計時，應明確其總體設計思路及關鍵部件的設計要點，并掌握系統安裝的技術要點，從而確保電氣控制系統基本功能的有效發揮以及強制振動式混凝土拌合站的安全、穩定、高效運行。

參考文獻

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[2] 姚鵬超，王浩然.瀝青拌合站設備安裝調試的質量控制措施分析[J].建筑機械，2022（4）：24-26.

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[6] 徐靜.淺析瀝青拌合站設備安裝調試的質量控制[J].河南建材，2018（6）：320-321.

[7] 黃輝.探析瀝青拌合站電氣設施的安裝及維護研究[J].智能城市，2018，4（5）：160-161.