楊振中

摘 要：為實現(xiàn)水利水電工程基礎(chǔ)處理施工中有關(guān)漿液制備設(shè)備自動化，提高制漿站制漿效率，一體式智能制漿系統(tǒng)能夠很好的完成制漿站全自動化制漿工作。該系統(tǒng)主要由集中入料口、制漿、儲漿、送漿、計量以及PLC控制系統(tǒng)等多部件通過在一個集裝箱內(nèi)的合理布局組裝而成的，具有高度集成和高自動化程度的完整制漿和送漿設(shè)備。

關(guān)鍵詞：一體式制漿系統(tǒng) PLC 自動控制

中圖分類號：TG305 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0 引言

目前，國內(nèi)基礎(chǔ)處理工程施工中有關(guān)漿液制備的環(huán)節(jié)，在比較大型或重要的工程采用自動制漿系統(tǒng)，一些小型工程只采用簡易的制漿設(shè)備進(jìn)行制漿作業(yè)。所采用的自動制漿系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，設(shè)備之間相互獨立，項目開工前，均需工作人員進(jìn)行臨時搭建和制漿站組裝等工作，浪費了大量人力物力，同時對環(huán)境的影響也比較突出，在國家對環(huán)境和文明作業(yè)要求日益加強(qiáng)的今天，這樣的作業(yè)方式越來越不適應(yīng)現(xiàn)代施工的要求。國外在制漿系統(tǒng)方面的研究起步較早，各行業(yè)也根據(jù)自己的施工特點研制出了適合自己作業(yè)的制漿系統(tǒng)。技術(shù)相對較為成熟，但價格是國內(nèi)同類型產(chǎn)品的2～3倍。因此，急需一種高度集成的高自動化水平的制漿系統(tǒng)來改變現(xiàn)有的國內(nèi)施工制漿模式。

1 智能制漿系統(tǒng)組成

智能制漿系統(tǒng)主要由集中入料口、制漿、儲漿、送漿、計量以及PLC控制系統(tǒng)等多部件通過在一個集裝箱內(nèi)的合理布局組裝而成。

1）集中入料口：膠凝材料通過螺旋輸送機(jī)輸送，可為：水泥、膨潤土、粉煤灰等。入料口設(shè)置在高速攪拌機(jī)上方，為防止下料口堵塞，料斗上安裝有微型震動電機(jī)，功率50w。2）制漿部分：制漿系統(tǒng)采用旋流式高速攪拌機(jī)，通過液體旋流和葉輪攪拌進(jìn)行漿液高速制備。高速攪拌機(jī)出口通過氣動閥門控制可實現(xiàn)攪拌和輸送的功能切換，在自動制漿時，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動切換運(yùn)行，無需人工控制。功率單次攪漿量800L，功率11kw，轉(zhuǎn)速1450rpm。3）儲漿部分：儲漿采用低速攪拌機(jī)儲漿，減速機(jī)為WPDA135型減速機(jī)，速比1：40，電機(jī)功率5.5kw。儲漿桶可儲存1600L的漿量，在攪拌桶的上方設(shè)有超聲波液位計，當(dāng)漿液達(dá)到上限時，高速攪拌機(jī)將只進(jìn)行攪拌而不向儲漿桶送漿。4）計量部分：稱重模塊安裝在高速攪拌機(jī)支腿下方，對各種物料的重量進(jìn)行稱重并將信號發(fā)送到PLC進(jìn)行處理并據(jù)此對攪拌機(jī)和螺旋輸送機(jī)等設(shè)備進(jìn)行控制，稱重定量精度小于2Kg。5）送漿部分：送漿采用天津聚能高壓泵廠生產(chǎn)的XPB-10型注漿泵，壓力最高5.2Mpa，流量160L/min。6）空氣動力：制漿系統(tǒng)的大部分功能靠PLC控制氣動換向閥實現(xiàn)，本系統(tǒng)采用PL5001無油靜音空氣壓縮機(jī)作為氣體動力源。氣體壓力可達(dá)0.8Mpa，排氣量30～115L/min，功率550w。7）外加劑供給：外加劑儲存為不銹鋼桶直徑600mm，桶高600mm，每次可容納110L外加劑。外加劑采用20CQ-12磁力驅(qū)動泵輸送，流量50L/min，功率370w。外加劑計量采用電磁流量計計量。8）水箱：箱體上部設(shè)置供水水箱，容積1000L，可供兩次攪拌漿液使用，同時可供送漿泵自身清洗和清洗管路使用。水箱內(nèi)安裝有上下水位控制開關(guān)，可同時控制水泵和氣動閥門工作。9）控制室：控制室是制漿系統(tǒng)的控制核心部件。內(nèi)部設(shè)啟動箱一臺、斜面控制柜一臺。人員操作采用觸摸屏操作，通過PLC控制電控箱繼電器動作，從而實現(xiàn)對電機(jī)、泵、閥的自動控制。

2 智能制漿系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 智能制漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能制漿系統(tǒng)包括可開閉的集裝箱，設(shè)置于集裝箱內(nèi)上部的集中入料斗，位于該集中入料斗的出料口下方的制漿罐，通過管道分別與制漿罐上部連通的水箱和外加劑供給裝置，通過管道與制漿罐下部連通的儲漿罐，與儲漿罐連接的送漿裝置，為一體式智能制漿系統(tǒng)運(yùn)行提供動力的動力系統(tǒng)，以及控制一體智能式制漿系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。上述集中入料斗、制漿罐、水箱、外加劑供給裝置、儲漿罐及送漿裝置均內(nèi)置于集裝箱內(nèi)。制漿罐包括用于攪拌的攪拌裝置及電機(jī)。為了更好的實現(xiàn)集成化及設(shè)備的集中控制，集裝箱內(nèi)包括一體的設(shè)備安裝室和控制室兩部分，集中入料斗、制漿罐、水箱、外加劑供給裝置、儲漿罐及送漿裝置均設(shè)置于設(shè)備安裝室內(nèi)，控制系統(tǒng)則安裝于控制室內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)選用PLC控制及觸摸屏操作系統(tǒng)，集中入料斗的進(jìn)料，制漿罐的運(yùn)行，水箱的進(jìn)水，外加劑供給裝置的外加劑供給，制漿罐向儲漿罐送漿，儲漿罐及送漿裝置等部件的工作均可通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化控制。

主要結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3、所示。附圖說明圖1為主視圖。圖2為俯視圖。圖3為側(cè)視圖。其中，附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱：1-集裝箱，2-集中入料斗，3-制漿罐，4-水箱，5-外加劑供給裝置，6-儲漿罐，7-送漿裝置，8-回流管，9-稱重模塊，11-設(shè)備安裝室，12-控制室。

2.2 智能制漿系統(tǒng)電路設(shè)計

智能制漿系統(tǒng)主電路主要包括其主體供電線路、控制線路、模擬信號線路、電動機(jī)、24V電源模塊及一些開關(guān)器件和指示燈的連接線路。

3 智能制漿系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 智能制漿系統(tǒng)操作界面設(shè)計

1）界面開發(fā)：基于EasyBuilder8000 組態(tài)軟件開發(fā)的智能制漿系統(tǒng)操作界面主要包括主界面，自動操作界面，手動操作界面，送漿沖洗操作界面，漿液配比設(shè)定界面，生產(chǎn)統(tǒng)計界面，物料統(tǒng)計界面，傳感器校準(zhǔn)界面等，該界面的主體程序主要實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)處理以及儲存。PLC控制器之間是基于MODBUS TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。其主要操作界面如圖4、圖5所示。

2）數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)為方便用戶統(tǒng)計物料，特設(shè)置物料統(tǒng)計系統(tǒng)。系統(tǒng)是按生產(chǎn)批次進(jìn)行物料統(tǒng)計，每生產(chǎn)一批次漿液后系統(tǒng)會自動算出倉內(nèi)物料預(yù)計剩余量。當(dāng)往物料倉加料時，在進(jìn)料設(shè)定欄輸入相應(yīng)進(jìn)入量，按輸入確定后，倉內(nèi)物料預(yù)計剩余量會自動加上加入物料量。系統(tǒng)還設(shè)置物料下限報警，當(dāng)預(yù)計剩余量達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)頁面將出現(xiàn)提示跳動，提示用戶加入相應(yīng)物料。

3）數(shù)據(jù)儲存：智能制漿系統(tǒng)制漿明細(xì)表是按生產(chǎn)批次進(jìn)行統(tǒng)計，最大單次制漿量為0.8方，每批次最大制漿次數(shù)為10次。系統(tǒng)儲存后會自動下載到儲存設(shè)備上，系統(tǒng)只能保留一個批次制漿明細(xì)表，系統(tǒng)進(jìn)入下一批次制漿后，上批次記錄會被清除，因此，系統(tǒng)上儲存設(shè)備在系統(tǒng)工作時不要拔出。制漿結(jié)束后，用戶也可選擇系統(tǒng)內(nèi)部的統(tǒng)計下載數(shù)據(jù)，以防數(shù)據(jù)丟失。

3.2 PLC程序設(shè)計

可編程控制主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源組成，主要負(fù)責(zé)完成接收HMI的設(shè)定參數(shù)和設(shè)備的開關(guān)信號傳來的制漿指令，控制各執(zhí)行部件完成制漿工作，并通過MODBUS TCP/IP通訊協(xié)議向上位機(jī)反饋數(shù)據(jù)信息和制漿工作的執(zhí)行狀態(tài)。本智能制漿系統(tǒng)采用的是臺灣VIGOR公司VB系列的PLC，VB系列的PLC可支持MODBUS TCP/IP通訊。系統(tǒng)當(dāng)接收到操作人員發(fā)出的制漿指令時，可編程控制會根據(jù)HMI參數(shù)設(shè)定（漿液配比、制漿次數(shù)、單次產(chǎn)量、攪拌時間剩余漿量），會自動啟動相應(yīng)執(zhí)行件，計算出相應(yīng)物料添加量并依次添加，通過控制各執(zhí)行件完成制漿工作并存儲制漿數(shù)據(jù)?？刂屏鞒淌疽鈭D如圖6所示。

4 智能制漿系統(tǒng)的應(yīng)用

智能制漿系統(tǒng)是我們根據(jù)灌漿施工技術(shù)要求，結(jié)合工地施工實際情況自行研究設(shè)計的制漿、送漿設(shè)備，是集機(jī)械、電氣、于一體的高科技產(chǎn)品，該設(shè)備在基礎(chǔ)處理灌漿施工領(lǐng)域內(nèi)具有極高的推廣應(yīng)用價值。目前，智能制漿系統(tǒng)在國內(nèi)陽江核電站平堤水庫防滲灌漿工程、沙灣水電站水下帷幕灌漿工程、加查水電站右岸導(dǎo)流明渠出口岸坡堰肩帷幕灌漿工程、白鶴灘水電站上下游圍堰帷幕灌漿工程、浙江青田水利樞紐基礎(chǔ)處理工程等基礎(chǔ)處理工程應(yīng)用。在國外新加坡地鐵湯申線T227濱海南地鐵站及隧道工程、文萊都東水壩項目等基礎(chǔ)處理工程中應(yīng)用。應(yīng)用中各項指標(biāo)正常，計量準(zhǔn)確，運(yùn)行效果良好。為工程順利提前完工奠定了基礎(chǔ)，得到了業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計方的一致認(rèn)可。

5 結(jié)束語

1）智能制漿系統(tǒng)統(tǒng)一集成于集裝箱內(nèi)，一方面，高度的集成化，從而將整個制漿系統(tǒng)整合為一體結(jié)構(gòu)，減小了制漿系統(tǒng)的占地面積，省去了大量的臨建工作和運(yùn)輸費用；另一方面，通過PLC控制系統(tǒng)對各組件的運(yùn)行采取統(tǒng)一控制，提高了設(shè)備運(yùn)行的自動化程度，降低了施工人員的勞動強(qiáng)度，提高了施工效率。

2）集裝箱劃分為兩部分，控制室用于安裝控制系統(tǒng)、操作柜、動力柜（動力系統(tǒng)）等，設(shè)備安裝室則用于安裝制漿系統(tǒng)中運(yùn)行的主要組件，且設(shè)備安裝室一側(cè)為雙開門結(jié)構(gòu)設(shè)計，另一側(cè)為單開門，一方面，方便設(shè)備的維修；另一方面，也方便設(shè)備初期的安裝。設(shè)備安裝且調(diào)試完成后，關(guān)閉每個活動門，整個設(shè)備的運(yùn)行均在設(shè)備安裝室內(nèi)進(jìn)行，避免漿濺射或濺出，極大地防止了制漿對施工場地的污染。3）制漿罐和外加劑供給裝置均通過稱重模塊進(jìn)行稱重，然后通過稱重模塊將稱重信息反饋至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制制漿罐的進(jìn)料、攪拌等動作。4）集中入料斗、水箱、外加劑供給裝置均安裝在集裝箱內(nèi)的頂部并由集裝箱承受其設(shè)備自身的重量，與制漿罐連接后，設(shè)備自身的重量并不會通過連接用的部件傳遞至制漿罐，以保證稱重模塊對制漿罐的重量稱量準(zhǔn)確無誤。5）智能制漿系統(tǒng)使用故障報警提示，為大多數(shù)故障報警提供了故障原因提示，為設(shè)備的維護(hù)提供了極大的便利條件。6）集裝箱的箱壁內(nèi)設(shè)有中空的通道，輸水管道、控制電纜及動力線內(nèi)置于中空通道內(nèi)，這樣的布置一方面使得系統(tǒng)的外部更加簡潔、美觀，另一方面，也提高了系統(tǒng)的集成程度。

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