（载运工具运用工程专业论文）沥青混凝土搅拌站教学模拟设备研究.pdf

摘要 本文根据实际沥青混凝土搅拌站的结构、工作过程，设计了沥青混凝土教学模拟设 备，并对其计量精度、控制可靠性等作了进一步的提高。 首先对沥青搅拌站的国内外现状、教学模拟设备的发展势态等进行了全面论 述，然后对沥青混凝土搅拌站的分类、部件结构、生产工艺、控制系统等作了分 析，设计了模拟设备的结构，生产工艺流程。接着分析设计了配料称重系统、温 度监控系统以及基于d c s 的总体控制系统，并选择了合适的传感器、变送器。 接着根据沥青混凝土搅拌站的工艺流程，选用合适的p l c ，进行p l c 系统的设计， 并采用v b 6 0 软件，在操作系统的基础上设计一组系统画面、报表、重量曲线和 其它功能窗口等动静态界面。最后，针对该设备要求的计量精度要求高的情况， 研究了神经网络b p 算法补偿传感器静态误差，对传感器测量结果中的静态非线 性误差进行校正。 实际使用表明，该设备能够模拟、再现实际的搅拌过程和工作条件，并具有 非常高的计量精度和较好的控制功能。 关键词：沥青混凝土搅拌站教学模拟设备控制系统称量系统 工控机p l c a b s t r a c t b a s e do nt h ea c t u a la s p h a l tc o n c r e t em i x i n gp l a n t ss t r u c t u r ea n dw o r kp r o c e s s e s ， d e s i g nt h ea s p h a l tc o n c r e t et e a c h i n gs i m u l a t i o ne q u i p m e n t ，a n di t sm e a s u r e m e n t a c c u r a c y ，r e l i a b i l i t yc o n t r o lw a sf u r t h e re n h a n c e d f i r s t ，c o m p r e h e n s i v e l yd i s c u s s e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fa s p h a l tm i x i n gp l a n ta t h o m ea n do na b r o a d ，t h ep r o g r e s so ft e a c h i n go rs i m u l a t i n ge q u i p m e n t a s p h a l t c o n c r e t em i x i n gs t a t i o no nt h ec l a s s i f i c a t i o n ，s t r u c t u r a l c o m p o n e n t s ，p r o d u c t i o n t e c h n o l o g ya n dc o n t r o ls y s t e mw a sa l s oa n a l y z e d ，d e s i g n i n gt h es t r u c t u r ea n dt h e p r o d u c t i o np r o c e s so ft h es i m u l a t i o ne q u i p m e n t s s e c o n d ，h a v i n gd e s i g n e dt h em a t i n g i n g r e d i e n t s ，w e i g h i n gs y s t e m ，t e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e ma n dt h eo v e r a l lc o n t r o l s y s t e mb a s e do nt h ed c sa sw e l la sc h o s e nas u i t a b l es e n s o r ，t r a n s m i t t e r t h e nm a k e u s eo ft h ec h o s e nc o m p o n e n t sa n dt h er e a la s p h a l tc o n c r e t em i x i n gp l a n tp r o c e s s ， s e l e c t i n gs u i t a b l ep l c ，h a v i n gd e s i g n e dap l cs y s t e m v i s u a lb a s i c6 0s o f t w a r ew a s u s e dt od e s i g n e dag r o u po fs y s t e mi m a g e s ，s t a t e m e n t s ，w e i g h tc u r v ea n do t h e r f u n c t i o n s ，f o ri n s t a n c e ，s t a t i c a n dd y n a m i cw i n d o w i n t e r f a c e f i n a l l y ，h a v i n g r e s e a r c h e db pn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h mf o rs t a t i ce r r o rc o m p e n s a t i o ns e n s o rb e c a u s e o ft h ee q u i p m e n tr e q u i r e m e n t so ft h eh i g h p r e c i s i o nm e a s u r e m e n tf o rt h er e s u l t so f s e n s o rm e a s u r e m e n ti nt h es t a t i cn o n l i n e a r i t ye r r o r sw e r eb e t t e rc o r r e c t e d p r a c t i c a l l y ，t h ee q u i p m e n tc a nb es i m u l a t e ，t h er e a p p e a r a n c em i x i n gp r o c e s sa n dt h e a c t u a lw o r k i n gc o n d i t i o n sa sw e l la sa v e r yh i g hs t a n d a r do fm e a s u r e m e n tp r e c i s i o n c o n t r 0 1 k e yw o r d s ：a s p h a l tm i x i n gp l a n t ，t e a c h i n gs i m u l a t i o ne q u i p m e n t ，c o n t r o ls y s t e m ， m e t a g es y s t e m ， i n d u s t r i a lc o n t r o le q u i p m e n t ，p l c 、t h e s i st y p e ： a p p l i c a t i o ns t u d y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 到形之。胁培年，月e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： o l 劳矿年 只| e t 年月 e t 长安人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景及意义 19 9 9 年初，国务院批转了教育部面向2 1 世纪教育振兴行动计划；同年6 月，中共中央、国务院做出关于深化教育改革，全面进行素质教育的决定， 表明了党中央把深化教育改革作为一种基本国策的战略思维。关于深化教育改 革，全面进行素质教育的决定指出：“调整和改革课程体系、结构、内容，建 立新的教育体系，试行国家课程、地方课程和学校课程。改变课程过分强调学科 体系、脱离时代和社会发展以及学生实际的状况。抓紧建立更新教学内容的机制， 加强课程的综合性和实践性，重视实验课的课程结构和模式，更新教育内容和形 式，从而全面推进素质教育 。传统的教学法宝“一块黑板，一支粉笔，一张嘴 巴讲到底 ，在特定的历史条件下固然有其存在的合理性，但是随着社会的发展， 己越来越不适应当今教育发展的需要。现代课堂教育要求教育方法力求最优化， 教学手段现代化。从实际出发，积极创造条件而设计、研制沥青搅拌站教学模拟 设备适合教学手段现代化，提供素质教学“四因素法”( a 主体、b 行为、c 条 件、d 标准) 的物质资源条件( 学习者完成学习行为时所处的环境和条件，通常 是指对学生学习结果具有影响特定的限定范围) 。使用沥青搅拌站教学模拟设备 使教学内容贴近实际工作；教学过程主动、生动、活泼；教学方法能变为启发、。! ? 内化、转化，符合自主学习、探究学习、合作学习的现代学习方式。【1 】f 2 】 沥青混凝土搅拌站是随着沥青混凝土的诞生而产生和发展的，是目前高等级 公路施工的关键设备，其结构复杂，控制、计量要求精度高。研制沥青搅拌站教 学模拟设备能够贴近实际，使学生在实践中获得直接经验，在实际的操作、应用 中感受、体验以获得真知。最初沥青搅拌站仅以单机的形式出现，沥青混凝土 自拌自用，随着公路建设大规模的开展，沥青搅拌站的需求越来越大，计量精度 要求越来越高，于是出现了各种不同形式带有计量装置的沥青搅拌站，从而产生 了现代的沥青混凝土搅拌站。随着计算机技术、自动检测和传感技术、自动控制 技术以及通信技术的发展，测量的直观、准确、智能化和控制的可靠及其过程自 动化与信息管理自动化己成为沥青混凝土搅拌站的发展方向。沥青搅拌站教学模 拟设备借鉴实际沥青搅拌站，模拟生产、控制过程，学生可以进一步自主研究设 第一苹绪论 计，具有很好的开放性。 在沥青混凝土搅拌站教学模拟设备的测量系统中，因为物料少，所以传感器 的性能直接决定测量系统的精度，影响到沥青混凝土物料的混合比例，因而对沥 青混凝土的生产质量至关重要。而目前，传感器的输入、输出特性许多为非线性， 而且由于其弹性体的阻尼比过小，传感器达到稳态的时间较长，使得这些以传感 器为核心的称重系统存在着较大的静态非线性误差。对此通过硬件或普通的软件 补偿有一定的难度，而人工神经网络算法是一种通过模拟人脑处理信息的功能的 智能计算方法，它以并行处理、自学习能力强以及可以逼近任意连续有界非线性 函数的优势在传感器系统的非线性自校j 下具有得天独厚的优势。 通过对沥青混凝土搅拌站教学模拟设备控制系统进行系统研究，也对沥青搅 拌站控制系统研制有着重要的意义，同时对类似配料控制系统，如稳定土配料控 制系统及水泥拌和站配料控制系统的研制提供了借鉴。 1 2 国内外现状 1 、沥青混凝土搅拌站的现状及国内市场分析 国外从2 0 世纪2 0 年代开始用沥青混凝土铺设道路。二次大战后，尤其在 6 0 年代大量使用间歇强制式搅拌设备，配置了附加的防空气污染装置( 布袋除尘) 使搅拌设备的成本增加，而整机体积庞大导致移动困难。故此，2 0 世纪7 0 年代 初，美国a s t e c 公司首先研制出连续强制式双滚筒搅拌设备，其逆流技术能够 有效的烘干骨料，并且在彻底的混合后才加入液态沥青，进行连续地、强制性的 4 5 6 0 s 的搅拌混合。近年来发达国家由于环保和节能的原因，对强制式搅拌设备 也做了较大的改进。目前，德国、美国、意大利、等国家的沥青搅拌站在技术 水平和可靠性方面处于领先地位3 1 。国外生产的沥青搅拌站一般生产率在5 0 t h 一4 8 0 t h ，对于商品沥青混凝土生产，沥青搅拌站形式应用比较普遍，尤其在大 型公路工程中被采用。我国沥青混凝土搅拌站( 楼) 的研制是从6 0 年代开始的，在 其发展过程中，型式的选取和主要技术参数基本上是根据用户要求和参考国外产 品的自由状态。国标j t t 2 7 0 1 9 9 5 沥青混合料搅拌设备通用技术条件和 j t t 2 7 0 1 9 9 5 沥青混合料搅拌设备试验方法的颁布实施，将沥青混凝土搅拌 设备的研制和生产纳入了标准管理的轨道，为其发展奠定了基础。产品技术标准 和预拌沥青混凝土标准的要求中，对于沥青混凝土搅拌设备的技术指标已达到发 达国家水平。当今国内生产的沥青混凝土搅拌设备质量迅速提高，逐步取代了进 2 k 安人学硕士学位论文 口沥青搅拌设备，在国内慢慢占主导地位，其控制系统也得到快速发展。国内大 型沥青混凝土搅拌设备生产厂商包括：西筑、德机、锡通、南方路机等【4 】。 我国沥青混凝土搅拌设备通过技术引进、科技攻关，现在有些产品的技术性 能达到了2 0 世纪9 0 年代术国际水平，但是整体而言，尤其在生产规模、制造工 艺、产品可靠性与耐久性等方面与发达国家相比仍有很大差距。 2 、教学模拟设备发展现状 上海同育教学仪器设备制造有限公司生产的t y - 6 6 0 0 型变频调速实验装置 ( 三菱f r a 5 4 0 0 0 7 5 k c h 变频器) ，能够对变频器的基本操作、变频器的p u 开环 与闭环运转、变频器的组合和程序运转、变频器的频率跳变操作和多段速度运转 等项目进行试验。该公司生产的透明仿真教学实训电梯可升级结合计算机网络， 通过编程软件、组态软件“力控3 6 、k l r 智能考核系统软件与硬件配合，j 达到 远程监控、满足职业技能考核鉴定。 国内还有武汉先锋教学仪器有限公司生产各种电工试验设备，电工考训试验 装备模电、数电、自动控制综合实验台，模电、数电、单片机实验开发系统综合实验 台，可编程控制、微机接口及微机应用综合实验台。上海硕博科教模型有限公司生产 的汽车程控电教板，电工实训考核装置，液压与启动运行试验装置等。中国华教 伟业生产的机电实验室、电子实验室、制冷家电、财会模拟实验室、医学教学模型、 理、化、生实验室成套设备、多媒体综合教学系统、多媒体电脑辅助学习系统先进科学 的教研设备系统。 上海标普实验室有限公司、上海天威教学设备有限公司、北京上亿伟业有限公司等 多家公司生产教学设备，表明我国的教学设备发展处于一个蓬勃发展的阶段。但是，对 沥青混凝土搅拌站等大型设备的模拟还没有出现。 3 、集散型控制系统与集中式控制系统比较 集散型控制系统实现了功能、负荷和危险的分散，从而克服了集中型计算机 控制系统的致命弱点。利用该系统有利于对实际现场拌合站的模拟，并使设备具 有很好的开放性【5 1 。 集中式控制系统是第三代过程控制系统，它是一种单机系统，使用一台计算 机对多个设备和对象进行集中管理和控制。分布式控制系统是一种多机系统，使 用多台计算机分别控制不同的对象和设备，从而形成多个子系统，各子系统之间 通过通讯或网络相互关联，从而对各子系统进行协调。从整个系统来讲，分布式 3 第一章绪论 控制系统的各子系统在功能上、逻辑上、物理上以及地理位置上都是分散的。它 的特点是各系统之间有密切的联系和信息交换，系统可以对其总目标和任务进行 综合协调和分配。与集中式控制相比，分布式控制被称为第四代控制体系，通过 近几十年的发展，在过程控制领域已经占据了主导地位。在工业控制领域中，无 论是集中式控制系统还是分布式控制系统都得到了广泛应用。表1 1 为集中式控 制和集散型控制的比较。 表1 1 集中式控制和集散型控制的比较 集中式控制系统 ， 集散型控制系统 管理集中管理和控制集中管理，分散控制 资源所有资源为主机所有各子系统资源共享 通信数据通信量小数据通信量大，需联网设备 性价比大中型系统对主机要求高开放系统，可从多个层面与第三方产品 小系统要求低 互相连接，实现高性价l l 注l 】 技术要低 高，需解决系统软硬件特殊问题和系统 求的调度和优化 灵活性系统布线多，无效丌销大，松耦合的多处理机系统，可实现硬件积 缺乏扩展性 木化 注2 】，软件模块化设计【注3 】，扩 展性好 可靠性可靠性低，故障集中于主系统结构、冗余技术、自诊断功能和高 机性能元器件保证高可靠性 注：开放性体现在d c s 可以从三个不同层面与第三方产品相互连接： 在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车间层支持第三方先进控制产 品s c a d a 平台、m e s 产品、b a t c h 处理软件，同时支持多种网络协议；在装 置控制层可以支持多种d c s 单元( 系统) 、p l c ，r t u ( 采集发送器) 、各种智能控制 单元等，以及各种标准的现场总线仪表与执行机构。 d c s 在结构上是一个松耦合的多处理机系统，分散的子系统自治性强， 各个微处理机都可以有自己的局部操作系统，所以系统的配置十分灵活。如果要 扩大或缩小系统的规模，只须按需要在系统中增加新的单元，或者拆去某个单元， 系统完整性不会受到多少影响。这样的拼装方式，有利于试验现场分批投资，逐 步形成一个在功能和结构上由简单到复杂，从低级到高级的现代化管理和控制系 统。 4 长安大学硕士学位论文 d c s 被广泛应用于一系列的工业领域，尽管他们的生产工艺和产品各异， 但从过程控制的要求来说，有相当大的共性。这就为d c s 的软件设计提供了方 便。d c s 为用户提供有相当丰富的功能软件，用户只需按要求选用这些软件模块， 即可大大减少用户的开发工作量。功能软件主要包括控制软件包、操作显示软件 包和报表打印软件包等，并提供至少一种过程控制语言，供用户开发高级的应用 软件，例如优化管理和控制软件。 总之，集散控制系统不同于集中控制系统，它由多个微处理器组成的分布式 控制系统，由分散的控制站来控制分散的生产部分，实现了功能、负荷和危险的 分散，从而克服了集中型计算机控制系统的致命弱点；它也不同于分散的仪表控 制系统，它的集中在于各操作员站可以进行生产监控，从而克服了二者的缺陷而 集中了二者的优势，利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分 散控制。 4 、d c s 技术与p l c 技术的结合 d c s 的发展推动了相关技术的应用和发展，如可编程序控制器( cp l c ) 技术、 现场总线( f i e l db u s ) 技术、智能控制技术与过程控制软件等。同时这些技术也为 d c s 的发展提供了有力的支持和保障。而与p l c 技术的相融合已成为当今d c s 技术的重要发展方向【6 】。 传统的d c s 是由回路仪表控制系统发展而来，在回路调节与模拟量控制等 方面具有一定优势。可编程序控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r - p l c ) 贝j j 是专 为在工业环境下应用而设计，集微处理技术、自动化技术和通讯技术为一体的实 时工业控制装置，是从继电器逻辑控制系统发展而来，在开关量控制和顺序控制 等方面占优。随着微电子技术和计算机通信技术的飞速发展，p l c 在硬件配置、 软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，从而为工 业自动化控制注入了前所未有的生机和活力；基于p l c 和网络通讯技术的新型分 布式控制系统的设计与应用，己经成为现代生产过程自动化的一个主要发展趋 势。用p l c 来构建或改造d c s ，一方面可以保证控制的实时性、稳定性以及准 确性；另一方面则可大幅度地降低成本，满足用户对控制系统的经济性要求。 当今一些d c s 厂家的产品( 如h o n e y w e l l 公司的p k s ) 还直接采用成熟的p l c 作为控制站。多数d c s 产品可以集成中小型p l c 作为底层控制单元。目前，小 型和微型p l c 不仅具备了过去大型p l c 的所有基本逻辑运算功能，而且能实现 第一章绪论 高级运算、通信以及运动控制功能。 1 3 论文研究的主要内容 1 沥青混凝土搅拌站教学模拟设备控制系统的整体方案设计 对沥青混凝土搅拌站的发展、主要结构、生产工艺、控制系统发展趋势以及 国内外主要产品进行了全面论述，并对沥青混凝土搅拌站教学模拟控制系统进行 总体设计。 2 沥青混凝土搅拌站教学模拟设备硬件设计 根据控制系统的总体设计思路对上位机、下位机、称重传感器、变送器等硬 件进行详细的分析、选型和设计，以构成一个完整的硬件系统。 3 沥青混凝土搅拌站系统软件设计 根据沥青混凝土搅拌站的工艺流程，实现沥青混凝土搅拌站教学模拟设备控 制系统对整个生产过程的可靠控制 4 对沥青混凝土搅拌站称量系统进行误差补偿 称量系统的传感器以及变送器等硬件中的静态非线性误差进行补偿研究，以 实现精确计量。 5 分析了系统的抗干扰设计 包括电路的抗干扰设计、电源部分的抗干扰设计、接地方式、投料方式等等。 6 k 安大学硕士学位论文 第二章沥青混凝土搅拌站教学模拟设备总体设计方案 沥青混凝土搅拌站是一种在道路、机场、码头等施工行业中必备的施工机械， 是比较复杂的机电一体化设备，由骨料供给及干燥系统、粉料系统、沥青供给系 统、外加剂系统、筛分称量和搅拌主机、成品料仓、除尘装置、气动系统和控制 系统等组成。主要的作用是在控制系统的作用下来称量、输送沥青混凝土生产所 需要的各种原材料，按一定比例混合各种原材料。整个生产过程即称量、输送、 投料、搅拌和卸料都是在控制系统控制下自动完成。显然，它是一个受多环节制 约的复杂系统。沥青混凝土搅拌站的搅拌性能、物料动态配比、物料动态称量精 度、提供沥青量以及温度等直接影响沥青混凝土质量。 沥青混凝土搅拌站教学模拟设备参考实际的拌合设备而设计，并能够模拟实 际工作条件、再现实际沥青拌合站的生产过程。 2 1沥青混凝土搅拌站概述 为了适应公路建设的需要，沥青混凝土施工应向大型化和智能化的方向发 展。沥青混凝土搅拌装置按照移动性大体可以分为三种类型【7 】【8 】【9 】： 1 、固定式搅拌站 一般是间歇强制式沥青混凝土结构的搅拌站，它主要用在需大量的沥青混凝 土项目工地。以热骨料筛分、计量，矿粉计量，搅拌缸为主机，以石子以及沥青 的贮存、加热、输送，矿粉的贮存输送，成品料的贮存保温设备配套来组成的， 它实现了沥青混凝土生产的全机械化和自动化，生产能力强，生产质量好。但其 结构较为高大笨重，不便拆装和迁移。 2 、装拆式搅拌站 这种搅拌站是相对固定式而言，由几个大型组件拼装成。结构构成与固定式 搅拌站类似，沥青混凝土的生产过程采用电气程序控制，机械化、自动化程度高， 且体积小、重量轻，拆装容易，移动方便；但其生产率通常比固定式搅拌站要小。 、 3 、移动式搅拌站 这种搅拌站是把搅拌装置安装在一台或几台拖车上，可以随时转移，机动性 好，主要适应于移动性较强以及一些临时的工程项目中，如道路修补工程等建设 项目。 7 第二章沥青混凝十搅拌站教学模拟设备总体设计方案 另外沥青混凝土搅拌站按生产工艺划分强制间歇式沥青搅拌站、连续滚筒式 搅拌站以及双层筛网滚筒式沥青混凝土搅拌设备。 1 、图2 1 为连续滚筒式沥青混凝土混合料生产工艺： ( 1 ) 不同规格的冷砂石料冷骨料定量配料装置料斗呻冷骨料级配后由变速皮带 机传输( 以实现油石比控制) 干燥搅拌滚筒前半段烘干并加热剑足够温度呻干燥搅拌 滚筒后半段进行搅拌； ( 2 ) 矿粉斗矿粉储存- 皮带电子称连续计量呻冷骨料皮带输送机( 或干燥搅拌滚 筒) ； ( 3 ) 沥青沥青供给装置啼沥青输送系统计量后的沥青进入干燥搅拌筒啼由 沥青喷管将沥青喷入干燥搅拌筒后段呻与加热后的骨料一起搅拌； ( 4 ) 搅拌好的沥青混合料成品成品料提升机混合料成品储仓或直接运往施t 现场。 这种新型的沥青混合料生产工艺，即骨料的烘干、加热及与沥青的拌合是在 同一滚筒内进行的，其拌合方式是非强制式的，它依靠骨料在旋转滚筒内的自行 跌落而实现被沥青的裹覆。冷骨料输送机转速、沥青的流量可通过控制系统自动 调节，来保证油石比精确。沥青混合料的制备在干燥筒内进行，即动态计量级配 的冷骨料和矿粉连续从干燥滚筒的前半部进入，采用顺流加热方式烘干加热，然 后在干燥搅拌滚筒的后半段与动态计量连续喷洒的热态沥青混合，采取跌落搅拌 方式连续搅拌出沥青混合料。 与间歇强制式生产工艺相比，连续滚筒式生产工艺的特点是：工艺简单，设 备的组成部分较少，投资省，维修费用低，能耗少，且由于湿冷骨料在干燥搅拌 滚筒内烘干，加热后立即被沥青裹覆，使粉尘难以逸出，这样粉尘发散量大为减 少，对空气污染大大降低。所以，不需要添加复杂的除尘装置即可达到环保要求。 同时，若对干燥滚筒稍作改进，即可进行旧沥青路面材料的回收再利用。其缺点 是：骨料的加热采用热气顺着料流的方向进行，热利用率低；拌制好的沥青混合 料的含水量较大，且温度较低( 1 1o 1 4 0o c ) 。同时，由于是进行连续的配料和拌 合，连续滚筒式生产工艺改变配方比较困难，且由于没有热筛分环节，对冷骨料 的料源质量提出了较高要求，每种规格的料要均匀、稳定，不同规格的料不能混 杂。 长安人学硕十学位论文 矿 ( 填充 r 砂 | 砾( 碎 i ( 骨料 沥 ( 结合 图2 1 连续滚筒式沥青混凝土混合料搅拌站工艺流程 2 、图2 2 为间歇强制式搅拌站工艺流程： ( 1 ) 不同规格的冷砂石料呻泠骨料定量配料装置中的各料斗按容积进行粗配粗配 后的冷骨料由皮带输送机输送干燥滚筒内的火焰逆流将冷骨料烘干并加热到足够温“ 热骨料被垂直提升机输送啼热骨料由筛分机筛分后存入热料仓暂时储存+ 热骨料计量装 置精确计量搅拌器搅拌； ( 2 ) 矿粉斗矿粉储罐定量配料装置啼搅拌器搅拌： ( 3 ) 沥青斗沥青保温罐呻沥青定量供给装置_ 搅拌器搅拌； ( 4 ) 搅拌好的沥青混合料成品喊品料提升机混合料成品储仓或直接运往施+ r 现 场； ( 5 ) 干燥滚筒、热骨料筛分等所产生的粉尘斗除尘装置将粉尘分离出来粉尘储仓 或矿粉配料装置再利用。 强制间歇式搅拌站多为楼体式，其特点是：冷骨料的烘干、加热以及与沥青 混合料是先后在不同设备中进行的。即级配后的各种冷砂、石料在干燥筒内烘干、 加热，经过二次筛分、储存，各种骨料分别计量后，与单独计量的矿粉和单独计 量的热沥青按照预先设定的程序和配合比分批投到搅拌器内进行强制搅拌，成品 料分批卸出。因此，间歇强制式生产工艺能保证骨料的级配、骨料与沥青的比例 达到相当精确的程度。另外，也易于根据需要随时变更骨料级配和油石比，所拌 出的沥青混合料质量高，很好的满足了高等级沥青混凝土路面修建中对高性能、 高质量路面材料的要求。 其缺点是：在同等生产能力条件下，工艺流程长、设备庞大、建设投资大、 耗能高、搬迁困难。尤其骨料在烘干、加热、筛分的过程中会逸撒出大量的灰尘， 造成环境的污染。根据环境保护法的要求，必须设置庞大的除尘设施。因此，一 般固定或半固定式搅拌站多采取这种生产工艺。 9 第二章沥青混凝十搅拌站教学模拟设备总体设计方案 本文所涉及的设计为该种工艺条件下设备的教学模拟设备。 童 懈存、输送 - 阡虿 ”叫”刚h “w k 尘t 搅成 u 口日 菇习署h 亲篓h 针懈h 计懈 -料 储 拌 存 熔化、脱水加热、保温 7 醴 图2 2强制间歇式沥青搅拌站生产工艺流程图 2 2 沥青混凝土搅拌站教学模拟设备的组成 参照现实的沥青混凝土搅拌站，一个全套的沥青混凝土教学模拟搅拌装置是 由许多台主机和一些辅助设备组成，它最基本的组成部分有以下几个部分：【9 j l 、冷骨料储存、级配及输送装置 冷骨料储存、级配及输送装置由带有闸门的砂石料斗，给料器和输送机组 成，一般可根据需要设置3 - 6 个料斗；具有一定容积的料斗用来储存砂石料， 物料由闸门卸出。给料器是用来对冷骨料进行计量并按工程要求进行级配；输 送机是用束将级配后的冷骨料输送至干燥筒，由骨料皮带机和倾斜皮带输送机 组成。 2 、冷骨料烘干、加热装置 冷骨料烘干、加热装置包括干燥滚筒和加热装置两大部分。工作时，干燥滚 筒不断地转动，筒内的提升叶片不断地将进入筒内冷骨料升起、抛下，同时燃烧 器向筒内喷入火焰，冷骨料就逐渐被烘干并加热到其工作温度。 间歇式搅拌站的冷骨料烘干加热装置采用逆流加热方式。它的排风机将引导 热气流向进料端移动，并将其携带的粉尘过滤，过滤后的燃料废气和水蒸气等由 烟囱排入大气。 3 、热骨料提升、筛分、储存及计量装置 热骨料提升机设置将干燥滚筒卸出的热骨料提升到一定的高度，并送入筛分 装置内。提升机通常采用链斗提升机，并安装在封闭的箱体内。装在链条上的料 斗在提升机底部的受料斗内盛满热骨料后被送至提升机顶部，转过主动链轮后， 热骨料靠其重力落入溜料槽滑入振动筛内。热骨料提升机设有止逆机构。 1 0 k 安大学硕士学位论文 热骨料筛分装置将热骨料提升机送过来骨料按其粒径大小进行分级，以便在 搅拌之前进行精确的计量与级配。筛分装置采用振动筛型式。筛分装置也安装在 封闭的箱体内，以防止灰尘逸散，筛箱与除尘装置用通气管连接，以便将粉尘收 集起来。 热骨料储存设置在热骨料筛分装置的下面。筛分好的砂、细碎石、中粒度碎 石和大粒度碎石在计量之前分别储存在几个热储料仓内，以便按一定的比例计 量。各储仓下方设有能迅速启闭且开度和级配比相适应的料门。料门的启闭可用 机械操作也可通过电磁阀和气缸来控制。热骨料仓内设有料位传感器，把仓内的 料位信号及时的传送给操作人员。每个料仓设有溢流管，防止过量的骨料落入其 他的料仓或者塞满振动筛的下方空间而损害振动筛网。 骨料的级配精度和油石比的精度是衡量沥青混合料质量的重要技术指标， 各种材料的精确计量是由其计量装置来完成的。沥青拌合站教学模拟设备采用 二次筛分，获得较高级别级配精度和油石比精度。称量时，不同规格的热骨料 按预定的质量比依次放入称量斗中，拉力式称量传感器将测量到的信号通过屏 蔽电缆送到控制台的程控器，并且逐个计量，操作人员可以从控制台的称量数 码显示上读出计量值。达到设定值后，热储料仓的放料门关闭，称量斗的料门 等待开启信号后，开启料门，计量好的热骨料便被卸至搅拌缸内。 4 、矿粉储存、输送与计量装置 矿粉储存、输送与计量装置的功能是对散装石粉进行储存、并在搅拌设备工 作期间将一定量的石粉送至石粉计量装置内。沥青拌合站教学模拟设备采用筒仓 式存储，必须配置有斗式提升机。筒仓中的粉料靠重力落在筒仓底部的矿粉在螺 旋输送机输送至斗式提升机下部，提升机提升矿粉至小矿粉储存斗，螺旋输送设 备输送至粉料计量斗内。当斗内矿粉达到设定的量时，螺旋输送机停止工作，待 斗内的矿粉按照设定卸至搅拌缸内时，关闭卸料斗，进入下个计量周期。 石粉 也是按照一定的流量连续供给的，石粉流量通过控制筒仓底部的调速电机控制流 量。 5 、沥青加热、储存设备 沥青加热设备的作用是对沥青储仓或储罐中的固态沥青进行加热，使其熔 化、脱水并达到要求的拌和温度，供沥青混凝土搅拌站使用。沥青拌合站教学 模拟设备采用导热油加热沥青的方法。 第二章沥青混凝士搅拌站教学模拟设备总体设计方案 导热油加热是利用在导热油加热炉加热到3 0 0o c 的导热油，通过热油泵送到 沥青储罐的蛇形管中，导热油以自身的热量去加热沥青使之升温，降温后的导 热油又流回到加热炉中的蛇形管中再次被加热而不断的循环。当沥青温度在控 制范围之外，就启动或者停止导热油加热炉的工作。 6 、沥青泵送与计量装置 沥青供给系统的功能就是为搅拌站提供沥青。间歇强制式搅拌设备要求适 时、定量地提供沥青。 达到温度需求的热态沥青泵送至计量斗，达到计量需求时停止泵送。当有信 号至沥青喷射泵时启动沥青喷射泵，把计量好的沥青泵送至搅拌缸。计量完毕， 多余的沥青靠自流回保温罐。 7 、沥青混凝土搅拌缸 混凝土搅拌缸是将一定比例称好的骨料、石粉和沥青均匀地搅拌成所需要成 品料装置。间歇强制式搅拌机均采用卧式双浆叶搅拌机。 搅拌机拌合时，投料顺序有两种：一种是先将骨料放入搅拌缸内干拌3 5 s 后加入沥青，待拌和几秒中后，再加入矿粉继续搅拌；另一中是放入石料后先加 入矿粉，待干拌几秒钟后，再加入沥青继续进行搅拌。目前采用第一种投料顺序， 因为这种投料顺序在大骨料得到充分裹覆的同时，沥青被均匀地分散在大骨料中 间，矿粉投入后可以和沥青很好地结合，因而骨料表面积能得到充分地利用，大、 i ： 小料的油膜厚度比较均匀。 8 、沥青混凝土成品料储存仓 由搅拌机拌和好的沥青混凝土可直接卸入接料系统，也可以用一个单斗提升 机将其运至成品料储存仓内暂时存放。 9 、除尘装置 沥青拌合站教学模拟设备也再现实际的除尘过程。沥青混凝土搅拌设备在生 产过程中，烘干、筛分、称量和搅拌等工序会产生大量的粉尘。在骨料烘干、加 热过程中还有燃烧所产生的废气排出。这些都将造成环境污染。设置一级，二级 除尘器清除污染物中的微尘，达到环保要求。大型搅拌设备采用两级除尘，即除 旋风式除尘器外，还配有布袋式除尘器，经布袋除尘后排尘量5 0 m g m 3 。 2 3 沥青拌合站教学模拟设备的生产工艺流程 沥青拌合站教学模拟设备模拟再现间歇强制式沥青混凝土搅拌站生产过程， 1 2 长安人学硕士学位论文 可以实现计算机自动化控制。 生产过程为： ( 1 ) 校正好各电子称，温度传感器，料位传感器，调试各电机，调节各气动 液压元件等； ( 2 ) 更换好适合级配的筛网，设置符合要求的级配，油石比，矿粉含量，沥 青温度，骨料温度，干拌时间，总拌时间并保存编号； ( 3 ) 矿粉储仓打入矿粉，沥青储罐沥青加热到要求温度，骨料仓骨料充足， 燃料充足； ( 1 ) 依次启动搅拌缸电机，振动筛电机，热料提升机电机，烘干筒电机， 皮带输送机，点火加热器，烘干筒内废气温度达到合适值后启动各冷 料仓的皮带给料器。热料仓骨料达到要求后启动自动控制，进入自动 控制程序。操作员可以根据屏幕切换画面监视拌和站的运行情况。 每一次搅拌的量、投料的顺序和砂石剩余量、配方号和搅拌次数由上位工控 机自动读取和计算生成。生成生产任务后，计算机再将生产任务具体化成下位p l c 的生产控制数据，发给p l c 控制生产自动进行。在生产的过程中，p l c 将采集到 的秤斗称量值和搅拌站的状态信息发给上位工控机，形成沥青混凝土搅拌站图形 仿真。每完成一次搅拌，形成生产数据以用于管理和控制目的。一小车( 输送料 斗) 的生产完了以后，打印生产单号，记录数据以备查验。这样完成沥青混凝土 生产的一个循环。 2 4小结 本章介绍了沥青混凝土搅拌站的分类及其基本结构，而后对沥青混凝土搅拌 站教学模拟控制系统作了分析，并对其具体工作过程进行了讲解分析。 1 3 第三章沥青混凝十搅拌站教学模拟设备控制系统研究 第三章沥青混凝土搅拌站教学模拟设备控制系统研究 沥青混凝土搅拌站控制系统是沥青混凝土生产过程现代化的核心，而其配 料的称量控制系统和骨料、沥青温度控制系统又是控制系统的关键。 3 1 配料称重控制系统 沥青混凝土各组成物料的精确计量精度是沥青混凝土质量的可靠保证，而称 重系统是决定沥青混凝土计量精度高低的基础。教学模拟设备由于称量物料相对 较少，计量误差相对较大，计量精度尤其重要。随着计算机技术和自动化技术在 工业生产过程中得到广泛应用，传统的杠杆秤逐渐被电子式称重装置所取代。在 教学模拟设备的控制系统中，骨料秤、矿粉秤以及沥青秤由电子式称重装置完成。 3 1 1称重控制系统概述 ( 1 ) 称量精度的要求 称量系统包括对骨料、矿粉、沥青、外加剂( 如木质纤维等) 等的计量。目 前我国在j t t 2 7 0 2 0 0 2 强制问歇式沥青混合料搅拌设备中对于搅拌设备各 种物料的称量精度要求很严格。骨料和矿粉动态计量精度为士2 5 ，沥青的动态 称量精度均为士2 o 。 ( 2 ) 称量方式的分类 沥青搅拌设备的计量方式一般采用重力称量和体积称量。 根据一个秤斗中所称量物料的种类可分为单独称量和累计称量。累计称量是 把各种材料逐一加入到同一个料斗内进行叠加称量，即称完一种后，在同一斗中 再称另一种物料。沥青拌合站教学模拟设备采用累计计量。 ( 3 ) 骨料秤斗 骨料秤斗一般分为电子秤和杠杆电子秤二种形式。电子秤秤斗由斗体、传感 器、扇形门、气缸组成。计量完毕后，由气缸拉动扇形门将料卸出到搅拌机或上 料装置上。杠杆电子秤秤斗作为计量斗，由传感器、杠杆、斗体、料门等组成， 当物料计量完毕后，料门由气缸打开，将料卸到搅拌缸中。 皮带卸料的秤斗，可采用电子秤或杠杆电子秤，由斗体、传感器( 或杠杆及 传感器、皮带机组成，斗体与皮带机联为一体，当物料称量完后，皮带机启动， 将骨料卸到上料装置中。 长安大学硕十学位论文 ( 4 ) 粉料秤斗 粉料秤斗用于称量矿粉。一般由斗体、传感器( 杠杆及传感器) 、气缸等组成， 其中斗体有矿粉进口及出口，矿粉进口与矿粉螺旋输送机相接，有时粉料斗上需 增加振动器或破拱装置，以保持下料畅通。 ( 5 ) 沥青秤斗 沥青的计量采用重力计量。重力计量的秤斗由斗体、传感器( 或杠杆及传感器) 、 卸料门组成。 配料称重系统中典型的计量控制设备主要有以下几种： ( 1 ) 重力式自动装料秤( a u t o m a t i cg r a v i m e t r i cf i l l i n gi n s t r u m e n t s ) 重力式自动装料秤是按照事先设计的称重程序和定量值将大批散状物料自 动分成质量相等的小分额载荷的自动称量装置，由于它是在预先规定其量值下进 行自动称重的，所以又称为“定量自动秤”。沥青混凝土搅拌站教学模拟设备的称 量配料系统采用的是重力式自动装料秤”】。 典型的重力式自动装料秤是由秤体、称重传感器和称重显示控制器组成。秤 体由贮料斗( 料仓) 、称量料斗( 秤斗) 和气动阀( 或电磁气阀) 等组成。 重力式自动装料秤的工作原理是：由秤体将被称物料的重量传递给称重传感 器，称重传感器将输出信号由称重显示控制器进行信号测量和处理，然后再反过 来控制秤体，从而形成一个闭环控制系统，以实现完整的计量控制系统。 热料仓通常以粗、细二级喂料方式给称量料斗喂料，称量料斗在称完指定重 量物料后以开料斗底门方式排放物料，其中粗、细喂料和开料斗底门排料的信号 均由称重显示控制器通过气动电磁阀予以控制。 开始时，显示控制器在称重传感器未受力的情况下，命令喂料气动电磁阀开 启热料仓的喂料门，给称量斗喂料，使物料快速放入料斗，以减小放料时间。当 显示控制器通过称重传感器测得秤斗中物料实际重量达到设定值的9 0 时，命令 喂料电磁阀慢慢关闭喂料门，进入慢速喂料阶段，以减小物料的冲击影响，保证 放料精度。当被称物料重量达到设定值时，再命令关闭喂料门，此时显示控制器 对物料进行称量，并进行显示、打印或报警等，完成称量过程。骨料的称量采用 重量累加的计量方式，通过计量秤和称量斗来完成，不同规格的骨料按级配重量 比先后落入称量斗内进行累加计量。然后命令开底门气动电磁阀将秤斗的底门打 开，进行排料，最后关底门进行下一个周期的称量。 1 5 第三章沥青混凝十搅拌站教学模拟设备控制系统研究 这种断续进料、断续出料静态测量的工作方式，可以克服给料冲击、零点漂 移的影响。 ( 2 ) 连续累计式自动衡器( c o n t i n u o u st o t a l i s i n g a u t o m a t i cw e i g h i n g i n s t r u m e n t s ) 连续累计式自动衡器主要用于测量输送过程中散料的流量，并对散料流量进 行积分来求得被输送物料的总重量。输送连续物料流的最佳工具是皮带输送机， 所以在连续累计式自动衡器中典型的是重力式电子皮带秤d 1 连续累计式自动衡 器还包括核子皮带秤、螺旋皮带秤、转子皮带秤、质量流量计和冲量流量计等多 种。由于重力式电子皮带秤占地面积小、价格便宜并便于在已有散料处理系统上 配备，所以当今国际上几乎已将连续累计式自动衡器变为“皮带秤”的同义词了。 t - 皮带输送机用于对散装的固态原料进行自动输送，而电子皮带秤是1 种用于 测量和控制皮带输送机速度和物料流量的实时控制器。目前，国内流行的皮带秤 有：悬臂式电子皮带秤，调速定量给料电子皮带秤以及全荷式电子皮带秤等1 6 】。 其中，悬臂式电子皮带秤分为双悬臂式和单悬臂式两种。全荷式电子皮带秤 与斗式秤计量方式相同。 电子皮带秤主要是由传送带、电辊筒、重量传感器、料斗等设备组成。为了 提高称重配料精度，电子皮带秤采用全悬浮式结构，以消除皮带张力变化的影响。 作为动力的电辊筒采用变频调速，具有调速平滑、体积小、重量轻、易调整、易 保养的特点。 电子皮带秤一般的控制原理是：在运行时，重量传感器将重量信号转换为对 应的电信号送给流量控制器，流量控制器定时采集重量数据，并根据设定的物料 流量计算出皮带秤必须达到的瞬时传送速度，向变频调速器发出控制信号，通过 变频调速器调整皮带秤的传送速度，从而达到定量给料的目的。 电子皮带秤的缺点是存在着严重的零点漂移、皮带易于跑偏等，造成计量不 准，配料精度低：而且故障率较高，比如皮带秤上的皮带就很容易损坏，需要经常 更换皮带，这既增加了维护费用，也增加了工人的劳动强度，更主要的是影响了 生产。 3 ) 失重秤( 负秤) 失重秤，也称负秤，采用减量法计量。随着被称对象重量的减少，秤的读数 增加，常用于排料时指示排料量，也可称为减料秤。 1 6 长安大学硕十学位论文 在称量料斗里称重对原料进行配料基本上有两种方法： 1 ) 加法称重：配料开始前，需要把称量料斗去皮到零，然后开始配料，直 到达到预定的重量为止。然后只需将称量料斗中的原料简单的排放到生产过程 中。这种方法可以用于一个称量料斗中混装几种原料。 2 ) 负称重：先将原料装满称量料斗，并使装满料的称量斗去皮重到零，秤 的读数便是减少的重量。排入生产过程的配料重量是预设的，当这个重量达到时 排料器或阀门便关闭。这种方法的优点是：如果需要在排放更多的原料，可以很 容易地实现，但不能用于在