混凝土配料控制系统

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混凝土配料控制系统

一． 系统概述

混凝土配料控制系统是根据公司HZS系列混凝土搅拌站设备的特点而专门

配套研发，系统控制结构上采用了“上位机+PLC+称重配料仪表”的控制模式，

实现整个混凝土站从配料、输送、搅拌到成品卸料装车的全部操作流程。

二． 控制工艺

整个控制过程为间歇式配料工作形式。

四种骨料均采用自流式加料，分为四个储料仓，单独计量。加料时通过加

料电磁阀带动加料闸门加料，配料完成之后，符合卸料条件（如：骨料缓存仓关

门到位、骨料缓存仓中没有料、设备运行正常等）之后，为防止骨料洒料及对排

料皮带的冲击过大，四种骨料依次作延时卸料，由排料皮带排出至骨料上料皮带，

再由骨料上料皮带输送至骨料缓存斗中等待逻辑条件（如：搅拌机门关门到位，

搅拌机中没有料进行搅拌，粉料、水、外加剂配料完成等），条件满足后卸入搅

拌机中进行搅拌。

粉料部分中共有三个水泥仓、一个粉煤灰仓和一个矿粉仓。水泥、粉煤灰

和矿粉均由螺旋绞龙加料，三个水泥仓共用一个称量斗，粉煤灰用一个称量斗、

矿粉用一个称量斗，加料时水泥、粉煤灰、矿粉螺旋电机同时工作，分别完成水

泥、粉煤灰、矿粉的称量，加料完毕后电机停止，当满足卸料条件（如：缓冲仓

卸料允许、主机运行、主机门全关、粉卸信号等），水泥、粉煤灰和矿粉分别通

过自己称量斗的卸料电磁阀直接向搅拌主机内卸料。

添加剂的应用种类根据用户的混凝土配方要求而定，一般为1－2种。水、

添加剂分别储存于水箱、添加剂箱中，配料时系统会根据不同的配方要求自动计

算出所需的水、添加剂的重量，然后由水泵自水箱、添加剂泵自添加剂箱中分别

取出至相对应的水称量斗、添加剂称量斗进行配料，达到规定的量值以后分别停

止水泵、添加剂泵。配料完成后水和添加剂在分别的称量斗中暂存，当达到卸料

条件时，启动相应的电磁阀进行卸料，水卸料直接卸入搅拌机，外加剂卸料则卸

入水的称量斗中。水和外加剂的卸料步骤为：当外加剂与水同时称量好后，外加

剂卸料阀即打开，将外加剂卸入水秤中进行稀释；当有粉液卸料允许时，延时一 混凝土配料控制系统 第 2页 共22页

定时间后，水将根据程序设定进行卸料，直至卸完。

骨料、粉料、水及外加剂全部卸料完毕后，系统开始搅拌时间计时，同时，

系统控制断开卸料信号，并执行下一个配料循环；当搅拌时间达到设定值后，主

机卸料电磁阀动作，成品料被卸入搅拌车。

粉料仓保留气动破拱和除尘振动功能，控制上都是采用人工点动操作。

粉料仓及水箱都配有上、下料位计，由系统进行料位显示及工作联锁。

整个设备工艺图如下图一所示：

控制台配电箱

图一 三． 系统组成

整个操作台采用分体式，由一台琴台式操作台及一台低压电器柜组成。包括PLC、配料仪表、中间继电器、操作按钮及上位计算机等全部集中于操作台内，

低压电器集中于电器柜内，操作台与低压电器柜之间采用柜间连线连接。

系统分为上位机单元、逻辑控制单元、配料控制单元及电气控制单元等几部

分组成，其中：

上位机单元为整个系统的管理终端，包括电脑主机、显示器及通讯模块、打

印机等，整个计算机部分由UPS供电。 混凝土配料控制系统 第 3页 共22页

逻辑控制单元包括可编程逻辑控制器（PLC）及附属中间继电器等。 配料控制单元由若干称重配料仪表（CB920X）组成。

上位机主要负责各工作设备状态工作流程、工作参数的显示，发布控制命令、

物料配比、记录控制数据和调节控制参数等功能。

逻辑控制单元主要是为了实现整个系统的协调以及整个控制系统工作的逻

辑关系，具体实现自动及手动控制过程。

配料单元中，由配料仪表主要负责各种物料的配料控制，可以独立的完成累

加配料或多称配料的所有控制，并可根据系统控制要求进行给料、称量、补偿及

卸料等操作。

电气控制部分负责所有设备的供电及保护、电机的起停控制、制动控制等。

紧急停止功能一般也通过切断操作电源并直接控制接触器实现应急操作。

系统中，上位机与配料仪表、上位机与PLC之间都是通过通讯电缆进行通

讯。

系统控制工艺图如下图二所示：

图二 混凝土配料控制系统 第 4页 共22页

四． 系统功能 1．系统实现“手动/自动”控制原理

根据设备的操作特点和用途的不同，系统设置了多种不同的控制方式，这里

主要包括自动和手动两种。在系统的设计过程中，采用了“自动称料”、“自动卸

料”及“主机自动卸料”三个切换按钮实现各配料、卸料及主机卸料的这两种操

作方式之间的切换。

系统中“自动称料”、“自动卸料”及“主机自动卸料”三个切换按钮信号直

接接入PLC输入点，由PLC程序来切换系统的自动与手动工作状态连锁。

系统“手动/自动”控制功能方块图如下图三：

图三

自动方式：该工作方式为系统正常工作方式，要求上位机、PLC、配料仪表

以及低压电气等设备均处于正常状态。

在该方式下，通过上位机软件进行生产操作控制，触发操作面板上的“自动

配料

”、“自动卸料”及“主机自动卸料”

控制按钮进入自动运行状态，此时通过上操作选择开关 自动称量/手动称量 主机自动卸料/手动

上位机

配料执行单元 PLC 配料仪表或控制操作面板

主机开门机构 自动排料/手动排料

卸料执行单元 混凝土配料控制系统 第 5页 共22页

位机输入配方号和任务选择，系统可自动完成配料、上料、搅拌和卸料等全部工

作，并在上位机中自动记录每次搅拌的设定配方量和实际搅拌量等数据交生成报

表，同时可以通过上位机对生产进行诸如配料停止、系统复位等的干预。

考虑到实际操作需要，主机及辅助设备的启动只能通过操作面板完成。

上位机还可以模拟显示各个受控设备的运行状态以及报警等信息。

手动方式：手动工作方式的实现也是通过操作面板上的三个控制功能按钮来

实现。当断开“自动配料”时，此时各路的配料工作可以通过操作面板相应的操作

按钮来进行，而当“自动配料”再接入时，系统可以再根据逻辑控制流程联锁进行

自动配料工作。同样，“自动卸料”与“自动配料”一样可以进行卸料部分的手动操

作。 “主机自动卸料”主要是为了操作主机卸料门的开关，当断开“主机自动卸料”

时，主机的开关门工作由操作面板上的“主机开门”和“主机关门”按钮进行手动操

作，开关门时间不受程序逻辑限制。

2．各部分的控制原理

（1）、设备启停控制

系统设备的启停控制设计为手动操作方式，各个电机启动和停止都是用面板

上的按钮手动来执行，因此各个电机启动和停止间隔时间由人为控制，这里就需

要操作手在设备启动过程中对各个电机和设备的运行状态监测；

（2）、配料工作

配料采用CB920X仪表控制，仪表的配料及卸料控制信号接入PLC，再

由PLC根据设备工作状态及系统逻辑关系来进行相应的配料及卸料输出控

制外部执行设备。  骨料配料

四路骨料采用单独称量，大小给料信号分别控制两个给料气缸，

当大给料时两个气缸同时工作进行粗计量，物料重量达到小给时关闭

一个气缸进行精计量，当物料重量达到设定的提前量时中断输出信号

关闭小给料门，以实现整个骨料的配料过程。  粉料配料

粉料中水泥采用单仓累加称量，但是在实际生产过程中一般只使 混凝土配料控制系统 第 6页 共22页

用一种水泥，所以基本上水泥与粉煤灰及矿粉一样还是进行单独计量。

粉料配料采用单一给料方式，即当配料重量值达到设定的提前量

时中断配料信号以关闭粉料螺旋输送机工作，特殊情况下为了保证给

料精度，可将粉料配料改为大给加点动工作方式，即大给料时输送螺

旋正常给料工作，当物料重量达到小给值时改为点加料。  水配料

水同样采用单称计量，单一给料方式，特殊情况下为保证配料精

度也可以采用大给加点动方式。

 外加剂配料

外加剂一般为两路累加计量，单一给料方式，控制上与水秤相同。

正常工艺情况下，外加剂配好后待水配完由系统控制自动卸入水

秤进行稀释。

（3）、PLC

在整个系统中PLC为逻辑控制核心设备，它可以接受来自输入口或上位机的

控制命令实现各种动作过程的控制，其中包括各配料仪表的启停控制和卸料控

制、配料和卸料连锁控制、保护控制等。  输入点

由于PLC要将各种设备的运行状态通讯给上位机以及进行逻辑控制联锁，所

以PLC的输入部分就要对控制系统中的工作状态、逻辑状态、限位开关等进行信

号反馈。其中

仪表输入到PLC的信号包括：

骨料仪表加料信号、骨料仪表卸料信号、粉料仪表加料信号、粉料仪表卸料

信号及水和外加剂加料信号与卸料信号。

另外，还有部分反馈信号输入点，这包括：骨料缓存仓的开关门到位、主机

的开关门到位、粉秤闸口关到位信号、粉煤灰秤闸口关到位信号、矿粉闸关到位

信号等。

各设备的启停工作命令等直接由操作面板输入进PLC。  输出点

PLC接收仪表、操作台或是上位机送来的输入信号，再通过设定的逻辑程序， 混凝土配料控制系统 第 7页 共22页

可以实现对仪表、卸料电磁阀和报警输出的控制，这里设计的输出点主要有：各

设备的工作命令、配料秤的配料信号、卸料信号、搅拌主机开关门动作和骨料缓

存仓的开关门动作及控制过程中的显示等。

* 具体的输入输出点分布请参见HZS电气原理图 *

（4）、系统报警

系统报警主要反映为缓冲仓开关门及搅拌主机开关门工作异常，当系统执行

配料控制时，当缓冲仓开关门信号输出后一定时间内接收不到开门到位或关门到

位信号，系统将判断为缓冲仓工作异常，输出报警提示以提醒操作人员注意并中

断逻辑过程，待异常处理后再继续执行。

同样，搅拌主机开关门异常报警也是在主机开门、半开门及关门信号输出后

一定时间内接收不到主机的开门开位、半开门到位或关门到位信号，系统将判断

为主机开关门异常并作出相应的中断处理。

缓冲仓及搅拌主机开关门异常报警不属于严重状况，系统无需停机控制，只

是中断逻辑流程，待故障处理后满足工作条件会自动进行下一工序，不影响整个

生产过程。但值得提醒的是，如果出现点问题不及时处理并人为强制执行下一环

节，可能造成搅拌主机重料等严重事故。所以建议在出现由于机械原因造成的设

备开关门异常并且短时间内处理不了时，应中断生产并切断相关回路以保障检修

安全，待故障处理后再重新开机生产。

（5）、系统关键控制连锁环节  手动状态：手动称料、手动卸料、主机手动开关门卸料

 自动状态：自动称料、自动卸料、主机自动开关门卸料

 骨料卸料条件：自动卸料状态、无骨料配料、集料平皮带工作、上料皮

带工作、缓冲仓关门到位、缓冲仓空仓

 缓冲仓投料条件：自动卸料状态、骨料提升时间到、粉液料配料完成、

主机工作、主机关门到位、主机空仓

（6）、程序中的连锁处理 1）、缓冲仓有料状态

当骨料卸料开始后，系统置位“缓冲仓有料状态”，以连锁下一盘骨料卸料，

当自动状态下缓冲仓自动卸料后，缓冲仓开门并计时，到达设定时间后缓冲仓关