4.2. Автоматизация процессов приготовления бетонной смеси

Наиболее сложным и ответственным процессом автомати­зации приготовления бетонной смеси является дозирование компонентов, от точности которо­го в значительной степени зависит качество готовой продукции. Бетоносмесительные установки снабжаются весодозировочной и управляющей аппаратурой. В практике применяется весовые дозаторы, отличающиеся способом дозирования, системой управления, родом взвешиваемого материала, числом дозируемых компонентов и устройством весовой системы. Рассмотрим устройство и принцип действия автоматических до­заторов циклического и непрерывного действия. Автоматические весы и весовые дозаторы, применяемые в строительстве, делятся на две группы: дискретного и непре­рывного действия. Дозаторы и весы дискретного действия в процессе функционирования проходят ряд дискретных состояний, например загрузка, выгрузка и др. В дозаторах и весах непрерывного действия параметры, характеризу­ющие состояние системы в каждый момент времени, явля­ются непрерывными функциями времени.

С истема дозирования дискретного действия, упрощен­ная схема которой изображена на рис.4.4, состоит из пита­теля ШК, бункера Б1, устройств разгрузки 1 и 2, бункера Б2, рычажной системы 3, цифровой головки 4, датчика Д. Для автоматизации дозатора дискретного действия пре­дусматривается устройство управления, функционирующее следующим образом. В начале с пульта оператора вводится значение задан­ной массы дозы материала P_Z, после чего устройство управ­ления формирует сигнал включения двигателя М питателя ШК, и материал начинает поступать из бункера Б1 в бун­кер Б2 дозатора. По мере поступления материала в бункер Б2 дозатора ось стрелки циферблатной головки 4 поворачи­вается по часовой стрелке. Угол поворота с помощью дат­чика Д преобразуется в сигнал, поступающий в устройство управления, которое в соответствии с алгоритмом функцио­нирования определяет моменты и формирует сигналы вы­ключения питателя ШК и открытия устройства разгрузки 1. Приведенная на рис.4.2. структурная схема является весьма общей для автоматических систем дозирования ком­понентов бетонных и растворных смесей. Отличаются эти системы в основном типами питателей, производительностью дозаторов и используемой для построения системы элемент­ной базой. При дозировании цемента применяются пневматические и шнековые питатели, для инертных материалов применяют секторные затворы и вибропитатели, для воды и добавок — электромагнитные вентили.

Выбор алгоритмов управления процес­сом набора дозы зависит от способа формирования сигнала выключения питателя. В простейшем алгоритме управления предполагается, что значение массы материала в бункере дозатора Р_д(t) в каждый момент времени в точности соответствует значе­нию сигнала на выходе датчика. В этом случае поступление материала в бункер Б2 дозатора продолжается до тех пор, пока масса материала, определен­ная по текущему значению сигнала датчика, не станет рав­ной заданному значению массы дозы P_з,. В этот момент формируется сигнал выключения питателя, после чего процесс набора дозы за­канчивается. Однако, простейший алгоритм набора дозы имеет низкую точность, так как он не учитывает ряда особенностей системы: динамическое воздействие струи материала на весоизмерительное устройство и переходных процессов обусловленных инерционностью системы. Эти особенности приводят к тому, что масса дозы материала P_к в конце процесса отличаются от значения Р_д(t_з), определенного в момент времени t_з формирования сигнала выключения питателя. Разность  P_к  Р_д(t_з) называется выбегом системы. Для уменьшения влияния выбега системы применяют прогнозирующие алгоритмы. В нем на основании значения сигнала датчика Р_д(t) вычисляется прогнозируемое значение массы материала Р_п(t), которое окажется в бункере после окончания процесса.

Бетоносмесительные установки непрерывного действия снабжаются дозаторами непрерывного действия с автоматическим регулированием производительности, дистанционным управлением, автоматическим учетом расхода материала и готовой продукции. Наиболее распространенная схема дозатора непрерыв­ного действия для сыпучих компонентов бетонных и рас­творных смесей с автоматическим регулированием производительности показана на рис.4.5, а.

Рис.4.5

Дозатор состоит из весового конвейера 1, связанного с коромыслом 2 взвешивающего устройства, подсоединенного к индуктивному преобразователю 3. Уравновешивание весового механизма при установлении необходимой производительности конвейера производится при помощи груза 4, который служит задатчиком в системе регулирования. Сигнал индуктивного преобразователя через усилитель У и дроссель насыщения L воздействует на вибропитатель 5. Весовой дозатор, усилитель У и дроссель насыщения L образуют регулятор с пропорциональным законом регулирования. Регулируемым параметром является производительность дозатора, заданное значение которой устанавливается с помощью гирь. Дозатор работает следующим образом. Из бункера дозируемый материал электромагнитным вибропитателем 5 подается на весовой конвейер 1. Количество материала, подаваемого вибропитателем 5, зависит от амплитуды колебаний питателя, которая определяется напряжением приложенным к электромагнитам. Скорость движения ленты конвейера поддерживается постоянной. В установившемся состоянии производительность вибропитателя, управляемая сигналом обратной связи, равна заданной. При отклонении производительности от заданной изме­нится масса материала на ленте конвейера 1, что, в свою очередь, приведет к к нарушение состояния равновесия весового устройства. При этом рычаг ве­сов воздействует на датчик перемещения ДП, вызывая появ­ление на его выходе сигнала, соответствующего величине и направление перемещения. Сигнал датчика через усилитель У воздействует на вибропитатель, изменяя величину напряжения питания. В результата этого меня­ется производительность питателя и ее значение приближается к заданному.

Дозатор, предназначенный для непрерывной подачи жидких компонентов технологических смесей (рис.4.5, б), состоит из бака 1 со сливной трубой 2, в котором устанавливаются датчик нижнего уровня 3, вентиль 5 с приводом 4 и насос 6, пода­ющего жидкость в бак . Бак 1 подвешивается на рычажной системы 7, воспринимающей его силу тяжести и передающей ее на цифро­вой указатель 8. Устройство управления УУ регулирует расход жидкости из бака 1 измёнением проходного сечения вентиля 5.

В технологии приготовления бетонных смесей наряду с процессами дозирования важную роль играет процесс перемешивания отдозированных компонентов, автоматизация которого позволяет значительно улучшить качество бетона, увеличить производительность оборудования. В установках с принудительным перемешиванием смеси окончание процесса перемешивания можно определить по стабильности тока, питающего электродвигатель. В этом случае начало стабилизации тока оценивается либо путем сравнения мгновенных значений через заданный интервал времени, либо за счет определения значения производной от тока по времени. На рис.4.6 в качестве примера приведена функциональная схема комбинированной системы автоматического регулирования бетоносмесителями с принудительным перемешиванием.

Перемешивание бетона выполняется мешалкой, приводимой н действие электродвигателем М1. Для контроля тока двигателя в цепи его питания установлен датчик ДТ, выход которого соединен с входом устройства управления. Последнее по истечении некоторого времени с нача­ла перемешивания сравнивает мгновенные значения сигнала датчика тока. Когда ток двигателя стабилизируется, устройство управления формирует команду на окончание процесса перемешивания, которая подается на магнитный пускатель МП , отключающий электродвигатель М1.

Для получения необходимой подвижности бетонной смеси важное значение приобретает регулирование подачи воды, которое реализуется на основе зависимости мощности, потре6ляемой электродвигателем смесителя, от водоцементного соотношения (рис.4.6,6). Дозировка воды осуществляется с помощью электромагнитного вентиля ЭВ, регулятора и датчика расхода воды в соответствии с сигналом устройства управления, формируем на основании информации об изменении тока в цепи двигателя и действительного расхода воды, подаваемой в смеситель. В начале цикла в смеситель поступает некоторая начальная доза воды и компоненты предварительно перемешиваются. Затем по команде устройства управления доза воды увеличивается. При этом сравниваются значения тока в различные пе­риоды времени и вычисляется общее содержание воды в замесе. При достижении требуемого водоцементного соотношения процесс подачи воды прекращается. После окончания перемешивания смеси устройство управления дает команду на исполнительный механизм М2 для разгрузки смесителя.

Функциональная схема АСУ ТП приготовления бетонной смеси изображена на рис.4.7. Технологический объект управления состоит из следующего оборудования:: бункеров песка БП, щебня БЩ и цемента БЦ; емкостей химических добавок ЕД и воды ЕВ; дозаторов песка ДП, щебня ДЩ, цемента ДЦ; жидкостей ДЖ; сборной воронки СВ; бункеров выдачи бетонной смеси в автотранспорт БВА и на формовочные участки БВФ.

Р

Рис.4.7

азнообразие технологического оборудования бетоносмесительных узлов, а автоматизацию рассматриваемого процесса с помощью типовых устройств со схемной реализацией алгоритма управления, так как требует доработки схем на этапе привязки системы к конкретному объекту. Поэтому современные АСУ ТП приготовления бетонной смеси строятся на базе микроЭВМ с программной реализацией выполняемых функций, при которой на этапе привязки в основном корректируется програм­мное обеспечение системы. В состав АСУ ТП бетонного узла входят устройства ввода цифровых сигналов в ЭВМ (УВ и ЦС) и устройства формирования управляющих сигналов, посту­пающих с ЭВМ (УФУС); управляющую вычислительное устройство (УВМ) на основе микропроцессора.

АСУ ТП приготовления бе­тонной смеси включает: датчики верхнего и нижнего уровней 1-1 – 1-12 мате­риалов и жидкостей в бункерах и емкостях; питатели дозаторов 2-1 – 2-3, 3-1, 4-1, 4-2;датчики положений стрелок циферблатных указателей массы материала и жидкости в бункерах дозаторов 5-1 – 5-4; затворы разгрузки дозаторов 6-1 – 6-3, 7-1; шиберы 8-1 и клапаны 9-1 на два положения подачи су­хой (СС) и жидкой (В + Д) смесей либо в бетоносмеситель 1 (Б1), либо в бетоносмеситель2 (Б2); магнитные пускатели 10-1, 10-2 включения привода бетоносмесителей; преобразователь 11-1, электрических сигналов, снимае­мых с датчиков положения стрелки цифровых указателей, в код.

Программное управление оборудованием бетоносмесительного узла иерархически организовано. Нижний уровень ие­рархии занимают программы управления отдельными агре­гатами, а верхний уровень управления связан с координацией работы агрегатов системы. При этом в зависимости от используемых методов управления отдельными агрегатами на них могут быть установлены до­полнительные датчики. Например, на бетоносмесителях мо­гут установливаться датчики электропроводности бетон­ной смеси или датчики мощности, потребляемой приводом.