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1、HZS60混凝土搅拌站的技术改造 山东省路桥集团有限公司 李灿胜 安耀峰 岳 鹏 王 瑜摘 要 本文通过对HZS60混凝土搅拌站技术改造全过程的分析与实施，介绍了建筑施工企业 在进行工程机械技术改造特别是复杂的改造项目时应遵从的程序以及所注意的问题。 关键词 HZS60混凝土搅拌站 技术选型 改造组织实施 技术改造 前言 设备改造实质上是设备的局部技术更新，是提高企业装 备现代化的一个重要手段。一般情况下(除非是彻底性的技术 突破)它只是在设备的某些方面进行改进，因此在实行技术改 造时，机械的绝大部分结构可以保持不变。这样在技术上针 对性强，在生产上适应性好，可以使有限的资金得到最有效的 利用
2、，以较小的投资获得较高的经济效益。 由于混凝土搅拌设备一般来说长期处于恶劣的施工环境 中，加之工作量大，机械技术状况严重劣化。以PC+8098单片机 实时控制系统的HZS60混凝土搅拌站在这种情况下使用寿命 达到5-6年后应进行技术改造。 对HZS60混凝土搅拌站的改造主要是对8098单片机实时控制系统的改造。因为它的稳 定与否，抗干扰性能的高低直接影响着预拌混凝土的质量。下面就该种搅拌站的技术改造 过程作一简单介绍，供同行们参考。 1 改造的技术选型 机械技术改造的项目，一般来说都不是技术上已经很成 熟定型的产品。因此，即使经过经济论证是可行的，但在技术 上也不一定能达到预期的目的。很多实例
3、说明技术改造失败的 原因都在于技术方面。由于施工企业的重点是从事建筑施工， 对机械的技术改造往往缺乏必要的技术基础和加工制作能力， 所以我们重视技术选型的目的就是要充分考虑所引用的新技 术本身是否成熟，企业对该项新技术的全面情况及其细节， 是否已彻底了解和掌握，企业是否具备自行加工改造和管理 能力。这也是重视技术选型的意义。 由于计算机技术、控制技术、网络技术和通讯技术的迅 猛发展，各种自动化手段之间不是孤立的、静止的，而是相互 影响、相互渗透的，其间的界限越来越模糊。以工业控制计算 机(以下简称“工控机”)的发展现状看:DNC、PLC、IPC、FCS、 NC/CNC各控制系统之间融合是大势所
4、趋。所以，在进行技术 选型时，应综合加以考虑。下面是对几种可能选择的控制系统 方案的比较分析。 1.1 DCS(集散控制系统) HZS60原PC+8098控制系统即属于简单的DCS集散控制系统。PC机与控制器进行串行 通讯，对全机进行自动控制，并能进行屏幕模拟显示和报表输 出。但由于系统在操作过程中经常出现无故死机或输出混乱 的现象，加之8098控制器在配件资源方面受到限制，所以，这 种原系统技术形式没有在我们考虑之列。 又由于使用年限的延长、 工地迁移的运输安装、线路的老化和正常的机械磨损，使得 整个系统的稳定性、可靠性、抗电磁干扰性能大大降低。因此 更新8098系统已成为必须。 1.2 P
5、LC(可编程控制器) 目前，全世界约有PLC生产厂200家，生产品种多达300余 个，其以高功能、高速度、大容量、加大模拟量的发展方向，形 成与DCS相抗争的大系统。但由于我公司的大多数设备工程 技术人员对PLC的系统结构、编程技术、控制特点等不熟悉，在 工地复杂的用电环境中，一旦发生故障，势必将购置更换整 体的PLC(相对于机架模块式PLC而言)，甚至影响整个工程的质量和进度。 所以，虽然在制定技术方案的初期曾考虑过这种控制模 式，但从设备工程技术人员对该项技术的了解程度和以后的 运行维护成本等角度考虑，我们放弃了这种方案。 1.3 IPC(工业PC) 因PC机硬、软件资源丰富、产量大、价格
6、低，为广大技术人 员所熟悉和认可。家用电脑的逐步普及，PC机占通用计算机 比例的增加是工业PC热的基础。搞工控的技术专家和技术人员自然想赋予PC总线更高的 使命，拟让它在过程控制、制造自动化、楼宇自动化中扮演重 要角色。作为与DCS、PLC成鼎足之势的IPC市场在扩大，尤其 是在我国，因实时操作系统、编程语言等的较好解决，IPC在未 来的几十年内将蓬勃发展。 我们在考察中建二局洛阳建机厂有关技术改造方面的项 目时，发现他们正在使用这一工控技术对较早出厂的HZS系 列混凝土搅拌站控制系统进行改造，且已经在北京、广东、甘 肃、宁夏等地的客户中成功的进行了应用，使用效果良好。这 一发现，与我们正在讨
7、论制定的技改方案不谋而合，所以在 厂方的技术支持与大力配合下，我们最终决定采用“工业控制 计算机IPC(另加显示仪表)”的技术方案，并共同进行了改造。 2 改造的组织实施 2002年4月28日，在山东滨州黄河公路大桥项目部，由我公司工程技术人员和中建二 局洛阳建机厂技术改造科的工程师们共同组成了改造领导小 组，对两台HZS60搅拌站的控制系统实施改造。 2.1 改造的主要内容 (1)骨料秤的改造; (2)8098控制系统的更新。 2.2 改造的预期目的 (1)提高系统抗电磁干扰的能力; (2)提高系统计算的精确性; (3)提高系统的易操作性、可维护性和部件的通用性、经 济性。 2.3 技术改造
8、 改造分两步进行。 2.3.1 骨料秤的改造 原来的后台骨料供料计量系统采用杠杆传力原理，由于 长时间的机械磨损，杠杆生锈，刀口变钝，机械卡阻等因素，传力已不准确，也就是说杠杆传到传感器上重力已不能反映实 际骨料的重量，进而导致传感器产生的电信号也不能准确的 按比例的反映实重，骨料计量的不准确直接影响到预拌混凝 土的和易性。所以为了达到这次改造的预期效果，我们首先 对这一部分进行改造。 撤掉杠杆，去掉原来的一个3T传感器，改用四个1T福建 浦田生产的CKNF-S型防水抗冲击抗扭力高性能称重传感器， 分别定位于骨料称量斗的四个角上，这样不经过机械杠杆传 力，无损失的将骨料重量直接传递给传感器，在
9、调称较准确 的情况下，传感器也就能产生比较精确的反映骨料实际重量 的电信号，经过放大、采样保持、AD转换进而变成计算机系 统所采用的数字信号，从一开始尽量减小误差，这样可以为 控制系统提供高质量的数字信号。 更换定位传感器时，要注意电焊不要损伤传感器及其信 号线缆，连接四只传感器的上下加长杆要垂直，长度要适中， 以保证各传感器受力均匀。在传感器和放大器之间要设置可 调平衡电阻，因为4只传感器参数不可能完全相同，在相同骨 料重力的作用下，每只传感器产生的电信号也不相同，进而 产生信号误差。加设平衡电阻的目的就是减小这个误差。所 以信号的误差控制在系统的改造过程中是重中之重。 2.3.2 8098
10、控制系统的更新 HZS60原控制示意图: 图(一) HZS60改造后的控制示意图:图(二) 图(一)与图(二)的差别在于控制模式的不同，图(二)中虚线 框内的部分是改造后的系统核心，即“工业控制计算机IPC+显 示仪表”系统。系统由中建二局洛阳建机厂技术改造科及其外协 单位提供，控制主程序由其编制;显示仪表为JK990系列由清华大学设计提供;外部数据采集系统接口板卡由北京凌华技术支 持。现对这一系统作具体分析。 2.3.2.1 硬件及其接口 “工业控制计算机显示仪表”的控制模式与原来的“普通 PC+8098单片机系统”相比，按预期的目的，在技术上应该更先进、性能上更稳定、生产上更具自动化。 它
11、的工作原理为:工业控制机内置输入输出卡和数据采集 卡。每一路称对应一个显示仪表，显示仪表完成称值的显示， 由数据采集卡来采集显示仪表的显示称值，由输入卡来采集外围 斗门开关状态和电机启停状态信号，工控机根据这两种信号来决 定输出卡的输出信号状态，以此控制外围各个斗门开关和电机启 停，达到自动控制生产的目的。 工业控制计算机是整个控制部分的核心部件，负责各种输 入信号的采集和显示。它内置专业的输入输出接口卡。PC-6407 光隔离开关量输出接口卡是由中泰计算机研究所专门为适应于复杂的工业现场中各种开关信号的自动控制以及计算机同数字仪器 的接口而设计开发的专业输出接口卡。考虑到现在开关量的输出 中
12、“开/关”瞬态对计算机干扰十分强烈及现场强电的干扰，本 卡采用了光电隔离技术，使计算机与现场的各种强弱信号之间全 部隔离，提高了计算机与本卡在工作中的搞干扰能力和抗损毁能 力。工控机内置的数据采集卡是由世界著名专业板卡生产厂家 Moxa技术有限公司所设计的CI-134系列接口卡，本系统采用 CI-134接口卡。它具有四路RS-422/RS485口和TI550C UART。其中TI550C UART是专门为防止数据丢失而设计的高速通讯控制器，这是其它在多数数据采集 系统所没有的。同时CI-134还是具有高集成度、高稳定性、高智 能化，从而使整个系统更具有普通PC机所无法比拟的技术优 势。 显示仪
13、表JK990(我们采用的是JK9902仪表)系列是一种全 自动的、智能化、多功能的重量配料控制仪，专用软件为混凝土 配料所设计，可控制多种料连续累加计量，有多种接口可供选 择，是目前混凝土配料行业理想的专用仪表。不过在本系统中， JK990仪表仅起显示作用，只有在IPC工控系统程序被冲，出现 故障时，该系统仪表才能显示它独立的应有的技术功能。和原来 的机架模块式8098 系统相比，它具有集成度高、稳定性高、体积小、价格低的优点。特别是其 全数字式自动调较称方式更是降低和减少了手动调称的人为误差，与原系统相比大大提高了系统的线性度和计量的精确性。应用软件中“稳称时间”、“精称重量”、“过冲量”、
14、“物料残余重量” 等几个关键参数值的设置，大大提高了计量系统参数的可控性， 在实际生产中具有重要的意义。 2.3.2.2 软件及其界面 控制系统应用软件由中建二局洛阳建机厂技术改造科的 工程师编制，采用Visual Basic 5.0高级编程语言。其友好的人机对话界面、简单方便的可操作 性，获得了一线机械操作手的一致好评。 但是，在控制主程序运行调试的过程中，我方电气工程技术 人员又发现了一些问题。为了生产上方便性，经协商后，我们建 议在HZS60控制主程序及其界面上增加了如下功能: (1)在界面上，计量到哪一种物料，哪一种物料的配比值在 计量过程中显示由绿色变为红色，以视觉效果提醒操作手时刻
15、 注意计量的进程; (2)砂石储存斗(操作界面上)物料显示值跟随记忆上一盘料， 投料显示递减直至归零，以避免在手动状态下发生二次投料卡 阻主机的现象; (3)搅拌进程条始终显示在界面上; (4)(系统的参数设置)显示物料精称重值设置，精称重量可人 为自由设置，便于雨雪天气适当调整设置值以保证计量的精确 性; (5)在界面的配比值设置上，无论水的值为零与否，各种物料 都能单独计量，这样便于空载调试; 由于技术上的不完善和主控程序的最终不定型，经讨论后 依然没有如愿解决下面的问题: (1)IPC脱离后，JK9902显示仪表的自动投料功能不能实现， 发挥不了该仪表应有的控制功能; (2)IPC和JK
16、9902之间配比在设置上应该互相跟随，即无论 在工控机操作界面上还是在显示仪表上设置配比，双方都应该立 即通过通讯软件达到一致; (3)界面上鼠标右键下拉菜单即设置、方法、属性等没有在 程序中设计; (4)水、水泥及砂石等计量显示值不能精确到小数点后的一 位; (5)JK9902仪表自身自动计量、精称、设计与HZS60站配料 机械系统不配套，由于外协单位的不同，无法更改其内部程序以 适应HZS60站。 总之，这套软件的设计总的来说是不错的，但还有许多不尽 如意的地方有待在实践中进一步改进。 3 改造的竣工验收 改造后的HZS60站在生产试用的3-6个月的时间内，运行良 好，故障率低，系统的稳定性、计量的精确性都大大提高，基本达 到改造的预期目的。且符合安全生产、环境保护等要求。改造后 的有关技术图纸资料和操作维护
