plc控制系统改造成本经济性分析：基于GPRS的智能投料机远程监控系统研究与应用

plc控制系统改造成本经济性分析：基于GPRS的智能投料机远程监控系统研究与应用智能投料机的工作过程为：在微电脑控制作用下，当系统接收到备料信号时，螺旋输送机将储料仓中的物料提升至计量仓中；当称重传感器数值达到添加量设定值时，螺旋输送机停止工作；当系统接收到送料信号时，第一气动蝶阀打开，给料器开始工作，物料在重力作用下落入气料混合加速室中，在此过程中高压风机开始工作，并通过气压将物料吹送至投料仓中；当系统接收到落料信号时，第二气动蝶阀打开，物料在重力作用下落入拌和站中，同时关闭第一气动蝶阀、给料器、高压风机等控制信号，料位计用于检测落料仓是否有储料，无储料时系统发出备料信号，并开始下一个循环工况。物料储存与输送系统主要包括储料仓和螺旋输送机，储料仓固定于固定机架上，螺旋输送机下端与储料仓连接，上端与计量系统连接；计量系统主要包括第一气动蝶阀、计量仓、称重传感器和传感器固定支架等，按序依次连接；吹送系统主要包括高压风机、给料器、气料混合加速室、输料管、第二气动蝶阀、投料

文章来源：微信公众号“沥青路面”

引言

为了减少道路车辙病害，在道路建设时往往会加入抗车辙剂，它具有嵌挤、胶结、恢复变形和加筋等显著作用，使混合料的耐老化性能、抗疲劳性能及抗水损坏性能都得到明显提升。因此，抗车辙剂被广泛应用于高等级路面施工中。抗车辙剂的使用剂量多为沥青混合料的0.3%~0.5%；用于一般道路则掺0.35%~0.4%；交通量大、重型车辆多的特殊路段可掺0.6%以上。抗车辙剂用量的多少直接影响沥青路面的各项性能指标，由于多数抗车辙剂为颗粒状，通常需要在现场使用专用设备将其掺加到基质沥青中，因此在工程应用中确保抗车撤剂的掺量非常重要。

目前沥青混凝土材料中抗车辙剂的添加以全自动投料设备为主，但各种产品均存在计量精度低、吹送速度慢等缺点，另外自动投料设备与拌和站系统相对独立，无法实现过程联动及智能监控预警，容易出现沥青混凝土中少加或漏加抗车辙剂的情况，导致沥青混凝土生产质量出现问题，影响沥青路面的施工质量。

智能投料机的设计与研究

系统介绍

在传统投料机的基础上，以精确称重、快速吹送为研究目标，设计了一种基于浓相气力输送的智能投料设备，该设备由物料储存与输送系统、计量系统、吹送系统三部分组成。

物料储存与输送系统主要包括储料仓和螺旋输送机，储料仓固定于固定机架上，螺旋输送机下端与储料仓连接，上端与计量系统连接；计量系统主要包括第一气动蝶阀、计量仓、称重传感器和传感器固定支架等，按序依次连接；吹送系统主要包括高压风机、给料器、气料混合加速室、输料管、第二气动蝶阀、投料仓和料位计等。气料混合加速室采用文丘里结构，其左端与高压风机进气管连接，末端作收口处理；右端与出料管通过法兰盘连接，出料管起始内径与混合室内径相同，经过两次变径后，末端内径与进气管起始内径相同。

智能投料机的工作过程为：在微电脑控制作用下，当系统接收到备料信号时，螺旋输送机将储料仓中的物料提升至计量仓中；当称重传感器数值达到添加量设定值时，螺旋输送机停止工作；当系统接收到送料信号时，第一气动蝶阀打开，给料器开始工作，物料在重力作用下落入气料混合加速室中，在此过程中高压风机开始工作，并通过气压将物料吹送至投料仓中；当系统接收到落料信号时，第二气动蝶阀打开，物料在重力作用下落入拌和站中，同时关闭第一气动蝶阀、给料器、高压风机等控制信号，料位计用于检测落料仓是否有储料，无储料时系统发出备料信号，并开始下一个循环工况。

缺点与不足之处

抗车辙剂在沥青混合料中所占比重很小，为保证沥青路面抗车辙性能，抗车辙剂的添加量就变得非常重要。而智能投料机在使用中会产生如下问题：智能投料机和沥青混凝土拌和站系统相互独立，无法实现过程联动及智能监控预警；在连续添加时容易出现较大计量误差、投放时机偏差等问题；智能投料机或沥青混凝土拌和站发生异常时，无法及时采取有效处理措施。针对设备存在的缺点与不足之处，需要为智能投料机设计一套远程监控系统，以达到精确控制沥青混合料配合比、降低生产成本、提高生产效率的目标。

智能投料机远程监控系统方案设计

智能投料机远程监控系统由四部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统和过程预警系统，下面对上述子系统方案进行设计与阐述。

数据采集系统

在现场数据采集层中，控制系统通过微型控制器从智能投料机中读取的参数有以下几类：称重传感器、料位计等传感器数值；气动蝶阀、给料机、高压风机、螺旋输送机等设备的控制及运行状态信号；微型控制器状态及系统报警信号等。

数据传输系统

数据传输系统一方面通过tCP/IP协议将上述数据传输到投料机人机界面中，用于生产现场的监视与控制；另一方面，微信控制器通过RS232与GPRSDtU模块连接，在进行通信时将数据处理成可以在GPRS网络中传输的有效数据，服务器端应用程序按照系统管理员设定采集的参数和时间间隔进行数据采集，供用户通过网页、移动终端对智能投料机运行状态进行远程监控。

数据处理系统

用户可通过登录网页或接收手机短信的形式远程监视和控制智能加料机的各项参数。

远程监控系统网页版。利用INterNet网页访问远程服务器，用户可通过WEB网络访问给定网址，完成参数实时监控、报警提示、历史数据查询、数据分析与处理等工作。

参数实时监控即实时显示多台投料机运行状态以及抗车辙剂添加时间、次数、添加量、计量精度等信息，供管理人员实时在线监控。

报警提示即将实际用量、施工配合比、误差及误差百分比列出，将不合格的数据统一存储并作相应的标记。

历史数据查询即对不同标段、不同设备、指定时间段内每一次抗车辙剂添加时间、添加量和材料消耗总量进行查询，分析加料周期变化情况和抗车辙剂配合比执行情况，以实现事后分析和原材料成本核算。

数据分析与处理即通过与配合比确定的材料用量比较，显示材料添加量及误差走势图，分析材料的添加误差，自动分析抗车辙剂的添加总量和分布情况。

短信预警系统。远程监控系统将抗车辙剂实际用量与系统设定值进行比较，当这些指标大于规范允许误差时，系统自动向管理责任人手机发送报警短信；当指标在规范允许误差范围内，系统自动储存监控数据，不发送报警短信。

预警短信可根据管理机构组织模式和问题的严重程度设置多级报警，以实现不同强度和级别的过程监控干预。

过程预警系统

远程监控系统最重要的作用是能够实现投料过程的预警提示与处理，将预警信息通知用户，根据管理人员指令或系统指令启动相应的预警处理。以设备运行状态、抗车辙剂添加量和投料精度为研究对象，将事件发生异常时的持续时间与对应的设定阈值对比，生成相应预警信息，具体如下。

(1)当设备出现运行故障、无储料、投料精度超过目标值等任意或多个事件时，立即给出声光报警提示，待事件解决后自动解除报警信息。

(2)当设备运行故障持续时间大于N1、无储料持续时间大于t1、投料精度超过目标值持续时间大于Ｋ1等任意或多个事件时，投料机停止运行，并向拌和站监控人员发送预警信息，待事件解决后重新启动。

(3)当设备运行故障持续时间大于N2、无储料持续时间大于t1、投料精度超过目标值持续时间大于Ｋ1等任意或多个事件时，投料机停止运行，并关闭拌和站沥青输送系统，通过网页、手机短信等方式通知上一级管理人员。

智能投料机远程监控系统软件设计

主界面

由2个功能区构成。界面左侧显示投料机运行状态，操作模式分为“手动模式”和“自动模式”2种，指示灯代表各个部件的运行状态；界面右侧显示投料过程参数，分别有“加料设定值”、“称重传感器读数”、“给料气阀开启时间”和“投料气阀开启时间”。投料记录实时储存有“工地标段”、“生产日期”、“累积加料重量”、“累积加料次数”以及具体每次加料时间、重量等信息。除此之外，界面中还有“数据查询”、“发送短信”、“短信设置”等功能按钮。

数据查询界面

可按照日期查询某一天投料记录，或者将某几天数据以柱状图等对比形式表现出来。界面左侧可按日期查询历史数据，并可显示相应的投料参数报表；界面右侧为历史数据统计，统计类别有“累积加料重量”和“累积加料次数”，日期选择方式有“选择日期区间”和“任意日期选择”2种。

短信设置界面

手动发送短信可将当前报表中所记录的信息，包括日期、系统开机时间、截止发送短信时加料总次数、截止发送短信时加料总重量等信息发送给指定人员。号码管理功能将接收短信号码分为三个级别，分别为“操作人员”、“技术人员”、“管理人员”，软件系统按照预警机制向不同级别人员发送不同的短信内容。

报警显示界面

报警主要有三类，分别为：生产过程中发生的状态异常、数据超限、设备故障等；根据预警机制而产生的报警信息；微型控制器及软件内部报警信息等。根据不同报警编制相应的触发、确认或解除条件，在界面中弹出相应的报警窗口。

结　语

本文设计的智能投料机采用了浓相气力输送和电子称重计量，充分保证了设备稳定性，具有计量精度准确、投放速度快、生产效率高等优点；采用GPRS无线通讯方式进行远程通信，可实现智能投料机运行状态的远程监控。具有自主知识产权的智能投料机已成功应用于山西省吉河高速公路路面施工第1、第3标段沥青混凝土拌和站，日均添加量为10t左右，为生产、施工和业主单位提供了直观准确的抗车辙剂添加状态及过程质量数据信息，从而确保了沥青混凝土的生产质量。