定量供液技术在混凝土生产设备中的应用

    定量供液即每次准确地供给恒定量的液体以满足特定的需要。这一技术在石油、化工、酿造行业中已得到广泛应用。近年来，随着高性能混凝土的不断发展，水和外加剂等液体的精确及时添加为混凝土质量提供了可靠保证，因此，水和外加剂等液体的定量供给技术在混凝土生产中越来越得到重视。
　　通过多年来对日本、意大利、澳大利亚等国外产品及国内设备中定量供液技术的分析，结合自己在生产实践中积累的资料和设备改造过程中的体会，本文重点介绍混凝土生产设备中定量供液的分类、工作原理、成本效益比较及发展趋势，为技术改造、产品设计提供参考。

1　定量供液的分类

　　在混凝土生产设备的发展过程中，经过了单独添加水到同时添加水和多种液体外加剂的过程，根据定量供液的形式来划分可初步分为质量定量和容积定量两大类。
　　质量定量就是每次称出相同的液体质量，使之满足生产工艺的需要。根据供液精度的要求不同，又可分为机械秤式和电子秤式称量系统。
　　容积定量即每次通过计量液体的容积来推算液体重量以实现定量控制的方法。根据核定容积的形式和采集信号的方法不同，又可分为接近开关式、定时计量式、涡轮流量传感器式等多种容积定量形式，分别满足不同混凝土生产设备的需要。

2　定量供液的工作原理

　　定量供液系统主要由动力装置(马达或电磁阀)、信号采集装置和控制反馈装置三大部分组成，见图1。          

 

                                                         图1　定量供液原理图

　　三大部分分别实现恒定液压的保证、准确信号的提取、精确控制的获得。

2.1　电子秤式

　　随着微机技术的不断发展，目前几乎所有国外的搅拌站(楼)以及国内的HZS和HLS系列搅拌站(楼)的供液系统均采用了电子秤式称量系统。
　　电子秤通过传感器上的应变片采集到供液重量信号，应变片产生的微弱变形导致电阻的变化，从而改变称量电路中的电流，通过模拟信号与数字信号的转换可直接在显示器上获得供液重量值，以实现质量控制。该装置操作简单，精确度高，且可通过电脑即时监控。

2.2　定时计量式

　　国内建筑工地用小型搅拌机及早期搅拌站均采用定时方法通过控制供液泵的启闭来实现定量控制。意大利PUMA型全自动搅拌站的供水计量装置也采用定时计量法，该装置在一水容器内装有进排水电磁阀以及用于限制水位的两个电极。根据水在一定压力和一定管径内具有一定流量的原理，采用由电压及温度稳定的电子式时间继电器来进行控制，采用粗细分级调节时间的方法来控制液体重量。这种方法可保证供液精度在±2%以内。

2.3　接近开关式

　　接近开关式定量供液有容器式和累计流量表式。
　　容器式定量系统在国外早期的外加剂供给系统中应用较广，日本石川岛生产的搅拌楼供水系统就是采用容器式定量。其结构是，利用钢板制成一截面积相同的容器，内装有微型接近开关和进出液电磁阀；其控制过程是，当系统发出排液信号时，排液电磁阀动作开始排液，当液位下降到下限定位时，微型接近开关动作，关闭排液电磁阀，停止排液；适当延时后，供液电磁阀动作，开始供液，液位上升到上限时，微型开关动作，关闭供液电磁阀，并准备下一个循环。
　　累计流量表式定量系统是通过带微动开关、可移动指针的计量表和控制电路来实现定量控制的。其工作原理是当流过计量表的累计液体流量达到或接近给定值时，微动开关动作，给出信号关闭电磁阀和动力泵，实现定量供给。

2.4　涡轮流量传感器式

　　当被测介质流经涡轮流量传感器时，推动叶轮旋转。叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生变化而产生电流脉冲信号，经放大器放大后，传致二次仪表，实现流量测量，根据流量实现定量控制。这里重点介绍数字定量控制和微机定量控制两种方式。

2.4.1　数字定量控制
　　我公司的减水剂添加系统中有两家采用澳大利亚生产的数字定量控制仪。它的控制原理图见图2，首先通过控制仪的调节旋钮设置所需的数值，当控制仪接收到涡轮流量传感器的信号后，经放大整形为矩形波，并经系数器整定成流量为单位矩形波，通过计数器与设定值相比较，当达到设定值时，控制器发出信号使供液马达停止转动，终止供液。

                                                              图2　数字定量控制原理框图

2.4.2　微机定量控制
　　用微机来控制液体流量技术主要是通过编程技术来实现的。在混凝土生产设备中可单独或附带使用单片机、PC机来处理来自涡轮流量传感器的信号。无论是程序复杂的专家系统还是简单的专用程序，其控制硬件及周边设备的输入输出都是一样的，图3为一单片机控制系统的工作原理图。灵活的编程技术可迅速处理来自信号采集系统的多种信号，准确及时控制液体重量。

                                                             图3　微机定量控制工作原理方框图

3　定量精度控制技术

　　在混凝土生产设备中对定量精度要求较高的液体通常在供液动力装置和控制系统中采用相应的方法来实现。

3.1　通过改变电压调整马达转速的方法

　　比较经典的电脑控制的电子秤式定量的获取就是通过编程技术设定粗细供液转换点、滴漏值，输出不同的电压信号来控制马达的转速来实现精确供液的目的。其电压改变与定量值的关系图见图4，图中电压下降斜率越小，越利于提高精度。

                                                  图4　粗／细配重量电压关系图

3.2　采用大小电磁阀分时控制方法

　　在利用电磁阀的关断来供液时，可采用大小电磁阀来供液。当大电磁阀开启达到供液量的80%时，关闭大电磁阀，同时开启小电磁阀继续供液，直到设定值为止。这样既可避免关闭大电磁阀时过大的瞬时冲击，又可减少设置提前量而造成的误差。

4　混凝土生产设备中定量供液技术的发展趋势

　　各种定量供液系统因其生产成本、稳定性等因素而适用于不同的设备中，我们也可根据不同液体材料的使用要求而具体选择。表1列出了几种常见定量供液系统的成本性能分析。

表1

　 供液
容器 控制
电路 抗干
扰性 制造
成本 精