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UniMAT 200 系列PLC在瀝青乳化設備上的應用

所謂乳化瀝青,就是將瀝青熱融,經過乳化劑和機械的作用,瀝青以細小的微滴狀態分散于含一定量乳化劑的水溶液中,形成水包油狀的瀝青乳液,這種乳狀液在常溫下呈液狀。改性乳化瀝青是指以乳化瀝青為基料,以瀝青改性材料為外加改性材料,在一定的工藝流程下,經過摻配、混溶、制備成具有某種特性的改性瀝青混合乳液,該種混合乳液被稱為改性乳化瀝青。

      目前國內技術現狀:我國在新中國建立前只有個別的市政工程部門使用了少量的陰離子乳化瀝青,解放后一直都沒有接觸這項技術。至上世紀70 年代后期為了在我國開展這項新技術的應用由交通部組織成立了“陽離子乳化瀝青及其路用性能研究”課題協作組對這項技術進行攻關研究。該課題1981 年列為交通部重點科研項目1983 年列為原國家計劃委員會與國家經濟委員會的節能應用項目?,F在全國公路部門以擁有乳化瀝青車間500 多座。乳化瀝青車間生產技術水平不斷提高,乳化瀝青的生產從開口自流、憑經驗控制油水比例逐步發展成密封加壓由流量計控制油水比例進而達到計算機自動控制油水比例和油水溫度。乳化瀝青的生產質量提高產量增加滿足了公路工程和養護工程的需要。隨著乳化瀝青技術的發展和在我國大量推廣應用,對瀝青乳液的質量、產量都提出了更高的要求,瀝青乳化設備則將改變目前品種雜亂、故障率高、產量小的狀況,向規范化和合理化方向發展。

圖1、國外的乳化瀝青生產設備


乳化瀝青設備按照工藝流程分類,可以分為間歇作業式、半連續作業式、連續作業式三種。間歇式改性乳化瀝青生產設備,生產時將乳化劑、酸、水、和膠乳改性劑等在皂液摻配罐中摻配,然后將其于瀝青泵送到膠體磨中。一罐皂液用完后再配置皂液,然后再進行下一罐的生產。當用于改性乳化瀝青生產時,根據改性工藝的不同,膠乳管道既可以連接在膠體磨前也可以連接到膠體磨后,或者沒有專用的膠乳管道,而是手工將規定劑量的膠乳慘加到皂液罐中。

半連續式乳化瀝青生產設備,實際上是將間歇式的乳化瀝青設備多配備了皂液摻配罐,從而可以交替摻配皂液,保證不間斷的將皂液送入膠體磨。目前,國內相當數量的乳化瀝青生產設備屬于這種類型。連續式乳化瀝青生產設備,將乳化劑、水、酸、膠乳改性劑、瀝青等分別用計量泵直接泵送到膠體磨中。皂液的摻配是在輸送管道中完成的。


圖2、國內比較先進的乳化瀝青生產設備


現有的瀝青乳化設備主要靠人工操作,有幾臺泵和幾個盛瀝青、乳化劑、以及成品乳化瀝青的物料罐組成。原料配比也主要靠操作人員的經驗手工配置添加,其控制工藝簡單、產品質量極不穩定、生產效率低下的特點始終困擾著我國的公路建設者以及公路養護人員,同時也大大增加了人們的勞動強度。

經過市場調研,并且和公路養護人員進行深入探討后,我們決定設計一套自動化工藝程度高并且生產效率顯著提高的同時還能減少工作人員勞動強度的全新設備。

下圖為乳化瀝青生產過程中的一種生產工藝流程,我們采用了這種生產工藝,配以可編程控制器、變頻器、流量計、定量泵等采用計算機技術的控制單元,在非常大的程度上改善了現有的生產狀況,提高了產品的質量。

圖3、常用的一種乳化瀝青生產工藝流程


整套設備由瀝青過度罐、乳化液摻配罐、成品罐、調速乳液泵、剪切磨、成品輸送泵、電氣控制柜、大底板管道和閥門等組成。

設備的特點:主要是解決油與水的配比問題,它采用了二臺調速定量泵,根據油水的比例,調節好定量泵的轉速,達到比例要求,操作起來既直觀又方便,油水通過二臺泵的輸送進入乳化機進行乳化。

電控部分以深圳億維公司的UN 200 系列224PLC 為控制核心,該PLC 具有控制精度高、反應靈敏、抗震性能優良的特點,在筑路行業已得到廣泛的應用。配以變頻器、流量計、定量泵及各種溫度、觸摸屏、壓力控制設備等組成。

本系統的顯著特點是引進了穩定可靠響應及時的PLC 控制系統,同時配以變頻器、觸摸屏、流量計等先進的控制設備,從而保證了系統的快速穩定運行。

      眾所周知,公路修建以及公路養護大都在戶外,其環境的惡劣是其他行業所無法比擬的,不僅要經受風吹日曬,還要經受高溫嚴寒,同時,大多數筑路設備都是移動式的,并且震動也挺嚴重的,因此,我們在元器件選型上經過了深思熟慮,前年我們做了一臺公路養護瀝青攤鋪車,其控制系統就是采用的億維公司的224系列PLC(電源采用DC24V 供電),這臺設備的最大特點就是安裝在一臺汽車上,整天隨著汽車跑來跑去,震動頗大,但經過一年多的使用,這臺PLC 經受住了考驗,現在仍然在兢兢業業地工作著。因此,在瀝青乳化設備上我們也選用了億維公司的224系列PLC 。

      億維的224 CPU 自帶兩個通信口,一個接口連接接觸摸屏,一個接口用于程序調試,兩個通信口互不干擾,給調試帶來了很大的方便,不但能夠通過觸摸屏控制設備,監控設備運行狀況,還能通過STEP 7 MicroWIN SP9 編程軟件對PLC 進行監控,大大方便了設備的調試工作,提高了工作效率。

PLC 控制系統采用深圳億維公司的UN 200 系列224(訂貨號為UN 214-1BD23-0XB0)CPU,配以4 通道模擬量擴展輸入模塊(訂貨號為UN 231-0HC22-0XA0) 、2 通道模擬量擴展輸出模塊(訂貨號為UN 232-0HB22-0XA0) 以及必須的數字量輸出輸入模塊,經過我們的調試及使用,整套系統表現出了反應靈敏、控制精度高、生產效率高的優良系能。

瀝青乳化設備控制系統如下圖所示:

整個設備的工作原理并不復雜,關鍵在于瀝青和乳化劑的配比控制,這關乎產品的質量以及生產效率的高低優劣,是控制系統的關鍵所在,它需要適時的調整各個物料泵的轉速,并且需要及時準確的處理現場傳遞回來的流量、壓力、溫度信號,根據處理的模擬量信號進一步去調整各個物料泵的轉速,形成一個快速準確的閉環控制。

本控制系統配以觸摸屏做為上位機,方便用戶修改參數和手自動控制。為了實現瀝青和乳化劑的混合比例,系統對原料瀝青泵和乳化劑泵實行變頻調速控制,然后通過流量計反饋回來的數據進行閉環控制。

                                    圖6、部分程序截圖


         首先通過觸摸屏設定成品產量和瀝青乳化劑混合比例,兩個泵的工作頻率是通過2 通道模擬量擴展輸出模塊(訂貨號為UN 232-0HB22-0XA0) 以4-20mA 信號的模擬量信號發送給2 個泵的變頻器速度給定端,同時2 個變頻器的輸出頻率以4-20mA 信號也反饋到PLC 的4 通道模擬量擴展輸入模塊(訂貨號為UN 231-0HC22-0XA0) 中,經計算后顯示在觸摸屏上。

為了方便用戶監視系統是否正確工作,也為了實現閉環控制,在管道上安裝了兩個流量計,都以4-20mA 的模擬信號接到PLC 系統中,PLC 通過采集到的流量信號適時根據預先設定的配料比例和生產效率來調整各定量泵的轉速,從而達到穩定產品質量和合理安排生產規劃的目的。

為便于乳化劑和瀝青混合,對乳化劑罐實行電加熱,功率為10KW,該溫度通過溫控儀采集溫度值,同時把溫控儀的報警信號接到PLC 控制系統,對該溫度進行實時的監控,從最大程度上保證了產品的質量。

   當原料瀝青罐中的瀝青溫度過高時,就停止抽風機以減少風量來降低溫度,溫度低于工作溫度時啟動抽風機,由于用戶要求通過溫度控制儀來控制溫度,所以就將溫度控制儀的報警觸點接到PLC 系統中,由PLC 的輸出實現最終的溫度控制。

                              圖7、模擬量信號處理1 

                            圖8、模擬量信號處理2 

由于瀝青在常溫下不僅易于凝固而且容易堵塞管道,所以瀝青流經的管路都進行了加熱處理:流瀝青的管道都是雙層管道(粗管套小管然后焊接,在拐彎處用另外一根管連接外層的管道),里層流瀝青,外層流加熱過的耐熱油,油的溫度達200 度左右,有油泵將加熱后的耐熱油從原料瀝青罐的小爐膛里泵出,然后輸送到所有瀝青管路外層中。為了避免瀝青堵塞管道,一方面在工作前必須先通耐熱油將管路加熱,一方面對各個泵和剪切磨的啟動和停止順序也有著嚴格的要求。

                        圖9、調試人員在調試設備

為了方便調試和使用,系統中設置了手動和自動兩種模式,自動控制模式時通過PLC 進行控制,設備按照預先設置好的運行模式運行。

手動控制時用戶可單獨啟動某個泵,但是對泵的啟停順序需要操作人員自己嚴格按照設備生產工藝流程進行操作,此時,只是泵的啟停操作由操作人員自己控制,泵的轉速依然受PLC 設定參數控制。

設備維護時則不受任何限制,在手動模式下可以任意啟動停止每一臺設備(在不帶料運行時)。

設備正常情況下在自動控制模式下運行,調試或維護設備以及應急時使用手動模式。

設備經過調試和一個多月的應用,以其穩定可靠的質量,快速靈敏的控制速度,提高了產品的產量的同時,保證了產品的合格率,減輕了現場操作人員的勞動強度,也為用戶帶來了非常好的經濟和社會效益,贏得了用戶的好評。










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