定量供液技術在混凝土生產設備中的應用

定量供液即每次準確地供給恒定量的液體以滿足特定的需要。這一技術在石油、化工、釀造行業中已得到廣泛應用。近年來，隨著高性能混凝土的不斷發展，水和外加劑等液體的精確及時添加為混凝土質量提供了可靠保證，因此，水和外加劑等液體的定量供給技術在混凝土生產中越來越得到重視。
通過多年來對日本、意大利、澳大利亞等國外產品及國內設備中定量供液技術的分析，結合自己在生產實踐中積累的資料和設備改造過程中的體會，本文重點介紹混凝土生產設備中定量供液的分類、工作原理、成本效益比較及發展趨勢，為技術改造、產品設計提供參考。
1　定量供液的分類
在混凝土生產設備的發展過程中，經過了單獨添加水到同時添加水和多種液體外加劑的過程，根據定量供液的形式來劃分可初步分為質量定量和容積定量兩大類。
質量定量就是每次稱出相同的液體質量，使之滿足生產工藝的需要。根據供液精度的要求不同，又可分為機械秤式和電子秤式稱量系統。
容積定量即每次通過計量液體的容積來推算液體重量以實現定量控制的方法。根據核定容積的形式和采集信號的方法不同，又可分為接近開關式、定時計量式、渦輪流量傳感器式等多種容積定量形式，分別滿足不同混凝土生產設備的需要。
2　定量供液的工作原理
定量供液系統主要由動力裝置（馬達或電磁閥）、信號采集裝置和控制反饋裝置三大部分組成，見圖1。


三大部分分別實現恒定液壓的保證、準確信號的提取、精確控制的獲得。
2.1　電子秤式
隨著微機技術的不斷發展，目前幾乎所有國外的攪拌站（樓）以及國內的HZS和HLS系列攪拌站（樓）的供液系統均采用了電子秤式稱量系統。
電子秤通過傳感器上的應變片采集到供液重量信號，應變片產生的微弱變形導致電阻的變化，從而改變稱量電路中的電流，通過模擬信號與數字信號的轉換可直接在顯示器上獲得供液重量值，以實現質量控制。該裝置操作簡單，精確度高，且可通過電腦即時監控。
2.2　定時計量式
國內建筑工地用小型攪拌機及早期攪拌站均采用定時方法通過控制供液泵的啟閉來實現定量控制。意大利PUMA型全自動攪拌站的供水計量裝置也采用定時計量法，該裝置在一水容器內裝有進排水電磁閥以及用于限制水位的兩個電極。根據水在一定壓力和一定管徑內具有一定流量的原理，采用由電壓及溫度穩定的電子式時間繼電器來進行控制，采用粗細分級調節時間的方法來控制液體重量。這種方法可保證供液精度在±2%以內。
2.3　接近開關式
接近開關式定量供液有容器式和累計流量表式。
容器式定量系統在國外早期的外加劑供給系統中應用較廣，日本石川島生產的攪拌樓供水系統就是采用容器式定量。其結構是，利用鋼板制成一截面積相同的容器，內裝有微型接近開關和進出液電磁閥；其控制過程是，當系統發出排液信號時，排液電磁閥動作開始排液，當液位下降到下限定位時，微型接近開關動作，關閉排液電磁閥，停止排液；適當延時后，供液電磁閥動作，開始供液，液位上升到上限時，微型開關動作，關閉供液電磁閥，并準備下一個循環。
累計流量表式定量系統是通過帶微動開關、可移動指針的計量表和控制電路來實現定量控制的。其工作原理是當流過計量表的累計液體流量達到或接近給定值時，微動開關動作，給出信號關閉電磁閥和動力泵，實現定量供給。
2.4　渦輪流量傳感器式
當被測介質流經渦輪流量傳感器時，推動葉輪旋轉。葉輪即周期性地改變磁電感應系統中的磁阻值，使通過線圈的磁通量發生變化而產生電流脈沖信號，經放大器放大后，傳致二次儀表，實現流量測量，根據流量實現定量控制。這里重點介紹數字定量控制和微機定量控制兩種方式。
2.4.1　數字定量控制
我公司的減水劑添加系統中有兩家采用澳大利亞生產的數字定量控制儀。它的控制原理圖見圖2，首先通過控制儀的調節旋鈕設置所需的數值，當控制儀接收到渦輪流量傳感器的信號后，經放大整形為矩形波，并經系數器整定成流量為單位矩形波，通過計數器與設定值相比較，當達到設定值時，控制器發出信號使供液馬達停止轉動，終止供液。

2.4.2　微機定量控制
用微機來控制液體流量技術主要是通過編程技術來實現的。在混凝土生產設備中可單獨或附帶使用單片機、PC機來處理來自渦輪流量傳感器的信號。無論是程序復雜的專家系統還是簡單的專用程序，其控制硬件及周邊設備的輸入輸出都是一樣的，圖3為一單片機控制系統的工作原理圖。靈活的編程技術可迅速處理來自信號采集系統的多種信號，準確及時控制液體重量。

3　定量精度控制技術
在混凝土生產設備中對定量精度要求較高的液體通常在供液動力裝置和控制系統中采用相應的方法來實現。
3.1　通過改變電壓調整馬達轉速的方法
比較經典的電腦控制的電子秤式定量的獲取就是通過編程技術設定粗細供液轉換點、滴漏值，輸出不同的電壓信號來控制馬達的轉速來實現精確供液的目的。其電壓改變與定量值的關系圖見圖4，圖中電壓下降斜率越小，越利于提高精度。


3.2　采用大小電磁閥分時控制方法
在利用電磁閥的關斷來供液時，可采用大小電磁閥來供液。當大電磁閥開啟達到供液量的80%時，關閉大電磁閥，同時開啟小電磁閥繼續供液，直到設定值為止。這樣既可避免關閉大電磁閥時過大的瞬時沖擊，又可減少設置提前量而造成的誤差。
4　混凝土生產設備中定量供液技術的發展趨勢
各種定量供液系統因其生產成本、穩定性等因素而適用于不同的設備中，我們也可根據不同液體材料的使用要求而具體選擇。表1列出了幾種常見定量供液系統的成本性能分析。

表1

供液
容器 控制
電路 抗干
擾性 制造
成本 精確度
電子秤式 有 復雜 一般 高 ＜0.5%
接近開關式 有 簡單 差 低 ＜2%
累計流量表式 無 簡單 好 低 ＜1%
流量傳感器式 無 復雜 好 較好 ＜0.5%

隨著高性能混凝土需求的不斷增加，多種外加劑同時添加的需求越來越大。由流量傳感器與數字控制儀組成的定量系統，因其精度高、操作簡便、穩定好等優點被行家認為是獨立控制單一液體的理想系統；但因其實時監控效果不理想，在自動化程度較高的攪拌樓中難以推廣。而電子秤式定量系統由于其實時監控效果好、精確度高，在計算機技術應用較廣的混凝土生產設備中更具有生命力，因此，有人預測計量全電子化將成為混凝土生產設備中的發展趨勢。