拌和系统传感器运行状态实时监测技术研究与应用

余淑娟，王伟鹏

(中国水利水电第七工程局有限公司第五分局，四川彭山 620860)

1 概述

安谷水电站拌和系统位于厂坝枢纽右岸，主要承担厂坝枢纽土建及金属结构安装工程总计约214万m3混凝土的生产任务。系统设计混凝土生产能力为14万m3/月，配备HZ120-2F3000自落式拌和站、HL240-4F3000L 自落式拌和楼和HL240-2S3000L 强制式拌和楼各一座，合计生产能力为600 m3/h。

拌和系统称量精度是决定混凝土质量的关键因素，是拌和楼生产管理控制系统的核心。在拌和楼生产过程中，由于受湿度大、外加剂腐蚀、粉尘等恶劣环境影响，传统的拌和楼称量传感器经常发生人工难以发现的非线性故障，导致骨料、粉煤灰、水泥等称量误差偏大，严重影响拌和系统称量精度及混凝土质量。在安谷水电站拌和系统中，通过采用传感器运行状态实时监测技术，有效地解决了由于传感器非线性故障而引起的称量误差，保证了所生产混凝土的质量。

2 传统称量系统工作原理分析

传统拌和楼称量系统主要由传感器、传感器电源盒(内置放大器)、屏蔽线、信号调理板(滤波)、工控机等构成。

图1为拌和楼传统传感器信号采集回路原理接线图。图中，CH0、CH1...为信号调理板的信号通道0、通道1...，各通道均有两个接线端，对应为A1/A2、A3/A4等;V+、V-为3个传感器输出信号放大后的电压信号，反馈至信号调理板;E+/E-为传感器输入信号接线端，S +/S-为传感器输出信号接线端。

传统称量系统工作原理为:称量料斗对称安装三只S 型传感器，各传感器的输入输出信号通过4芯屏蔽线传输。在传感器电源盒中，输入信号线接E+/E-，输出信号接S +/S-。传感器电源盒通过～12.5 V 交流电源供电，传感器电源盒内置放大器，起信号放大作用，V +/V-为3个传感器输出信号并联叠加处理后的电压信号，通过2芯屏蔽线，接工控机内部信号调理板的信号通道CH0，信号调理板对信号主要起滤波作用，滤波后的信号经工控机的A/D 转换等处理后，在工控机操作界面(生产管理控制系统)显示测量数据(称量值)。

本称量系统工作原理存在缺陷。由于3个传感器输出信号并联叠加处理，工控机数据采集处理的是3个传感器测量信号的叠加值(端子V+/V-输出)，若其中某一个传感器出现非线性故障，将造成很大的测量误差。而工控设备和操作人员很难发现传感器的非线性故障，称量误差将持续存在，严重影响拌和楼计量精度及混凝土质量。

为解决传统称量系统中传感器非线性故障难以监测的问题，在安谷水电站拌和系统首次采用了传感器运行状态实时监测技术，有效地解决了由传感器非线性故障引起的称量误差，保证了所生产混凝土的质量。

3 传感器工作状态实时监测技术

传感器工作状态实时监测系统采用称量系统传感器新型输出信号采集回路技术，通过生产管理控制系统的实时监测实现对拌和系统称量传感器工作状态的实时监测，并对非线性故障传感器进行报警。

图1 传统传感器输出信号采集原理接线图

其工作原理为:传感器工作时，每个传感器的输出信号通过采集、放大、滤波输入至工控机，工控机内部进行A/D 模数转换及运算处理后，在拌和楼(站)生产管理系统画面实时显示出每个传感器的测量数据及其叠加值(称量值)。由于传感器为对称位置安装，测量数据在理想状态下相同，工控程序通过对传感器测量信号的运算比较，对误差超过允许范围时进行故障报警，从而及时发现非线性故障的传感器并提示操作人员进行处理，以保证称量精度。

3.1 称量系统传感器新型输出信号采集回路

拌和楼新型称量系统传感器信号采集回路原理接线如图2所示。

称量料斗上的传感器1、传感器2和传感器3分别独立对应接传感器电源盒1、传感器电源盒2和传感器电源盒3，每个传感器电源盒由～12.5 V 交流电源供电，传感器电源盒(内置放大器)为传感器提供工作电压并对输出信号起放大作用，每个传感器的输出信号经过各自传感器电源盒放大后，接至信号调理板不同的通道CH0、CH8、CH10，即每个传感器设置独立的信号采样和处理回路。

3.2 生产管理控制系统的实时监测

拌和楼生产管理控制系统负责控制拌和系统的生产运行。传感器的称量信号在放大、滤波后，经过模拟量输入板(A/D 转换)进入工控机，3个传感器称量信号的叠加、比较等数据处理，均在生产管理控制系统内部完成。

生产管理控制系统实时监测和采集每个传感器的称量信号，并将采集信号进行数据处理，生产画面实时显示各传感器信号值、反馈料斗的称量数据以及传感器运行情况。在实际应用中，技术人员可根据生产需求对传感器故障报警的误差范围进行设置和调整;同时，在拌和系统校秤时，生产管理自动控制系统能实现对每个传感器称量进行调零和校正，即每个传感器得到独立的分秤数和分度数，该参数可作为拌和系统运行时计算传感器信号误差的参考值和基准值。

4 结语

图2 新型传感器信号采集回路原理接线图

拌和系统传感器运行状态实时监测技术已成功应用于安谷水电站。该项技术实现了对传感器运行状态的实时监测，能对传感器非线性故障进行报警，极大地方便了检修和维护人员，保证了拌和系统的称量精度，确保了混凝土生产质量。该项技术的实用新型专利目前已被国家专利局受理，技术的应用和推广可为相关领域的传感器应用提供参考和借鉴。

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