摘要：目前混凝土搅拌站骨料储存主要有两种方式，一种是地面料场，骨料运输车先把骨料存放在地面料场，再通过铲车转移料场内堆积的骨料到骨料配料机，在搅拌站运转时需要铲车频繁转移骨料来保证混凝土生产需要，人力物力消耗都比较大，另一种是立体料库，通过传输皮带结构使骨料运输车可以直接卸料、布料至立体料库，无须二次转移骨料可直接参与混凝土生产，本文介绍一种基于绝对值编码器的立体料库骨料全自动布料技术研究，设计一键启停方式，并在搅拌站现场验证了其可靠性、稳定性、准确性。

　　关键词：骨料储存;全自动布料;绝对值编码器;一键启停

　　0.引言

　　新时代下混凝土企业发展迅猛，竞争日益加剧，人力资源成本、交通物流成本和环境保护成本都在加大，国家对环保要求越来越严格，砂石料的开采和生产也管控较严，在企业生存压力下，怎样使混凝土企业可以科学管理砂石料、形成智能化管理系统，于是研发出一种基于绝对值编码器的立体料库骨料全自动布料技术。通过人机界面触摸屏、可编程序控制器PLC实现远程控制模式，配合各个检测机构使系统稳定可靠。

　　1.系统架构

　　骨料全自动布料系统是基于绝对值编码器进行编程设计的，主要由人机界面操作系统、自动化控制系统和部件检测系统组成，人机界面使用工业触摸屏，自动化控制系统选用可编程序控制器PLC，两者通过TCP/IP网络通讯，触摸屏用来展示整个系统运转状态及发送、接收PLC指令，并通过PLC编程实现对布料机构自动定位、自动启停控制。系统架构如图一所示：

图1 系统架构图

　　2.人机界面触摸屏动态显示设计

　　通过触摸屏编程技术使整个骨料布料系统图形化显示，帮助操作人员快速了解上料系统工作流程;设置手动模式和自动模式，根据需要切换;骨料仓状态、输送皮带动态显示一目了然，实时监控上料过程;一键式启动、停止上料系统，不出错、不慌乱。

图2 触摸屏界面设计图

　　3.全自动布料技术分析与编程设计

　　全自动布料系统设计为两个骨料卸料点，可满足每个卸料点把骨料通过皮带传输至任意的立体料仓储料仓内，触摸屏给出选仓动作，通过检测当前仓位和目标仓位的关系来编写运动程序，使布料机构运动至准确位置后依次启动各个传输皮带，并在检测到料仓高位信号时停止皮带传输骨料。

　　设计思路：

　　1、系统要达到全自动一键启停的目标，必须对布料机构进行准确的自动定位，如果用普通的光电开关来定位时可能出现运转一段时间后机械部位检测不到的情况，通过实验激光传感器、行程开关、编码器等多种检测手段后确定选用绝对值编码器，绝对值编码器信号不怕干扰，具有位置唯一性，停电数据不会丢失，PLC对于绝对值编码器无需时刻计数，对于CPU扫描无需计算中断时间并节省CPU资源，数据可靠性高，节省调试时间，减少售后服务成本，因此对核心的布料机构定位编程是以基于绝对值编码器的PLC编程设计;

　　2、混凝土结构的立体料库比较大，所以布料机构行走的距离就比较远，对于这种编码器旋转工作时范围超过360度时，需要选用智能型多圈绝对值编码器，它具有4-20mA模拟量输出和RS485数字量输出，并且20MA可灵活设定在1-4096圈之间的任何位置，信号采集精度高、抗干扰、传输速度快。

　　3、由于骨料仓设计容量很大，仓位之间布料机构行走的距离比较远，为了稳定提高换仓的效率，选用变频器搭配驱动电机方式使布料机构在行走初中期以高速运行，行走快到目标仓位时提前减速运行，从而使效率提高、平滑运行。

　　3.1根据仓位设计编码器圈数

　　设定最左侧仓位为编码器0位，依据布料机构减速机输出转速计算结果设定从左到右的仓位依次编码器圈数500、1000...4000，每个仓位的位置具有唯一性。

　　3.2布料机构行走PLC编程设计

　　在启动前，可以选择任意的仓位，并自动复位其他所有已选择仓位;确定仓位启动时，根据选择的仓位和目标仓位进行比较，具体方法为通过处理编码器模拟输入信号确定当前仓位，从而控制布料机构行走至目标仓位，各种实际工况如下(以从左到右仓位编号1-9为例)：

　　1、以当前布料机构在3位、目标仓位在7位时，控制布料机构正转快速(65HZ)行走至距离7位还有50圈时停止快速行走，保持慢速(30HZ)行走至7位，然后顺序启动传输皮带进行料仓布料，部分编程示例：

　　2、同理，当布料机构目标仓位在当前仓位左侧时，需要控制布料机构反转行走。

　　3、在料仓内堆料到达设定高位时，需要停止布料，防止骨料溢出，这时先关闭卸料处斗门，然后顺序从下至上停止传输皮带，部分编程示例：

　　4.技术应用扩展

　　通过对绝对值编码的编程设计和实际应用，区分单圈和多圈的使用要求，此文所述技术还可以应用在旋转分料机构，可采用单圈绝对值编码器，设定各个仓位的角度(以4仓位为例，可设定4MA对应0度、20MA对应270度，每个仓位角度为0度、90度、180度、270度)，在PLC内对模拟输入量进行转换和标定从而确定对应的角度值，每一个仓位对应唯一的角度值，直接进行控制编程。

　　5.安全节能高效、智能检测工况

　　5.1安全节能高效

　　骨料全自动布料系统无需铲车、司机，节省大量维保成本;根据绝对值编码器模拟信号输入作为布料机构运动的基本信号，它抗干扰性强，数据可靠性高，节省调试时间，减少售后服务成本;采用变频器驱动，使布料机构满足可变的快慢速运转，启停平滑、行走迅速;无须人工操作，避免上错料;高料位保护，防止骨料爆仓;从卸料口至料仓全程为皮带传输，上料连续不间断，设备能效最大化;远程控制，设计触摸屏控制箱，可根据现场情况放置在任意地点，通过普通网线即可实现骨料上料，操作简单、移动方便。

　　5.2智能检测工况

　　骨料全自动布料系统具备严密的工况检测系统，保证系统可靠稳定运行，包含上料前系统具备运转条件检测，上料中设备运转正常和故障检测，具体如下：

　　1、布料机构定位检测，检测骨料机构位置是否满足启动上料系统，特殊情况下可切换至手动模式进行骨料布料;

　　2、输送皮带运转检测，上料中对输送皮带运转情况进行检测并实时反馈至触摸屏动态显示，故障时自动停止上料;

　　3、设备控制器状态检测，对电机起动器、接触器、互锁设计多重检测，任意一个环节发生故障自动停止上料。

　　6.结语

　　本文在搅拌站现场实际应用的基础上，总结经验及重要数据，提出了基于绝对值编码器的立体料库骨料全自动布料技术，并通过人机界面触摸屏、可编程序控制器PLC实现远程控制模式，节能、高效、安全可靠，帮助混凝土企业做到人性化管理、精细化管理、材料科学化管理，实现在材料低价格时大量高效安全储存骨料，提升企业经济效益。

　　参考文献：

　　[1]段礼才，黄文钰，徐善海.西门子S7-1200 PLC 编程及使用指南 [M]. 机械工业出版社.2018.

　　[2]李江全.PLC模拟量与通信控制应用实例详解[M].电子工业出版社.2014.

　　[3]尹圣雨.TCP/IP网络编程[M].人民邮电出版社.2014.