泡沫轻质土自动控制上料搅拌系统技术领域
本发明涉及搅拌单元工艺技术领域，具体涉及泡沫轻质土自动控制上料搅拌系统。
背景技术
泡沫轻质土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合。然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。目前，在土木工程领域中，泡沫轻质土、轻质泡沫土、气泡混合轻质土、泡沫轻质土等建筑材料被大量采用，故而，泡沫轻质土的发泡生产设备，也起到了越来越重要的作用，其作为建筑工程和市政工程领域的施工机械，在路基回填工程，空洞、基坑填充工程，建筑节能领域的泡沫轻质土保温、找坡、垫层、填充等工程中得到了越来越广泛的应用。
随着现代社会对环保重视和产品质量要求，结合现浇泡沫混凝土市场需要，根据查阅市场现有泡沫混凝土现浇设备对水灰比控制的方法都比较粗略、原始，造成计量误差很大，在现浇泡沫混凝土施工过程中成本及质量控制上没有说服力，施工过程中产生大量粉尘对环境造成很大危害。对浇泡沫轻质土质量主要影响有以下几方面，水泥的品质、水的污染程度、水灰比的控制、发泡剂的性能、发泡液的配比、水泥浆和泡沫的配比、泵送距离、泵送高度及现场施工工艺流程。
市场上现有施工现场搅拌混凝土设备在工作过程中，各粉状物料输送连接部分因各自功能要求不同，多数使用帆布袋软连接方法，此方法因连接强度不高，易造成连接部位脱落损坏。搅拌箱体无法完全密封，在搅拌过程中加水和加粉状物料时产生大量粉尘及浆体外泄，出现不文明施工情况，对环境造成很大危害。
现代社会对各行业要求必须降低污染，保护环境，对施工行业噪音、扬尘等，对环境污染严厉处罚规定，施工现场必须做到降噪、降尘安全文明施工。对各施工行业现场严重的扬尘问题提出更高的要求，根据近几年在设备制造及施工现场工作中，对现浇泡沫混凝土质量控制及降噪、降尘安全文明施工存在的问题。结合泡沫轻质土现浇设备现状，研制出泡沫轻质土自动控制连续上料搅拌系统。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种泡沫轻质土材料自动控制上料搅拌系统，以解决长期以来不能实现泡沫轻质土轻质材料，自动控制上料搅拌精确控制水灰比及扬尘技术及不文明施工问题，大大提高了施工效率及施工现场的空气质量。
本发明的泡沫轻质土自动控制上料搅拌系统，包括搅拌单元、控制单元、监测单元、调节单元和通信单元，所述控制单元与所述搅拌单元、所述监测单元、所述调节单元和所述通信单元连接，所述监测单元分别与所述搅拌单元、所述调节单元连接，所述搅拌单元包括主搅拌机和给料装置，所述控制单元包括PLC控制器及其所连接的数据存储器。
所述给料装置包括散装水泥储料罐，所述散装水泥储料罐底部倒锥处设置吹气孔，所述吹气孔处设置振动电机。
所述主搅拌机通过星形计量器与所述散装水泥储料罐连接。
所述监测单元包括速度传感器、电子称重传感器和电磁液体流量计，所述监测单元与所述控制单元通过RS485串口电路连接。
所述速度传感器包括若干个，分别分布于搅拌机与星形计量器上。
所述电子称重传感器包括若干个，分别设置于所述散装水泥储料罐的下部支腿上。
所述调节单元包括给水泵与二次搅拌机，所述二次搅拌机与所述主搅拌机连接，所述给水泵与所述电磁液体流量计的管道连接，所述电磁液体流量计与所述主搅拌机的管道连接。
所述通信单元包括GPRS收发模块，所述控制单元与所述通信单元通过RS232串口电路连接。
所述PLC控制器上设置GPS全球定位收发模块。
本发明的主体是包括主搅拌机和给料装置在内的搅拌单元，由监测单元对搅拌单元的状态进行监测，由控制单元根据监测结果做出调节方案，并由调节单元实现自动控制。给料装置包括散装水泥储料罐，散装水泥储料罐底部倒锥中央设置吹气孔，吹气孔处设置振动电机，通过振动电机可以将散装水泥以离散形态输出，有效避免因水泥发潮结块而难以输送，同时配合吹气孔可以将水泥快速均匀送入主搅拌机中；主搅拌机和散装水泥储料罐之间设置星形计量器，可以有效计量水泥的输入输出量，记录可以保存在控制单元的数据存储器中，便于后续的分析和整体对比控制。
通信单元起到的作用是将现场的控制单元与外接参数设定模块进行信息上的连接，实现了对远端出口泡沫轻质土实时监控，这样在实际生产中只需现场施工人员对设备进行摆放、接线即可，不需要技术人员随行到场调控，首先一点便减少了人工的成本，其次一小组技术人员可以通过远程参数设定实现多个现场的泡沫轻质土密度监测，较以往的技术而言大大提高了工作的效率。通信单元包括GPRS DTU模块，提供了一种通信方式，也可以采用有线（无线）宽带（光纤）或者短程无线通信，根据实际生产环境以及距离定位单元的远近选取恰当的通信方式。GPRS DTU模块采用灵旗DTU终端，是一种物联网无线数据终端，利用公用运营商网络GPRS网络(又称G网)为用户提供无线长距离数据传输功能. 采用高性能的工业级8/16/32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能。内部集成TCP/IP协议栈，具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能；提供串口数据双向转换功能，可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动；支持自动心跳，保持永久在线，支持断线自动重连、自动重拨号等，可以保证数据传输的稳定性；支持参数配置，永久保存，便于多次使用省去参数配置环节。
控制单元包括PLC控制器及其所连接的数据存储器，PLC控制器的初始参数可以通过人机交互界面进行设定，这种人机交互界面可以通过远程控制室的主机进行设置，也可以通过就近的手持式智能控制终端进行设置，人机交互界面可以通过通信单元实现与控制单元的数据传输。参数包括水灰比参数、搅拌量参数（小时/立方），PLC根据设定值自动调整各变频器参数控制，水泥供给量控制，水供给量控制，搅拌量，人机交互屏还包括显示屏，用以显示当前速度各供给量数值。
PLC控制器即为可编程自动控制器，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。本发明的PLC控制器采用西门子出品的工业芯片级PLC控制模块，使用的是12个插槽的背板，背板总线采用的是数据吞吐率大的PCI总线标准，且具带电有热插拔功能，可以在不停机不停电的状态下更换模块，使的系统的维护更加方便快捷。CPU模块为IC695CPU315的，占用两个插槽。300MHz的处理器和10MB字节的用户内存构成了一个性能强大的CPU。其支持32k数字输入、32k数字输出、32k模拟输入、32k模拟输出、以及具有两个串口端子，即一个RS-485端口和一个RS-232端口。
PLC根据设定值自动调整各变频器参数控制，其自动控制流程主要包括水泥供给量控制，水供给量控制，搅拌量控制，水泥罐内存量控制几个方面，其中，水泥供给量控制是通过PLC自动控制散装水泥储料罐下部的振动电机间断振动连续不断的把粉状物料供给星形计量器，通过PLC自动控制变频器调整电机驱动星形计量器速度，经过星形计量器速度传感器采集的数据转换成电信号传输给PLC计算出星型卸料器相对应速度供给搅拌机水泥量，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前速度供给水泥量数值。
水供给量控制是通过PLC自动控制变频器，调整电机驱动给水泵的转速电磁液体流量计，通过流量计采集的数据转换成电信号，传输给PLC计算出给水泵相对应的速度，进而供给主搅拌机进水口水量，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前速度供给水供给量数值。
搅拌量是通过PLC自动控制变频器调整电机驱动搅拌机的转速，经过搅拌机速度传感器采集的数据转换成电信号传输给PLC，PLC计算出搅拌机的对应设定生产量的速度，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前搅拌速度数值。
水泥罐内存量控制是根据散装水泥罐（储料斗）下部支腿上安装的4个称重传感器，称重传感器连续采集的电信号经过PLC计算，通过人机交互屏显示当前重量数值，其主要目的是在散装水泥储料罐内水泥即将用尽时能够报警。
本发明在具体实施中的有益效果主要表现在以下几个方面：
1、通过控制单元实现了水灰比的自动化控制，进而实现了系统化的自动控制上料搅拌功能，技术人员不需要在施工现场便能对泡沫轻质土的搅拌情况进行监测、调节，还可以实现技术人员对多个工地现场的混凝土监控，提高了工作的效率，减少了人力的成本。
2、全过程实现了可视化调节概念和过程化通信概念，一方面，通过控制端和人机交互界面的互联，实现了参数的预设、调节以及数据的显示，包括累计生产量、各转速运转部位的速度、水泥罐内存量及累计用量、累计工作时间等，另一方面，系统上安装的GPS全球定位收发模块，可以采集收发到的数据经PLC通过人机交互屏显示当前所在位置，系统上安装的GPRS无线信号收发模块，可以根据PLC控制各部位的当前数据，通过GPRS无线信号收发模块收发信号，将互联网数据传输显示在智能手机或在线电脑上，进而增加一系列扩展功能，包括在智能手机或在线电脑上控制远程控制停机禁止开机和允许开机功能。
3、全密封化设计大大提高了施工效率及施工现场的空气质量，采用法兰和橡胶垫的连接方法把散装水泥罐（储料斗）与星形计量器和搅拌机精密连接在一起。粉状物料自进入散装水泥罐（储料斗）内，在完全密封环境下，经过星形计量器连续计量匀速放料，在完全密封环境下粉状进入搅拌机，在搅拌机完全密封环境PLC自动控制给水泵经过电磁液体流量计连续计量加水搅拌出均匀的水泥浆，通过 搅拌机出料口把水泥浆放入水泥浆二次搅拌机内，经过二次搅拌制成合格的水泥浆体，整个过程能有效的控制施工现场的大量粉尘问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明自动控制上料搅拌系统的主系统结构图。
图2是本发明电磁液体流量计的结构示意图。
图3是本发明人机交互显示部分的系统结构图。
图4是本发明水泥浆二次搅拌机的结构示意图。
图5是本发明给水泵的结构示意图。
下面对图中标号部分进行解释说明：1-散装水泥储料罐、2-振动电机、3-星形计量器、4A-星形计量器出料口及搅拌机进料口、4B-搅拌机进水口、5-搅拌机、6-搅拌机出料口、7-散装水泥储料罐出料口及星形计量器进料口、8-电机、9A-电机、9B-搅拌机速度传感器、9C星形计量器速度传感器、10-电子称重传感器、11-电磁液体流量计进水口、12-电磁液体流量计、13-电磁液体流量计出水口、14-自动控制配电箱、15-人机交互显示屏、16-水泥浆二次搅拌机储料箱、17-电机、18-给水泵、19-给水泵进水口、20-水泥浆二次搅拌机、21-水泥浆二次搅拌机出料口、22-电机、23-给水泵出水口。
具体实施方式
如图1至图5所示：本发明提供了泡沫轻质土自动控制上料搅拌系统，包括搅拌单元、控制单元、监测单元、调节单元和通信单元，控制单元与搅拌单元、监测单元、调节单元和通信单元连接，监测单元分别与搅拌单元、调节单元连接，搅拌单元包括主搅拌机和给料装置，控制单元包括PLC控制器及其所连接的数据存储器；给料装置包括散装水泥储料罐，散装水泥储料罐底部倒锥处设置吹气孔，吹气孔处设置振动电机；主搅拌机通过星形计量器与散装水泥储料罐连接；监测单元包括速度传感器、电子称重传感器和电磁液体流量计，监测单元与控制单元通过RS485串口电路连接；速度传感器包括若干个，分别分布于搅拌机与星形计量器上；电子称重传感器包括若干个，分别设置于散装水泥储料罐的下部支腿上；调节单元包括给水泵与二次搅拌机，二次搅拌机与主搅拌机连接，给水泵与电磁液体流量计的管道连接，电磁液体流量计与主搅拌机的管道连接；通信单元包括GPRS收发模块，控制单元与通信单元通过RS232串口电路连接；PLC控制器上设置GPS全球定位收发模块。
在进行具体实施时，方案中的振动电机、电子称重传感器、电磁液体流量计以及人机交互显示屏均为市购产品，其中，振动电机为新乡市环球机械有限公司生产，型号YZS3-4型三相振动电机；电子称重传感器为锐马（福建）有电气制造有限公司生产，型号：RM-F20；电磁液体流量计为江苏进源仪表厂生产，型号：JY-LDE-32；人机交互显示屏为中达电通股份有限公司生产，型号：DOP-B10S411；散装水泥储料罐、搅拌机、水泥浆二次搅拌机储料箱均为河南华泰建材开发集团有限公司生产，散装水泥储料罐型号：HT-22T-1；搅拌机型号：HT-36F；水泥浆二次搅拌机储料箱型号：HT-3F。
本发明的主体是包括主搅拌机和给料装置在内的搅拌单元，由监测单元对搅拌单元的状态进行监测，由控制单元根据监测结果做出调节方案，并由调节单元实现自动控制。给料装置包括散装水泥储料罐，散装水泥储料罐底部倒锥中央设置吹气孔，吹气孔处设置振动电机，通过振动电机可以将散装水泥以离散形态输出，有效避免因水泥发潮结块而难以输送，同时配合吹气孔可以将水泥快速均匀送入主搅拌机中；主搅拌机和散装水泥储料罐之间设置星形计量器，可以有效计量水泥的输入输出量，记录可以保存在控制单元的数据存储器中，便于后续的分析和整体对比控制。
通信单元起到的作用是将现场的控制单元与外接参数设定模块进行信息上的连接，实现了对远端出口泡沫轻质土实时监控，这样在实际生产中只需现场施工人员对设备进行摆放、接线即可，不需要技术人员随行到场调控，首先一点便减少了人工的成本，其次一小组技术人员可以通过远程参数设定实现多个现场的泡沫轻质土密度监测，较以往的技术而言大大提高了工作的效率。通信单元包括GPRS DTU模块，提供了一种通信方式，也可以采用有线（无线）宽带（光纤）或者短程无线通信，根据实际生产环境以及距离定位单元的远近选取恰当的通信方式。GPRS DTU模块采用灵旗DTU终端，是一种物联网无线数据终端，利用公用运营商网络GPRS网络(又称G网)为用户提供无线长距离数据传输功能. 采用高性能的工业级8/16/32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能。内部集成TCP/IP协议栈，具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能；提供串口数据双向转换功能，可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动；支持自动心跳，保持永久在线，支持断线自动重连、自动重拨号等，可以保证数据传输的稳定性；支持参数配置，永久保存，便于多次使用省去参数配置环节。
控制单元包括PLC控制器及其所连接的数据存储器，PLC控制器的初始参数可以通过人机交互界面进行设定，这种人机交互界面可以通过远程控制室的主机进行设置，也可以通过就近的手持式智能控制终端进行设置，人机交互界面可以通过通信单元实现与控制单元的数据传输。参数包括水灰比参数、搅拌量参数（小时/立方），PLC根据设定值自动调整各变频器参数控制，水泥供给量控制，水供给量控制，搅拌量，人机交互屏还包括显示屏，用以显示当前速度各供给量数值。
PLC控制器即为可编程自动控制器，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。本发明的PLC控制器采用西门子出品的工业芯片级PLC控制模块，使用的是12个插槽的背板，背板总线采用的是数据吞吐率大的PCI总线标准，且具带电有热插拔功能，可以在不停机不停电的状态下更换模块，使的系统的维护更加方便快捷。CPU模块为IC695CPU315的，占用两个插槽。300MHz的处理器和10MB字节的用户内存构成了一个性能强大的CPU。其支持32k数字输入、32k数字输出、32k模拟输入、32k模拟输出、以及具有两个串口端子，即一个RS-485端口和一个RS-232端口。
PLC根据设定值自动调整各变频器参数控制，其自动控制流程主要包括水泥供给量控制，水供给量控制，搅拌量控制，水泥罐内存量控制几个方面，其中，水泥供给量控制是通过PLC自动控制散装水泥储料罐下部的振动电机间断振动连续不断的把粉状物料供给星形计量器，通过PLC自动控制变频器调整电机驱动星形计量器速度，经过星形计量器速度传感器采集的数据转换成电信号传输给PLC计算出星型卸料器相对应速度供给搅拌机水泥量，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前速度供给水泥量数值。
水供给量控制是通过PLC自动控制变频器，调整电机驱动给水泵的转速电磁液体流量计，通过流量计采集的数据转换成电信号，传输给PLC计算出给水泵相对应的速度，进而供给主搅拌机进水口水量，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前速度供给水供给量数值。
搅拌量是通过PLC自动控制变频器调整电机驱动搅拌机的转速，经过搅拌机速度传感器采集的数据转换成电信号传输给PLC，PLC计算出搅拌机的对应设定生产量的速度，这一过程中可以通过人机交互屏显示当前搅拌速度数值。
水泥罐内存量控制是根据散装水泥罐（储料斗）下部支腿上安装的4个称重传感器，称重传感器连续采集的电信号经过PLC计算，通过人机交互屏显示当前重量数值，其主要目的是在散装水泥储料罐内水泥即将用尽时能够报警。
本发明通过控制单元实现了水灰比的自动化控制，进而实现了系统化的自动控制上料搅拌功能，技术人员不需要在施工现场便能对泡沫轻质土的搅拌情况进行监测、调节，还可以实现技术人员对多个工地现场的混凝土监控，提高了工作的效率，减少了人力的成本；全过程实现了可视化调节概念和过程化通信概念，一方面，通过控制端和人机交互界面的互联，实现了参数的预设、调节以及数据的显示，包括累计生产量、各转速运转部位的速度、水泥罐内存量及累计用量、累计工作时间等，另一方面，系统上安装的GPS全球定位收发模块，可以采集收发到的数据经PLC通过人机交互屏显示当前所在位置，系统上安装的GPRS无线信号收发模块，可以根据PLC控制各部位的当前数据，通过GPRS无线信号收发模块收发信号，将互联网数据传输显示在智能手机或在线电脑上，进而增加一系列扩展功能，包括在智能手机或在线电脑上控制远程控制停机禁止开机和允许开机功能；全密封化设计大大提高了施工效率及施工现场的空气质量，采用法兰和橡胶垫的连接方法把散装水泥罐（储料斗）与星形计量器和搅拌机精密连接在一起。粉状物料自进入散装水泥罐（储料斗）内，在完全密封环境下，经过星形计量器连续计量匀速放料，在完全密封环境下粉状进入搅拌机，在搅拌机完全密封环境PLC自动控制给水泵经过电磁液体流量计连续计量加水搅拌出均匀的水泥浆，通过 搅拌机出料口把水泥浆放入水泥浆二次搅拌机内，经过二次搅拌制成合格的水泥浆体，整个过程能有效的控制施工现场的大量粉尘问题。