摘 要
混凝土搅拌站已成为混凝土生产的主要场所，其称重配料环节作为混凝土生产
过程中的关键环节，是影响混凝土质量的重要因素。同时，控制系统的性能，对
搅拌站的正常运行有着非常重要的影响。首先，控制方案的优劣决定了搅拌站能
否稳定可靠的运行；其次，控制策略的选取决定了搅拌站的生产效率与配料精度；
再次，上位机监控软件的设计决定了人机交互的易用性和方便性。因此，针对以
上问题，本文主要进行了以下工作：
(1)对课题背景及其研究的意义进行了介绍，对混凝土搅拌站的发展、分类及
其组成结构进行了概述，重点对控制系统的方案进行了对比分析。
。(2)确定控制系统方案，选用工控机和PLC的组合方案，同时对工控机、PLC、
称重传感器、模数转换模块、重量变送器进行了选型，实现了控制系统总体设计。
(3)详细介绍了料斗秤的组成及工作原理，分析了动态称量过程的物理机理，
在此基础上推导出称重配料过程的数学模型，并进行了计算机仿真。
“)针对系统断续、重复运动的特点，采用迭代学习控制算法对称量控制量进
行不断的修正，使配料精度不断提高。仿真结果表明，应用迭代学习控制算法可
以取得满意的控制效果。同时，针对实际应用过程中，设定值的改变对称量结果
造成的波动影响，对称量控制量采取分段设置的方法，减小了配料精度的波动。
(5)利用面向对象的程序设计语言Delphi设计上位机监控软件，可实时监控系
统的运行情况，同时具有生产数据的保存、查询，报表的生成、打印等功能。最
后对下位机的控制软件和上下位机之问的通讯功能进行了设计．
关键词称重配料系统；混凝土搅拌站；迭代学习控制算法；监控软件
第1章绪论
1．1引言
混凝土是由骨料(砂子、石子)、水泥、水、掺合料以及外加剂等原料按一定
比例混合后搅拌而成，是建筑工程中应用最广泛的材料之一，其经济、技术指标
对于整个建筑工程的质量和成本有着举足轻重的关系。为了提高混凝土的强度，
节约水泥和满足某种技术要求，各种原料必须严格按预先试验好的比例配合在一
起．
早期的混凝土主要由建筑工地自行生产，此种方式生产效率低、劳动强度大、
噪声及粉尘污染严重，且质量波动较大。随着我国经济建设的发展，一系列基础
性工程的开工建设以及城市化进程的加快，对混凝土的需求量越来越大、对其质
量的要求也越来越高。传统的生产方式己不能满足建设的需要，加上国家政策的
引导，近年来，专门生产混凝土的工厂——商品混凝土搅拌站得到了快速的发展。
混凝土搅拌站就是将构成混凝土的各种物料按照配比要求进行计量，然后经搅拌
机搅拌成合格混凝土的成套设备。它具有生产自动化程度高、生产效率高、对环
境的污染小的特点且生产的混凝土产品质量优良稳定、生产成本低，因而在全国
大中城市得到了迅速发展和推广应用，成为混凝土生产的主流。
1．2混凝土搅拌站概述
混凝土搅拌站是将水泥、砂子、石子、水、掺合料以及外加剂等物料按照混
凝土配比要求进行计量，然后经搅拌机搅拌成合格混凝土的成套设备。搅拌站一
般由物料输送、贮存、计量、搅拌等部分和控制系统组成。
1．2．1混凝土搅拌设备的发展
混凝土搅拌设备是随着水泥的诞生而产生和发展的，最初搅拌设备仅以单机
的形式出现，随着技术的发展以及对混凝土要求的提高，出现了各种不同型式带
有计量装置的搅拌设备，从而产生了混凝土搅拌站。德国于1903年建立了世界上
第一个混凝土搅拌站，随后，美国于1913年，法国于1933年，日本于1949年建
立各国自己的混凝土搅拌站。国外60年代到70年代是商品混凝土发展速度最高“
的阶段，也是混凝土搅拌设备发展最快的时期。目前，德国、美国、意大利、日
本等国家生产的搅拌设备在技术水平和可靠性方面处于领先地位。国外生产的搅
拌站一般生产率在50m3／h～300m3／h之间。
我国自50年代开始研制大型混凝土搅拌站，主要用于水利工程。70年代中
期开始生产小型混凝土搅拌站，用于工业与民用建筑工程，90年代后我国的混凝
土搅拌站技术发展很快，目前我国搅拌站的生产率通常在20m3／h～150m3／h之间。
1．2．2混凝土搅拌站的分类
混凝土搅拌站的分类方式很多，这里主要介绍以移动性，工艺流程及其它常
用的分类方式“1。
1．按移动性分类
通常分为三类：即移动式、拆迁式和固定式。
移动式搅拌站通常带有行走装置，以便于现场移动，主要适应于移动性较强
的工程，如道路、桥梁等建设项目。目前我国生产的移动式搅拌站的生产率一般
在20m3／h～90m3／h之间。
拆迁式搅拌站是相对固定式而言，其特点是移动场地时必须将大部件拆开装
运。目前我国使用的拉铲式搅拌站、皮带机上料的二阶式搅拌站大部分属于这种
类型。适用于中小型混凝土制品站及分散的中小型建筑施工现场。
固定式搅拌站是指拆迁比较困难的搅拌设备，一般是一阶式上料或混凝土结
构的搅拌设备，有时也把这种搅拌站称为搅拌楼。它生产能力大，适用于商品混
凝土工厂、预制厂及大型混凝土工程等场合使用。
2．按生产工艺分类
传统的划分方法为一阶式和二阶式。通常称一阶式为搅拌楼，二阶式为搅拌
站。有些场合下也称一阶式为垂直式或塔式搅拌设备，二阶式为水平式搅拌设备。
图1．1为一阶式搅拌设备的工艺流程，即物料(主要指骨料)经一次提升到最高
点，然后垂直下落进行计量并进入搅拌机中搅拌。一阶式搅拌设备有时采用多个
搅拌主机，但由于分料控制比较复杂，而且目前搅拌主机的可靠性较高，因此这
种方式很少采用。这种设备的优点是由于一般采用全封闭形式，所以适应一切气
候条件，并且整套设备的使用寿命长。同时，由于空间大，设备布置方便，维修
骨料时，将骨料投入搅拌机中，这样骨料在集料斗中等待时，骨料计量可以同时
进行，从而提高了生产率。这种方式其优点是既提高了生产率，又减少了占地面
积。
3．其它分类方法
除上述常用的两种分类方法外，还可按其它分类方法分类，如按搅拌站是否
配置搅拌机并加水搅拌分为干料配料站和湿搅拌站，按配置搅拌机的进料连续性
分为连续式搅拌站和间歇式搅拌站，不过干料配料站和连续式搅拌站在我国不经
常使用。
1．2．3混凝土搅拌站的组成
混凝土搅拌站主要由物料输送设备、储料设备、计量设备、搅拌设备和中心
控制系统几部分组成。
1．输送设备
输送设备包括骨料输送设备、粉料(水泥)输送设备以及水泵等。骨料输送
设备有皮带机、拉铲、抓斗和装载机等，其中皮带机是搅拌装置中最常用的骨料
输送设备，而且是单阶式搅拌楼唯一可以采用的输送设备。水泥输送设备基本上
有两种类型：机械输送系统和气力输送系统。机械输送系统由斗式提升机和螺旋