混凝土搅拌站计量系统故障排查经验

王连博

（中交建筑集团有限公司，北京 100022）

目前混凝土已经成为应用最广泛的结构材料之一，其质量的高低很大程度上决定着建筑工程的质量。混凝土的生产工艺虽然不复杂，但其具有的材料特性，对生产设备的完好度、对计量系统的精度提出了更高的要求[1]。计量系统的精准与完好是实现混凝土配合比精准设计得以生产应用的关键设备因素，同时也是控制产品质量、生产成本和提升生产效率的重要因素。

在京津冀地区，分析同行业选用的国内生产线设备使用情况，在实际生产过程中，计量系统的故障偶有发生，虽然故障率相对较低，故障修复的直接成本较低，但造成的间接损失较大，甚至有时对建筑结构造成较大的安全隐患，这种损失是不可估量的。主要是因为计量系统的故障具有隐蔽性，有时候并不会直接造成系统功能的降低或缺失，或是表观上存在异响、异动、发热等。

以混凝土生产过程中的质量控制为主要目标，生产过程中的设备因素为出发点，选取关键的计量系统故障作为讨论研究的内容。将计量系统可能造成的质量问题降到最小，供其他生产项目参考。

混凝土搅拌站（生产线）主要由搅拌主机、物料计量系统、物料输送系统、物料贮存系统和控制系统等五大系统和其他附属设施组成[2]。按称量方式可以分为独立称量和累计称量方式，单独称量会为每一物料配备单独的称量单元，各个物料称量之后，再加入搅拌机内部搅拌，这种称量方法精度高，但是设计复杂，造价高；
累计称量是将所有骨料全部加入统一料斗内，较容易产生误差的累积，对最终生产不利，而且配料仓数量越多，越容易出现偏差，不适合大型工程使用，只对独立称量方式进行讨论[3]。

搅拌站传统的计量方法有两种：①采用称量模块（或称重传感器）+显示终端（仪表）。通过采集称量模块的模拟量或数字量信号，经传输把实际工况要求呈现在显示终端，这个过程一般需要PLC 和PC 来处理实际称重任务；
②采用控制器直接或间接利用称重模块信号进行处理。直接利用PLC 进行处理，或利用显示终端显示+PLC 或IPC 等处理。由于显示终端可以快速进行各种计量功能且该计量技术已经很成熟，所以第一种方法在国内生产设备上应用极为广泛，下面将对使用此种方法的计量系统进行经验讨论。

1.1 计量系统原理

（1）电子计量部分。混凝土搅拌站的计量系统由微机、PLC、传感器、A/D 转换器、变送器、连接电缆及称量终端等组成。传感器为应变片式压力传感器，它是基于电阻应变效应原理工作的。计量系统工作时，被测压力使应变片产生应变。应变片阻值的变化，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。由于传感器输出的电压信号很小，需要变送器进行信号放大。再经A/D 转换器，把电压或电流信号（模拟量）转换为计算机识别的等效数字量，最终在终端显示出来。

（2）机械计量系统。机械计量系统由料仓、气动电动执行机构实现配料及卸料过程。为保证计量精度，提高系统运行效率，各物料均通过先粗称，再精称的方式进行动态计量。骨料仓表现为先双侧开门配料、后单侧开门配料的形式；
粉料仓适时选用双级螺旋机进行配料。液态材料由气动蝶阀或电机控制，适时选用大小阀实现精确计量[4]。称量控制线路系统原理如图1 所示。

图1 称量控制线路

1.2 实际生产应用

计量系统在实际生产中计量精度较高，具有落差自动调整、扣秤、参数设定、调校等功能，可实现自动化控制，满足各类混凝土生产工艺的计量要求。

计量系统的实际应用在于有效控制参与生产的原材料用量，即在静态计量准确的基础上控制动态投料过程。

中交建筑集团有限公司在全国范围内共配备各类混凝土生产线约40 条，设备品牌基本涵盖国内各主要生产厂商。其中北京地区的混凝土产量市场占有率约为15%，此类设备在国内市场具有一定代表性。

在京津冀地区的搅拌站均发生过计量系统故障，虽然相对其他系统故障率较低，但具有普遍性。以北京某混凝土搅拌站为例，2012 年至2021 年期间，两套搅拌站（生产线）共记发生计量系统故障30 余次，根据产量记录及维修记录得出，故障发生率约10～15 万立方米/次，造成一定的经济损失及质量风险，降低生产效率。

计量系统故障具有一定特性，故障率相对较低，故障易修复，但干扰计量系统因素较多。同时计量系统故障最大隐患在于隐蔽性，它有时并不会直接造成系统功能的降低或缺失，或是表观上存在异响、异动、发热等。这就很难确保在故障发生时及时发现。

3.1 故障的分类

（1）系统内故障。系统内故障源自计量控制系统内部，传感器、变送器、PLC、微机和线路故障等，在满足计量环境要求、机械结构完好且参数设定准确的情况下，依然无法进行准确计量的故障为系统内故障。

（2）系统外故障。相对于系统内故障，因计量系统外部造成的关联故障，如配送料系统等机械结构故障、计量环境不符合参数设定有误等造成的计量故障，既表象于计量系统工作结果，而非本系统真实存在的“假故障”。

故障的系统分类，为根据经验判断快速排查故障原因提供思路。

3.2 故障原因分析

搅拌站计量秤常见故障原因分析见表1[5]。

表1 搅拌站计量秤常见故障分析

3.3 典型故障案例及排查方式

3.3.1 案例1

故障表现：操作人员反映砂子秤、配料速度变快，不符合常理。通常根据原材的性能差异，配料速度是稳定的。

排查方式：观察设备工作情况，机械结构工作正常，目测仓内原材料与称量值差异较大，进行计量校验，砝码值与称量显示值成非线性变化，对电路及电路元件进行针对性检查，测量传感器输出电压。最终确定为传感器故障，更换传感器，故障修复。

总结：设备操作者有丰富的生产经验才能及时发现设备故障。

3.3.2 案例2

故障表现：实际生产过程中，偶发性故障，骨料在粗配完成后，称量值与目标值还存在一定差值，系统本应自动进行细配，但细配无法自动完成。

排查方式：计量校验，未见异常。观察精配门工作情况，当故障发生时，继电器吸合，电磁阀换向工作。但精配门机构无动作。检查气缸、门轴润滑程度，检查空压机工作情况，发现门轴润滑不足，结构阻尼大，空压机供气压力低。

总结：机械执行机构故障造成计量系统无法正常工作。

3.3.3 案例3

故障表现：操作人员反映，水泥秤计量完成后，等待参与生产的过程中，微机显示称量值不断减少。随时间增加，数值减少值增加，生产记录反映水泥超差，属于严重的质量隐患。

排查方式：静态计量校验未见异常，成品质量检测合格。设备操作人员发现主机除尘系统堵塞，对主机、秤体的除尘系统进行统一清洁，清洁后计量秤故障消失。

总结：故障原因为除尘系统堵塞，致使封闭的主机或计量秤内形成气压差，在压力变化的过程中影响计量数据的准确性。

（1）电路系统的快速排查方法：①替换变送器，观察称量值变化情况，排除变送器故障。替换速度较快，但在替换前应检查变送器输入电压及电流；
②从接线盒逐个摘除传感器，观察AD转换值变化情况，排查某个传感器输出电压与其他传感器差异较大，进一步判断传感器故障。在排查速度、效果上优于逐个测量传感器输出电压，因电压均为毫伏级，且实际工作环境均为狭小潮湿，多用表测量结果不明显，干扰因素较多。

（2）机械系统的快速排查方法：①手动控制机械结构进行动作，观察运行情况；
②观察计量秤斗的完好，传感器基础的牢固，是否有变形情况的发生；
③检查压缩空气系统是否正常，检查工作压力，进气量等；
④模拟配送料过程，观察是否存在漏料等情况。

（3）故障排查经验总结。理论联系实际，掌握计量系统的工作原理是快速排查故障的前提，但实际工作情况具有特殊性，应从符合实际情况的角度出发，寻找收集线索的捷径。查找计量系统故障要手勤、眼勤、嘴勤。设备操作者提供的每一个线索都是排查故障的前提条件，积极对生产设备进行巡视，细微的变化也许就是症结所在。开阔故障排查的思路，相信一切皆有可能的道理，不能主观臆断，不能经验主义地认为这是以前遇到过的老毛病。

5.1 技术性预防措施

（1）选用可靠度高的电子部件，如传感器、变送器等。

（2）传感器及接线盒做防雷接地措施，完善排水功能，确保通风降尘，改善设备作业环境[5]。

（3）秤体及传感器支撑框架应牢固可靠、刚性好、强度高，避免因设备振动或结构变形而造成系统计量故障或计量超差。

（4）制定科学合理的校准规程，并严格执行。

5.2 设备改良建议

（1）部分计量仓、计量斗的形位设计应更有利于计量过程的实现：外加剂秤斗采用单个拉式传感器的形式进行计量，计量斗与其他结构框架间隙较小，当外加剂从单侧冲入计量斗时，会造成计量斗较大的摆幅和振动，经常与结构框架放生碰撞和干涉，造成计量结果偏差。

改进建议：调整计量斗形位尺寸，简化机构，避免碰撞、干涉情况的发生。

（2）计量秤、计量斗校验过程难度较大，因设备安装空间受限，人员作业空间不足，造成劳动强度大，易引发安全事故。且校验工作时间长，降低了设备的使用效率。另外，由于料斗秤安装位置狭窄，无法实现大量程校准及按检定规程执行，大量程数据只能依靠推测。

改进建议：在计量仓上安装快速校准装置，如电动吊装工具，配备大重量配重，以完成科学准确的检定、校验工作[6]。

（3）计量系统故障具有隐蔽性，有时不能在第一时间发现故障，有可能造成重大的质量、安全隐患。

改进建议：加装计量自检系统，可在计量仓其他结构部位，加装辅助计量系统（如在传感器所安装的结构上再次进行计量检测）比对两组数据的变化，预警计量故障的发生。

5.3 管理类建议

（1）加强对设备操作人员、设备修理人员、质量检验人员的培训。使其掌握计量系统工作的基本原理，将故障可能发生的隐患点提前告知，让经验丰富的“老手”分享自己发现或排查故障的经验。对于设备维修管理人员，计量秤关联机械机构及工作环境作为设备修理人员的日常巡视重点。例如：传感器位置清洁干燥，接线盒清洁干燥，配送料机构及秤体稳固牢靠、互不干涉，机械动作正常、平稳等，除尘系统及软连接工作正常，压缩空气系统是否工作正常。

还有很多计量系统故障，是由成品质检人员发现的。当观察混凝土的坍落度、和易性等指标性能时，如发现明显的水灰比异常、骨料比例异常、流动性异常，在考虑配合比设计、原材料性能的基础上，要大胆质疑计量系统的准确性，同时坚持定期进行动态计量核验，建议每日抽取1～2 台混凝土搅拌站运输车，通过地磅对混凝土的质量（重量）进行核验。

（2）调整计量称检验制度，对关键的“外加剂”掺量，建议进行外加剂秤每日校验制度。外加剂用量小，每盘约10 kg 左右，故其计量秤量程小、称量精度高，是原材控制中的关键品种，其计量秤的校验过程时间也短，对生产影响不大。

通过对计量系统故障的经验性总结和讨论，以及提出的一些措施、意见，解决一些计量秤故障排查的困难，为提高混凝土成品的可靠度做了一些尝试，为大家打开管理思路，有一些推广价值。