海口西门子中国一级代理商电源供应商

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  定量供液即每次准确地供给恒定量的液体以满足特定的需要。这一技术在石油、化工、酿造行业中已得到广泛应用。近年来，随着混凝土的不断发展，水和外加剂等液体的及时添加为混凝土质量提供了保，因此，水和外加剂等液体的定量供给技术在混凝土生产中越来越得视。
通过多年来对日本、意大利、澳大利亚等国外产品及国内设备中定量供液技术的分析，结合自己在生产实践中积累的资料和设备改造过程中的体会，本文介绍混凝土生产设备中定量供液的分类、工作原理、成本效益比较及发展趋势，为技术改造、产品设计提供参考。

1　定量供液的分类

在混凝土生产设备的发展过程中，经过了单添加水到同时添加水和多种液体外加剂的过程，根据定量供液的形式来划分可初步分为质量定量和容积定量两大类。
质量定量就是每次称出相同的液体质量，使之满足生产工艺的需要。根据供液精度的要求不同，又可分为机械秤式和电子秤式称量系统。
容积定量即每次通过计量液体的容积来推算液体重量以实现定量控制的方法。根据核定容积的形式和采集信号的方法不同，又可分为接近开关式、定时计量式、涡轮流量传感器式等多种容积定量形式，分别满足不同混凝土生产设备的需要。

2　定量供液的工作原理

定量供液系统主要由动力装置(马达或电磁阀)、信号采集装置和控制反馈装置三大部分组成，见图1。          

                                                         图1　定量供液原理图

三大部分分别实现恒定液压的保证、准确信号的提取、控制的获得。

2.1　电子秤式

随着微机技术的不断发展，目前几乎所有国外的搅拌站(楼)以及国内的HZS和HLS系列搅拌站(楼)的供液系统均采用了电子秤式称量系统。
电子秤通过传感器上的应变片采集到供液重量信号，应变片产生的微弱变形导致电阻的变化，从而改变称量电路中的电流，通过模拟信号与数字信号的转换可直接在显示器上获得供液重量值，以实现质量控制。该装置操作简单，度高，且可通过电脑即时监控。

2.2　定时计量式

国内建筑工地用小型搅拌机及早期搅拌站均采用定时方法通过控制供液泵的启闭来实现定量控制。意大利PUMA型全自动搅拌站的供水计量装置也采用定时计量法，该装置在一水容器内装有进排水电磁阀以及用于限制水位的两个电。根据水在一定压力和一定管径内具有一定流量的原理，采用由电压及温度稳定的电子式时间继电器来进行控制，采用粗细分级调节时间的方法来控制液体重量。这种方法可保证供液精度在±2%以内。

2.3　接近开关式

接近开关式定量供液有容器式和累计流量表式。
容器式定量系统在国外早期的外加剂供给系统中应用较广，日本石川岛生产的搅拌楼供水系统就是采用容器式定量。其结构是，利用钢板制成一截面积相同的容器，内装有微型接近开关和进出液电磁阀；其控制过程是，当系统发出排液信号时，排液电磁阀动作开始排液，当液位下降到下，微型接近开关动作，关闭排液电磁阀，停止排液；适当延时后，供液电磁阀动作，开始供液，液位上升到上，微型开关动作，关闭供液电磁阀，并准备下一个循环。
累计流量表式定量系统是通过带微动开关、可移动指针的计量表和控制电路来实现定量控制的。其工作原理是当流过计量表的累计液体流量达到或接近给定值时，微动开关动作，给出信号关闭电磁阀和动力泵，实现定量供给。

2.4　涡轮流量传感器式

当被测介质流经涡轮流量传感器时，推动叶轮旋转。叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生变化而产生电流脉冲信号，经放大器放大后，传致二次仪表，实现流量测量，根据流量实现定量控制。这里介绍数字定量控制和微机定量控制两种方式。

2.4.1　数字定量控制
我公司的减水剂添加系统中有两家采用澳大利亚生产的数字定量控制仪。它的控制原理图见图2，通过控制仪的调节旋钮设置所需的数值，当控制仪接收到涡轮流量传感器的信号后，经放大整形为矩形波，并经系数器整定成流量为单位矩形波，通过计数器与设定值相比较，当达到设定值时，控制器发出信号使供液马达停止转动，终止供液。

                                                              图2　数字定量控制原理框图

2.4.2　微机定量控制
用微机来控制液体流量技术主要是通过编程技术来实现的。在混凝土生产设备中可单或附带使用单片机、PC机来处理来自涡轮流量传感器的信号。无论是程序复杂的系统还是简单的程序，其控制硬件及周边设备的输入输出都是一样的，图3为一单片机控制系统的工作原理图。灵活的编程技术可处理来自信号采集系统的多种信号，准确及时控制液体重量。

                                                             图3　微机定量控制工作原理方框图

3　定量精度控制技术

在混凝土生产设备中对定量精度要求较高的液体通常在供液动力装置和控制系统中采用相应的方法来实现。

3.1　通过改变电压调整马达转速的方法

比较经典的电脑控制的电子秤式定量的就是通过编程技术设定粗细供液转换点、滴漏值，输出不同的电压信号来控制马达的转速来实现供液的目的。其电压改变与定量值的关系图见图4，图中电压下降斜率越小，越利于提。

                                                  图4　粗／细配重量电压关系图

3.2　采用大小电磁阀分时控制方法

在利用电磁阀的关断来供液时，可采用大小电磁阀来供液。当大电磁阀开启达到供液量的80%时，关闭大电磁阀，同时开启小电磁阀继续供液，直到设定值为止。这样既可避免关闭大电磁阀时过大的瞬时冲击，又可减少设置提前量而造成的误差。

4　混凝土生产设备中定量供液技术的发展趋势

各种定量供液系统因其生产成本、稳定性等因素而适用于不同的设备中，我们也可根据不同液体材料的使用要求而具体选择。表1列出了几种常见定量供液系统的成本性能分析。

      Sinamics 系列变频调速装置操作简便，加之Sinamics 变频器与价位适中的标准电动机相组合的系统所具有的良好性价比，使之成为大多数应用对象驱动装置的。使用这种出色的驱动解决方案时，大多数情况下，您可以免去升速或减速齿轮、摩擦轮或 V 型皮带变速箱、电磁耦合器之类的环节。当采用具有闭环速度控制的水泵时，通常在下游再使用节流阀。这意味着管道系统将处于较低的液压－－机械负荷之下，从而延长设备的使用寿命。通常，甚至还可能减少管道系统中的一些环节。

变频器由微处理器控制，具有完善的功能

      皮带运输系统、大门、栅栏、旋转式广告牌等，以及类似的应用对象由于采用这一驱动装置而具有优良的控制性能。在变频驱动装置中集成有这样一些标准功能：沿斜坡曲线起动和停车，速度设定值，固定速度（频率）设定值等均可通过简单的设置来选定；外部制动电阻的快速电气制动，扩展的集成保护功能，以及其他一些功能。即便是"小巧" 的 Sinamics G110 变频器也可以对具有一定频带宽度的固定频率进行抑制，这是一种可避免共振干扰的为简便的方法，而共振干扰往往会加剧元器件的损坏。除此之外，Sinamics 变频器由于具备较高的调制脉冲频率，因此运行非常平稳。

帮助克服种种障碍

      既然采用频率控制的驱动装置具有如此之多的好处，为什么许多机械设计工程师并没有采用具有频率控制特性的驱动装置呢？西门子自动化和驱动集团一位经验丰富的客户支持人员解释道："许多机械设计工程师不喜欢配置并使用变频器，仅仅是因为他们对这个概念还不适应。但是，如果现在还只是使用二流甚至三流水平的驱动装置，那末，所造成的损失则是无法估量的。"这也就是西门子公司设计了两种便于使用的软件工具的原因，而且这两种软件工具还专门为 Sinamics 系列变频器进行了优化处理：Sizer 可用于界定驱动装置的规格，Starter 则可用于调试变频器。戴维·潘托斯先生负责西门子自动化与驱动集团（A&D）的设备策略工作，这一工作涉及大量的技术诀窍，他说道:"如果您想通过鼠标轻轻点击电子邮件即可选定若干选项，那么，实现这一切非 Sizer 莫属。同时您还可通过软件调试工具 Starter 找到自己应用对象的优化配置，以及Sinamics 变频器的优化参数。" 为确定电动机和变频器的优化组合，Sizer 只需要了解所要求的功率范围即可。Sinamics 系列变频器具有较高的过载能力，确保用户可以选用成本优的配置，性能还十分。

"只需一把螺丝，就可以接通变频器并投入使用"

      Sinamics 变频器机械和电气部件的安装均为简便。考虑到世界各地使用变频器的技术水平的差异，设计变频器时对此给予了足够的重视。Sinamics G110 变频器的设计为简洁，因为它采用了的 IGBT 技术，可适合各种设备的需求。Sinamics G110 的电源连接方法与接触器相似，电源电压在部连接，电动机电缆则在底部连接，并采用了带有明显标示的便于识别的螺钉接线端子，取代了以往价格昂贵的连接器。同时还选用了无螺钉接线的控制端子，便于与控制电缆的连接。因此， Sinamics G110 变频调速装置在世界各地使用都非常方便，利用当地的技术条件即可进行安装和调试。

对电源的要求宽松：一相进，三相出

      Sinamics 变频器系列选用高速 IGBT 技术，不仅可以实现较高调制脉冲频率的电压-频率控制，使其功率损失较低，同时还可以用于从单相电源生成三相电动机电源。Sinamics G110 变频器可用于所有 的50 Hz或 60Hz 频率市电电源，适用于 200-240V 额定市电电压。允许电源电压的偏差为 +10%/-10%。集成有 EMC 滤波器的 Sinamics 型变频器还可以在民用和工业用电网中使用。

对用户友好，配置简单

      考虑到不断增加的成本压力，同时也考虑到技术性能、灵活性、对用户友好等方面的要求，Sinamics 系列变频器遵循的是简单易行而又为有效的原则：按标准配置的变频器中都提供有由软件实现的所有功能，对成本高低起主导作用的硬件配置方案可按照需要选择选件来实现。

      关于标准软件功能， Sinamics G110变频器允许选用三种控制特性中的任何一种（即线性或平方 V/f 特性，以及可自由参数化的多点 V/f 特性）以及三个可供选用的固定频率设定值。不仅如此，G110变频器还可以通过抑制跳转频率的频带宽度来避免共振效应的影响。此外，G110变频器还具有完善的保护功能，包括电动机转子堵转保护和各种电动机监控功能。G110的捕捉再起动功能允许变频器与正在转动的电动机接通并起动到频率设定值相应的速度；电动机加速和减速的斜坡上升时间和斜坡下降时间的起始段和结束段可以选用带有平滑圆弧或不带平滑圆弧。这些功能与三个可自由参数化的数字量输入、一个数字量输出以及控制外部机械抱闸制动装置的功能和断电及故障后自动再起动功能相得益彰。Sinamics G110 变频器还具有对负载浪涌其快速的限流功能以及其他现场所需的功能，使得集成在标准变频器软件中的功能加完善。

      变频器还有多种类型的接口可供选用（模拟量输入或通过RS485 串行接口和 USS 协议进行控制）；EMS 滤波器或操作面板（见下）可作为变频器的不同型号或选件来选用。这就意味着购买变频调速装置时可以满足用户要求的所有功能，并实现成本的优化。

      Sinamics G110 变频器的资料文档也是对用户友好的：每个变频器都配有"入门指南"，为用户提供安装和试运行所需要的重要基础知识。另外，还向用户提供由光盘刻录的调试工具软件如 Starter和详细技术资料的电子版本，它们也可以通过网络下载。"OEM 客户面对有关 Sinamics G110 的大量光盘，也无须使用大量书面的文件和技术资料，而机械和设计工程师在做出系统决策之前就可找到相关技术资料的细节。"这就是市场营销人员要求资料和信息要篇幅简炼，并包括诸多重要信息的原因所在。

基本操作面板（BOP）

      作为可选件的基本操作面板（BOP）非常值得向您。该面板可插入任何 Sinamics G110 中。使用该产品，不仅可以简便地直接访问变频器所有的参数以及所有重要的诊断功能，而且基本操作面板还具有为实用的 Sinamics G110 参数复制功能。变频器的数据可以在操作面板中保存，以便传送到其他同类变频调速装置。这就意味着可将一系列调试简化为几个简单的操作步骤。而且，如果因换某个变频器而需要在现场对参数进行刷新，那末，利用BOP 操作是一个特别简单的过程。

      关于 Sinamics G110 的使用情况已有很多用户反馈，认为 BOP 的确是一种有的可选件。由于具有操作预设定值，Sinamics G110 在现场就位后即可马上进行调试和投运，即便没有基本操作面板或PC/工业编程设备也不会影响使用。LED可对用户提供支持，并提供重要的操作状态信息。

      变频器可以通过DIP开关轻松地切换为50Hz 或 60Hz 频率的市电电源，即使不具备BOP也不会影响操作。
可作为单机驱动的变频器或作为成套设备的一部分便捷地在工业环境中集成

      具有模拟输入的 Sinamics G110 变频器可以在没有任何计算机支持的情况下使用。这就是说，它可以理想地用于没有上位控制系统的单机驱动的装置中。具备RS485/USS 串行端口的Sinamics G110变频器可以价位低地实现与网络的连接，或与机械设备和工厂控制系统的连接。终端电阻可通过DIP开关接入网络，也可在变频器上直接安装（该变频器是总线末端的后一个节点）。Starter软件调试工具已集成在Simotion Scout 和Simatic Step 7 工程师站中。即 Sinamics G110 作为小的一种 Sinamics 变频器，可与西门子公司的集成自动化念相匹配。

      西门子公司的服务网络遍及，其的物流设施可为终用户和机械OEM提供，确保快速完成技术支持和设备的换。 Sinamics 符合标准这一事实，又一次证明了这种变频调速装置的质量性能是过硬的。

Sinamics G110：的选择

      Sinamics G110使用简便，证明了变频器的低端性能也非常出色。实际上，Sinamics 系列的变频调速装置正是为此而设计的。通过Sinamics G110 小型变频器应用所获得的经验也适用于其它大功率与/或的Sinamics变频器，因为它们的外观和内在设计都相同。

      变频器各方面技术的一致性是Sinamics系列的一大特点。如今，Sinamics系列变频器的功率覆盖范围已达到120W到800KW。除Sinamics G110 之外，Sinamics G150 也是一种为简洁、噪音低的变频调速装置，可用于大功率的风机、水泵、压缩机等驱动对象。功率范围还可继续扩大到几十兆瓦，包括多轴传动和运动控制系统中使用的具有伺服控制和矢量控制功能的动态驱动装置。

灵活新颖的变频器

      Sinamics 变频器系列与市场的实际需求为吻合，其特点有：多功能、高的性价比、使用简便、适用、世界范围的服务网络等。这意味着它为机械设计工程师和开发人员在变频调速方面带来了的优势，在传统应用方面也是如此，即在技术和经济上可以获得显著的效益。的确，Sinamics G110是一种灵活新颖的变频器。

图1 (Sinamics G110)
      Sinamics 变频器系列中的早成员 Sinamics G110, 其主要特点是，使用为便捷而且结构小巧，功率120 W 到 3 kW，涵盖广阔的应用领域：水泵、风扇、鼓风机、传送带、门机、纺织机械、包装机械、健身器材等驱动装置。

【摘 要】随着我国城市轨道交通的迅猛发展，信号系统作为控制运行的设备，对其、性的分析评价显得尤为重要，本文从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等方案的主要方面对描述了城巾轨道交通中信号系统的策略及性分析。
【关键词】城市轨道 信号系统 策略 性

1前言
        随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了运营系统的、，配置一套科学、合理的信号系统成为大家关注的。
         目前，对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从和性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。本文将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的和，陛方面进行分析，希望能够对信号系统的方案设计提供—些借鉴。

2 系统方案的策略
         信号系统的性体现在两个方面，即方案的性和设备的性。—一般人们只注重了设备的性，而忽视了方案的性比较，也就是说在不同没备提供同样的性指标时，巾于方案选择的不同，也会造成整个信号系统性能的差异。
2．1 列车检测方式的选择
        实时的列车检测是实现列车运行和其他系统工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营、的关键课题。列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。
        传统的模拟轨道电路用于检测列车位置，虽然具有较高的性，但是由于不能提供“车—地’传输的足够多的信息，较长的应变时间也无法把行车间隔时间进一步缩短，而且存在钢轨绝缘接头，增加了维修工作量，并影响乘坐的舒适性，所以已几乎不在城市轨道交通的正线中运用。
        音频数字轨道电路采用微处理器对地面信息进行数字编码，再传递到钢轨上，由于其编码可包含的信息量大，不仅可以检测列车位置，还可以作为“车—地’通信的方式，对列车进行较的控制，并且由于数字轨道电路的高度灵敏度和性，所以该系统的性能是很高的。另外取消了钢轨绝缘接头，已使之成为城轨交通工程中采用的ATP系统的主要方式。 查询应答器也属于较实用的系统，在国外有较多的运用，我国上海莘闵轻轨交通工程已设计采用此方式。该系统工程造价较低，维护，使之具备较强的竞争力。虽然查询应答器系统不能提供紧急制动功能以及钢轨的断轨检测功能，但是城市轨道交通属于封闭线路，一般能够进行良好的行车组织、车站管理和线路维护等工作，在一定程度上弥上述不足之处。当然，在繁忙的线路上，这种不连续的列车检测方式将降低整个运营系统的陛和效率，在系统设计时应充分考虑采用相应的设备，譬如在必要地点设置电缆环线。
        感应电缆环线的检测列车的方法大多被用于移动闭塞系统中，它可以实现“车—地”的双向通信，并可以非常地定位列车的位置。目前，正在建设中的武汉轻轨一号线就是采用的这种设备。但与查询应答器一样，它也无法对钢轨的完整性进行检测，所以其本身是存在性缺陷的，当然可在采用这种系统时，增加轨道电路作为，可以提高运行的性。另一个问题是，感应电缆环线存在串码干扰问题，特别是在某段环线被损坏时，而环线的铺设也对工务维修带来不便，这些因素都是设计时应考虑的。
         计轴设备一般作为主设备故障情况下的备用设备使用，它的性缺点在于无“记忆性”道区段有车占用情况下，当停电再恢复供电时，计轴信息会丢失，造成轨道区段无车的象使用计轴设备时，一定要采用不停电措施或者其他手段以保证运行。
无线通信则由于技术和管理上的因素，目前尚难以在城市轨道交通工程中运用。
2．2 机车信号的选择
        由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面信号，列车凭借ATP机车信号运行。依据ATP机车信号的“车—地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障—”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的性和行车效率产生影响。
         点式ATP系统意味着“车—地”之间的信息传递是不连续的，显然这样造成了后续追踪列车无法及时得知前行列车的运行区段，也就不能及时改变运行速度，以保列车运行的性并提高线路的通过能力。另一方面，由于“车—地”之间的信息传递是间断的，反过来，将对“车—地，’通信的设备的性要求高，以免遗漏某个点的信息。点式ATP系统对列车的高密度运行、加率以及紧急 停车等都是不利。但考虑到工程投资和维护成本的约束，点式ATP在低密度等项目中仍具备一定的优势。
        连续式ATP系统克服了点式ATP的缺点，能够及时得知前方区段占用或故障情况，以及时改变运行速度，保运行的和。连续式ATP系统即能适用于固定闭塞，也能适用于移动闭塞。
         需要指出的是，为了确保行车，“车—地”的信息传输可以是间断的或连续的，但列车的速度是连续的，只有连续的速度才能保列车运行速度实时地控制在范围内。另一方面，在配有ATO系统的列车上，虽然ATO系统具备很高的性，但其本身不是“故障—’设备，所以仍需要ATP系统的车载设备能够提供列车行进速度和速度的指示信息，以便司机监视和控制。
2．3 设备控制方式
         设备控制方式指的是对沿钱各种信号设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来影响。
         采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障—般不会对全线运行产生影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。
2．4 系统的通信
        现代化的信号系统依赖于计算机之间大量的信息传递，所以系统通信的、性得到。通信网络运行的问题是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的通信接口、升级能力、失败/恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。

3 系统的性分析
        在信号系统的设计时，除了系统性外，性评估也是非常重要的，高度的性也是高性的一个重要。为了能够放心地在实际中运用，设计一个完善的信号系统定量地分析出系统的性指标。例如：在国铁规范中，已明确了列车速防护的车上设备的平均无故障时间(MTBF)不104h，地面设备的平均无故障时间不105h。
         在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，诙漠式并不能避免所有风险，特别是不能保护列车不闯关闭的信号机，所以要求正常驾驶模式非常稳定，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的99．99％。其中，月为系统性概率；T为系统设计寿命；MTBF为平均无故障间隔时间。

4小结
         系统的、性都应以整个系统为对象，而不是某个具体设备。这就要求系统设计、设备制造和设备维护三位一体，以保证系统使用中的性能指标。 在许多发达国家都设有专门的系统工程师在方案设计时对整个系统的、性作出科学的评价。我国虽然没有专门的系统设计工程师，但不应轻视对于信号系统的、性分析，正确的分析有助于系统设计、设备选型以及科学投资，并为维修工作量的确定和日常维护的提供参考。