所謂乳化瀝青，就是將瀝青熱融，經(jīng)過(guò)乳化劑和機(jī)械的作用，瀝青以細(xì)小的微滴狀態(tài)分散于含一定量乳化劑的水溶液中，形成水包油狀的瀝青乳液，這種乳狀液在常溫下呈液狀。改性乳化瀝青是指以乳化瀝青為基料，以瀝青改性材料為外加改性材料，在一定的工藝流程下，經(jīng)過(guò)摻配、混溶、制備成具有某種特性的改性瀝青混合乳液，該種混合乳液被稱(chēng)為改性乳化瀝青。
目前國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀：我國(guó)在新中國(guó)建立前只有個(gè)別的市政工程部門(mén)使用了少量的陰離子乳化瀝青,解放后一直都沒(méi)有接觸這項(xiàng)技術(shù)。至上世紀(jì)70 年代后期為了在我國(guó)開(kāi)展這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用由交通部組織成立了“陽(yáng)離子乳化瀝青及其路用性能研究”課題協(xié)作組對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)研究。該課題1981 年列為交通部重點(diǎn)科研項(xiàng)目1983 年列為原國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的節(jié)能應(yīng)用項(xiàng)目?，F(xiàn)在全國(guó)公路部門(mén)以擁有乳化瀝青車(chē)間500 多座。乳化瀝青車(chē)間生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，乳化瀝青的生產(chǎn)從開(kāi)口自流、憑經(jīng)驗(yàn)控制油水比例逐步發(fā)展成密封加壓由流量計(jì)控制油水比例進(jìn)而達(dá)到計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制油水比例和油水溫度。乳化瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量提高產(chǎn)量增加滿(mǎn)足了公路工程和養(yǎng)護(hù)工程的需要。隨著乳化瀝青技術(shù)的發(fā)展和在我國(guó)大量推廣應(yīng)用,對(duì)瀝青乳液的質(zhì)量、產(chǎn)量都提出了更高的要求,瀝青乳化設(shè)備則將改變目前品種雜亂、故障率高、產(chǎn)量小的狀況,向規(guī)范化和合理化方向發(fā)展。
圖1、國(guó)外的乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備
乳化瀝青設(shè)備按照工藝流程分類(lèi)，可以分為間歇作業(yè)式、半連續(xù)作業(yè)式、連續(xù)作業(yè)式三種。間歇式改性乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)時(shí)將乳化劑、酸、水、和膠乳改性劑等在皂液摻配罐中摻配，然后將其于瀝青泵送到膠體磨中。一罐皂液用完后再配置皂液，然后再進(jìn)行下一罐的生產(chǎn)。當(dāng)用于改性乳化瀝青生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)改性工藝的不同，膠乳管道既可以連接在膠體磨前也可以連接到膠體磨后，或者沒(méi)有專(zhuān)用的膠乳管道，而是手工將規(guī)定劑量的膠乳慘加到皂液罐中。
半連續(xù)式乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)際上是將間歇式的乳化瀝青設(shè)備多配備了皂液摻配罐，從而可以交替摻配皂液，保證不間斷的將皂液送入膠體磨。目前，國(guó)內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備屬于這種類(lèi)型。連續(xù)式乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備，將乳化劑、水、酸、膠乳改性劑、瀝青等分別用計(jì)量泵直接泵送到膠體磨中。皂液的摻配是在輸送管道中完成的。
圖2、國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備
現(xiàn)有的瀝青乳化設(shè)備主要靠人工操作，有幾臺(tái)泵和幾個(gè)盛瀝青、乳化劑、以及成品乳化瀝青的物料罐組成。原料配比也主要靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)手工配置添加，其控制工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量極不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低下的特點(diǎn)始終困擾著我國(guó)的公路建設(shè)者以及公路養(yǎng)護(hù)人員，同時(shí)也大大增加了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度。
經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，并且和公路養(yǎng)護(hù)人員進(jìn)行深入探討后，我們決定設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化工藝程度高并且生產(chǎn)效率顯著提高的同時(shí)還能減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的全新設(shè)備。
下圖為乳化瀝青生產(chǎn)過(guò)程中的一種生產(chǎn)工藝流程，我們采用了這種生產(chǎn)工藝，配以可編程控制器、變頻器、流量計(jì)、定量泵等采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制單元，在非常大的程度上改善了現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
圖3、常用的一種乳化瀝青生產(chǎn)工藝流程
整套設(shè)備由瀝青過(guò)度罐、乳化液摻配罐、成品罐、調(diào)速乳液泵、剪切磨、成品輸送泵、電氣控制柜、大底板管道和閥門(mén)等組成。
設(shè)備的特點(diǎn)：主要是解決油與水的配比問(wèn)題，它采用了二臺(tái)調(diào)速定量泵，根據(jù)油水的比例，調(diào)節(jié)好定量泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到比例要求，操作起來(lái)既直觀(guān)又方便，油水通過(guò)二臺(tái)泵的輸送進(jìn)入乳化機(jī)進(jìn)行乳化。
電控部分以DU200 系列224PLC 為控制核心，該P(yáng)LC 具有控制精度高、反應(yīng)靈敏、抗震性能優(yōu)良的特點(diǎn)，在筑路行業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。配以變頻器、流量計(jì)、定量泵及各種溫度、觸摸屏、壓力控制設(shè)備等組成。
本系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是引進(jìn)了穩(wěn)定可靠響應(yīng)及時(shí)的PLC 控制系統(tǒng)，同時(shí)配以變頻器、觸摸屏、流量計(jì)等先進(jìn)的控制設(shè)備，從而保證了系統(tǒng)的快速穩(wěn)定運(yùn)行。
眾所周知，公路修建以及公路養(yǎng)護(hù)大都在戶(hù)外，其環(huán)境的惡劣是其他行業(yè)所無(wú)法比擬的，不僅要經(jīng)受風(fēng)吹日曬，還要經(jīng)受高溫嚴(yán)寒，同時(shí)，大多數(shù)筑路設(shè)備都是移動(dòng)式的，并且震動(dòng)也挺嚴(yán)重的，因此，我們?cè)谠骷x型上經(jīng)過(guò)了深思熟慮，前年我們做了一臺(tái)公路養(yǎng)護(hù)瀝青攤鋪車(chē)，其控制系統(tǒng)就是采用的dadwell的224系列PLC（電源采用DC24V 供電），這臺(tái)設(shè)備的特點(diǎn)就是安裝在一臺(tái)汽車(chē)上，整天隨著汽車(chē)跑來(lái)跑去，震動(dòng)頗大，但經(jīng)過(guò)一年多的使用，這臺(tái)PLC 經(jīng)受住了考驗(yàn)，現(xiàn)在仍然在兢兢業(yè)業(yè)地工作著。因此，在瀝青乳化設(shè)備上我們也選用了億維公司的224系列PLC 。
dadwell的224 CPU 自帶兩個(gè)通信口，一個(gè)接口連接接觸摸屏，一個(gè)接口用于程序調(diào)試，兩個(gè)通信口互不干擾，給調(diào)試帶來(lái)了很大的方便，不但能夠通過(guò)觸摸屏控制設(shè)備，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，還能通過(guò)STEP 7 MicroWIN SP9 編程軟件對(duì)PLC 進(jìn)行監(jiān)控，大大方便了設(shè)備的調(diào)試工作，提高了工作效率。
PLC 控制系統(tǒng)采用dadwell的DU 200 系列224(訂貨號(hào)為DU 214-1BD23-0XB0)CPU，配以4 通道模擬量擴(kuò)展輸入模塊(訂貨號(hào)為DU 231-0HC22-0XA0) 、2 通道模擬量擴(kuò)展輸出模塊(訂貨號(hào)為DU 232-0HB22-0XA0) 以及必須的數(shù)字量輸出輸入模塊，經(jīng)過(guò)我們的調(diào)試及使用，整套系統(tǒng)表現(xiàn)出了反應(yīng)靈敏、控制精度高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)良系能。
瀝青乳化設(shè)備控制系統(tǒng)如下圖所示：
整個(gè)設(shè)備的工作原理并不復(fù)雜，關(guān)鍵在于瀝青和乳化劑的配比控制，這關(guān)乎產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的高低優(yōu)劣，是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，它需要適時(shí)的調(diào)整各個(gè)物料泵的轉(zhuǎn)速，并且需要及時(shí)準(zhǔn)確的處理現(xiàn)場(chǎng)傳遞回來(lái)的流量、壓力、溫度信號(hào)，根據(jù)處理的模擬量信號(hào)進(jìn)一步去調(diào)整各個(gè)物料泵的轉(zhuǎn)速，形成一個(gè)快速準(zhǔn)確的閉環(huán)控制。
本控制系統(tǒng)配以觸摸屏做為上位機(jī)，方便用戶(hù)修改參數(shù)和手自動(dòng)控制。為了實(shí)現(xiàn)瀝青和乳化劑的混合比例，系統(tǒng)對(duì)原料瀝青泵和乳化劑泵實(shí)行變頻調(diào)速控制，然后通過(guò)流量計(jì)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)控制。
圖6、部分程序截圖
首先通過(guò)觸摸屏設(shè)定成品產(chǎn)量和瀝青乳化劑混合比例，兩個(gè)泵的工作頻率是通過(guò)2 通道模擬量擴(kuò)展輸出模塊(訂貨號(hào)為DU 232-0HB22-0XA0) 以4-20mA 信號(hào)的模擬量信號(hào)發(fā)送給2 個(gè)泵的變頻器速度給定端，同時(shí)2 個(gè)變頻器的輸出頻率以4-20mA 信號(hào)也反饋到PLC 的4 通道模擬量擴(kuò)展輸入模塊(訂貨號(hào)為DU 231-0HC22-0XA0) 中，經(jīng)計(jì)算后顯示在觸摸屏上。
為了方便用戶(hù)監(jiān)視系統(tǒng)是否正確工作，也為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，在管道上安裝了兩個(gè)流量計(jì)，都以4-20mA 的模擬信號(hào)接到PLC 系統(tǒng)中，PLC 通過(guò)采集到的流量信號(hào)適時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的配料比例和生產(chǎn)效率來(lái)調(diào)整各定量泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和合理安排生產(chǎn)規(guī)劃的目的。
為便于乳化劑和瀝青混合，對(duì)乳化劑罐實(shí)行電加熱，功率為10KW，該溫度通過(guò)溫控儀采集溫度值，同時(shí)把溫控儀的報(bào)警信號(hào)接到PLC 控制系統(tǒng)，對(duì)該溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從程度上保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
當(dāng)原料瀝青罐中的瀝青溫度過(guò)高時(shí)，就停止抽風(fēng)機(jī)以減少風(fēng)量來(lái)降低溫度，溫度低于工作溫度時(shí)啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，由于用戶(hù)要求通過(guò)溫度控制儀來(lái)控制溫度，所以就將溫度控制儀的報(bào)警觸點(diǎn)接到PLC 系統(tǒng)中，由PLC 的輸出實(shí)現(xiàn)溫度控制。
由于瀝青在常溫下不僅易于凝固而且容易堵塞管道，所以瀝青流經(jīng)的管路都進(jìn)行了加熱處理：流瀝青的管道都是雙層管道(粗管套小管然后焊接，在拐彎處用另外一根管連接外層的管道)，里層流瀝青，外層流加熱過(guò)的耐熱油，油的溫度達(dá)200 度左右，有油泵將加熱后的耐熱油從原料瀝青罐的小爐膛里泵出，然后輸送到所有瀝青管路外層中。為了避免瀝青堵塞管道，一方面在工作前必須先通耐熱油將管路加熱，一方面對(duì)各個(gè)泵和剪切磨的啟動(dòng)和停止順序也有著嚴(yán)格的要求。
圖9、調(diào)試人員在調(diào)試設(shè)備
為了方便調(diào)試和使用，系統(tǒng)中設(shè)置了手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，自動(dòng)控制模式時(shí)通過(guò)PLC 進(jìn)行控制，設(shè)備按照預(yù)先設(shè)置好的運(yùn)行模式運(yùn)行。手動(dòng)控制時(shí)用戶(hù)可單獨(dú)啟動(dòng)某個(gè)泵，但是對(duì)泵的啟停順序需要操作人員自己嚴(yán)格按照設(shè)備生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行操作，此時(shí)，只是泵的啟停操作由操作人員自己控制，泵的轉(zhuǎn)速依然受PLC 設(shè)定參數(shù)控制。
設(shè)備維護(hù)時(shí)則不受任何限制，在手動(dòng)模式下可以任意啟動(dòng)停止每一臺(tái)設(shè)備（在不帶料運(yùn)行時(shí)）。
設(shè)備正常情況下在自動(dòng)控制模式下運(yùn)行，調(diào)試或維護(hù)設(shè)備以及應(yīng)急時(shí)使用手動(dòng)模式。
設(shè)備經(jīng)過(guò)調(diào)試和一個(gè)多月的應(yīng)用，以其穩(wěn)定可靠的質(zhì)量，快速靈敏的控制速度，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量的同時(shí)，保證了產(chǎn)品的合格率，減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也為用戶(hù)帶來(lái)了非常好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，贏(yíng)得了用戶(hù)的好評(píng)。