تُحقق أتمتة مصانع خلط الخرسانة تحكمًا آليًا في العملية بأكملها، بدءًا من إدارة المواد الخام ووصولًا إلى إنتاج الخرسانة، من خلال التكامل المنسق بين عمليات الكشف عن المستشعرات وحسابات نظام التحكم وتشغيل المعدات. ويتمثل هدفها الأساسي في تقليل التدخل اليدوي وتحسين دقة الإنتاج وكفاءته واتساق الجودة.

فيما يلي خطوات التنفيذ المحددة والتفاصيل الفنية:

أولًا: تخزين ومراقبة المواد الخام آليًا

يجب أولًا تخزين المواد الخام اللازمة لإنتاج الخرسانة (الرمل، والحصى، والإسمنت، والرماد المتطاير، والماء، والمواد المضافة، إلخ) في صوامع مخصصة. ويراقب النظام الآلي هذا التخزين بالطرق التالية:

1. كشف مستوى المواد

- يُركّب مستشعر مستوى المواد (مثل مستشعر بالموجات فوق الصوتية، أو مستشعر راداري، أو مستشعر سعوي) أعلى الصومعة لمراقبة المواد الخام المتبقية آنيًا.

- يُرسل المستشعر إشارة مستوى المواد إلى نظام التحكم المركزي، الذي يعرض معلومات الحالة مثل "صومعة ممتلئة، وصومعة عادية، وصومعة منخفضة" على واجهة المراقبة.

- عندما ينخفض مستوى المواد عن الحد المُحدد (مثل "خط تحذير انخفاض مستوى الصومعة")، يُطلق النظام تلقائيًا إنذارًا صوتيًا ومرئيًا لتذكير المُشغل بإعادة تعبئة المواد الخام. إذا كان مستوى المواد مرتفعًا جدًا (مثل "خط حماية الصومعة بالكامل")، تتوقف معدات التحميل (مثل السيور الناقلة والناقلات اللولبية) تلقائيًا لمنع فيضانها.

2. تصميم منع أخطاء الصومعة

ترتبط صوامع المواد الخام المختلفة بنظام التحكم من خلال الترميز أو تحديد الموقع لمنع إساءة استخدام المواد الخام (مثل خلط الأسمنت والرماد المتطاير).

تُركّب بعض مصانع خلط الخرسانة عالية الجودة أجهزة تعريف المواد (مثل أجهزة تحليل حجم الجسيمات بالليزر وأجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء القريبة) عند مداخل الصوامع للتحقق تلقائيًا من مطابقة المواد الخام الداخلة إلى الصوامع للأنواع المُحددة مسبقًا.

II. أتمتة الدفعات (التحكم الدقيق في النواة)

يُعد الدفع خطوةً حاسمةً في تحديد جودة الخرسانة. يجب التحكم بدقة في نسبة كل مادة خام وفقًا للوصفة. يعتمد التنفيذ الآلي على نظام تحكم مغلق الدائرة "وزن-تغذية راجعة-تعديل":

1. نظام الوزن

- تُركّب خلية تحميل (مثل خلية تحميل بمقياس انفعال) في قادوس التعبئة (أو مسار الناقل) لكل مادة خام، بدقة تصل إلى ±0.1%، لمراقبة وزن المادة آنيًا.

- على سبيل المثال، عند تعبئة الرمل والحصى، يدخل الرمل والحصى قادوس الوزن عبر ناقل سير، وتُرسل خلية التحميل إشارة الوزن إلى نظام التحكم. يدخل الأسمنت والرماد المتطاير قادوس الوزن عبر ناقل لولبي، وتتم مراقبتهما أيضًا بواسطة خلية تحميل.

٢. ضبط نظام التحكم PLC

- يستقبل نظام التحكم (المكون الأساسي من وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)) إشارات من مستشعرات الوزن، ويقارنها بالقيم المحددة في الوصفة، ويضبط تلقائيًا معدات التغذية (مثل سرعة ناقل الحزام، وتردد ناقل اللولب، وفتح صمام تدفق مضخة الماء).

- تُستخدم استراتيجية "التغذية المتدرجة" لتحسين الدقة:

- التغذية الخشنة: تبدأ معدات التغذية بسرعة وتبطئ عند وصولها إلى ٨٠٪-٩٠٪ من الوزن المستهدف.

- التغذية الدقيقة: تكون سرعة التغذية منخفضة وتتوقف عند اقترابها من القيمة المستهدفة لتجنب التغذية الزائدة الناتجة عن القصور الذاتي.

- إذا تجاوز انحراف الوزن النطاق المسموح به (مثل ±٠٫٥٪)، يقوم النظام بإعادة تعبئة المواد أو تفريغها تلقائيًا (يمكن ضبط الانحرافات الصغيرة بدقة في خطوات لاحقة).

ثالثًا: الخلط الآلي

بعد عملية الخلط، تدخل المواد الخام إلى الخلاطة الرئيسية للخلط. يضمن التحكم الآلي خلطًا متجانسًا وتوقيتًا دقيقًا:

1. إعدادات الخلط المسبقة

- يُحدد نظام التحكم الآلي مسبقًا وقت الخلط (عادةً 60-120 ثانية) وسرعة الخلاطة الرئيسية بناءً على درجة خرسانة (مثل C30، C50). في حال الحاجة إلى تعديلات (مثل تمديد وقت الخلط لأعمال البناء الشتوية)، يمكن للمشغلين تعديل الإعدادات في غرفة التحكم المركزية، وسيقوم النظام تلقائيًا بمزامنة هذه الإعدادات مع الخلاطة الرئيسية.

2. التشغيل/الإيقاف والحماية التلقائية

- بعد اكتمال عملية الخلط، يُشغّل النظام الخلاطة الرئيسية تلقائيًا ويفتح باب تفريغ القادوس لتفريغ المواد في الخلاطة الرئيسية.

- بعد انقضاء وقت الخلط، يتوقف الخلط تلقائيًا ويُفعّل عملية التفريغ التالية.

- في حال زيادة تحميل الخلاطة الرئيسية (مثلًا، بسبب جسم غريب)، يُغلق النظام تلقائيًا ويُصدر إنذارًا لمنع تلف المعدات.

رابعًا: توصيلات التفريغ والنقل الآلية

بعد الخلط، يجب تفريغ الخرسانة المختلطة في شاحنات خلط الخرسانة. يضمن النظام الآلي تفريغًا فعالًا ويقلل من الهدر:

1. كشف موقع الصهريج

- يُركّب مستشعر كشف المركبة (مثل مستشعر الأشعة تحت الحمراء، ومستشعر الأرض) أسفل منفذ تفريغ الخلاطة الرئيسي للتحقق من وجود شاحنة خلط الخرسانة في مكانها.

- يسمح النظام بفتح باب التفريغ فقط عند توقف شاحنة الصهريج في الموقع المحدد لمنع انسكاب الخرسانة.

2. التحكم في التفريغ

- تُشغّل بوابة التفريغ بواسطة مشغل كهربائي أو صمام هيدروليكي. يتحكم نظام التحكم تلقائيًا في فتح البوابة ووقت التفريغ بناءً على سعة الصهريج (معلمات مُحددة مسبقًا).

- تُجهّز بعض مصانع خلط الخرسانة بمستشعرات تدفق لمراقبة حجم التفريغ آنيًا وإغلاق بوابة التفريغ تلقائيًا عند الوصول إلى القيمة المستهدفة.

خامسًا: أتمتة المراقبة المركزية وإدارة البيانات

1. واجهة تفاعلية بين الإنسان والآلة (HMI)

- يراقب المشغلون العملية بأكملها عبر حاسوب مُضيف (حاسوب صناعي) في غرفة التحكم المركزية. تعرض الواجهة آنيًا:

- مستويات المواد في كل صومعة، ووزن المكونات، وحالة الخلط، ومعايير تشغيل المعدات (مثل تيار المحرك ودرجة الحرارة)؛

- تقدم الإنتاج (الكميات المُنتجة، خطة الإنتاج المتبقية)، والإنذارات غير الطبيعية (مثل نقص المواد وأعطال المعدات).

- يمكن للمشغلين إدخال خطط الإنتاج (مثل درجة الخرسانة وحجمها) من خلال الواجهة، ويقوم النظام تلقائيًا باستدعاء الوصفة المُناسبة، مما يُغني عن الحسابات اليدوية.

2. تسجيل البيانات وإمكانية التتبع

- يُسجل النظام تلقائيًا البيانات الرئيسية لكل دورة إنتاج: معامِلات الوصفة، وكميات المواد الخام، ووقت الخلط، ومعلومات المشغل، وناقلة النفط. يمكن تخزين هذه البيانات لمدة ستة أشهر على الأقل (مما يُلبي متطلبات التتبع الخاصة بالقطاع).

- يدعم تصدير البيانات (مثلاً، بصيغة Excel)، مما يُسهّل تحليل كفاءة الإنتاج، وهدر المواد الخام، وتحسين مواصفات الوصفات أو المعدات.

3. المراقبة والربط عن بُعد (اختياري)

- بعض محطات خلط الخرسانة الذكية متصلة بالإنترنت، مما يسمح للمستخدمين بمراقبة حالة الإنتاج عبر تطبيق جوال أو جهاز كمبيوتر عن بُعد.

- يُزامن الربط بنظام تخطيط موارد المؤسسات (ERP) الخاص بالشركة بيانات الإنتاج تلقائيًا مع وحدات المشتريات والمالية، مما يُتيح تنبيهات مخزون المواد الخام ومحاسبة التكاليف تلقائيًا.

سادسًا: دعم التكنولوجيا الأساسية

- المستشعرات: مسؤولة عن استشعار (مستوى المادة، الوزن، الموضع، التدفق، إلخ)، وتعمل بمثابة "عيون" الأتمتة؛

- أنظمة التحكم PLC: مسؤولة عن "الحساب واتخاذ القرارات"، وتعمل بمثابة "عقل" الأتمتة؛

- المشغلات: مثل المحركات والصمامات والمشغلات، مسؤولة عن "العمل"، وتعمل بمثابة "اليد والقدم" للأتمتة؛

- الناقلات الصناعية: مثل Profibus وModbus، مما يتيح نقل البيانات بسرعة عالية بين المستشعرات وأجهزة التحكم PLC وأجهزة الكمبيوتر المضيفة.

مزايا أتمتة مصانع خلط الخرسانة:

- دقة مُحسّنة:

ينخفض خطأ الخلط من ±2% إلى 5% في التشغيل اليدوي إلى ±0.5%، مما يضمن متانة الخرسانة الثابتة؛

- تحسين الكفاءة:

يمكن زيادة الإنتاج الساعي لكل محطة بنسبة 20%-30% (على سبيل المثال، من 60 مترًا مكعبًا/ساعة إلى 80 مترًا مكعبًا/ساعة)؛

- خفض التكاليف:

تقليل العمالة (يمكن لمحطة خلط خرسانة واحدة الاستغناء عن 3-5 مشغلين) وتقليل هدر المواد الخام (عادةً بأكثر من 5%)؛

- السلامة والموثوقية:

إيقاف التشغيل التلقائي وإطلاق الإنذار عند حدوث أي عطل في المعدات، مما يقلل من حوادث السلامة.

باختصار، أتمتة محطة خلط الخرسانة هي نظام حلقة مغلقة من "الكشف والتحكم والتنفيذ"، يستبدل العمليات اليدوية الرئيسية بالتكنولوجيا لتحقيق إنتاج فعال ودقيق ومستقر.