電子配料秤在大型料場PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用

范振世，王 健，宋長軍

濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)公司，山東濟(jì)南 250101

0 引言

濟(jì)鋼煉鐵廠原料場預(yù)配料系統(tǒng)配料秤原采用皮帶秤主機(jī)PID調(diào)節(jié)，并通過變頻器控制皮帶秤完成調(diào)整給料量，皮帶秤主機(jī)故障率較高，抗干擾能力差，測速編碼器易損壞，直接影響了料場中和料的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，在原有基礎(chǔ)上開發(fā)了PLC遠(yuǎn)程自動(dòng)控制配料秤的配料技術(shù)，對料場預(yù)配料控制系統(tǒng)進(jìn)行了PLC升級改造。

1 配料系統(tǒng)控制原理

1.1 現(xiàn)狀

電子皮帶秤是安裝在皮帶輸送機(jī)的適當(dāng)位置上，對散裝物料自動(dòng)地進(jìn)行快速、連續(xù)、累計(jì)稱量的計(jì)量器具。皮帶秤稱重系統(tǒng)由稱重框架、稱重傳感器、信號轉(zhuǎn)換器、測速傳感器和稱重指示控制器等組成。濟(jì)鋼煉鐵廠原料場預(yù)配料系統(tǒng)原配料秤為南京創(chuàng)豐生產(chǎn)的SB-Ⅱ配料秤，后期逐步進(jìn)行了換型，主要是徐州衡器廠的單托輥配料秤，分秤為徐州拉姆齊和南京創(chuàng)豐的單托輥配料秤，采用1只或2只傳感器檢測mV信號遠(yuǎn)傳方式，現(xiàn)場配套接線盒，速度信號為脈沖信號檢測。主要配置及關(guān)鍵參數(shù)如下：

1）傳感器 ：150kg×2 ， 250kg ；2）帶速 ：0.5m/s；3）寬度 ：1 000mm；4）標(biāo)稱量程：400t/h；5）最大稱量能力：300t/h；6）秤架結(jié)構(gòu)：橡膠耳軸單托輥；7）測速方式：變頻調(diào)速，旋轉(zhuǎn)編碼器測量，脈沖信號輸出；8）給料方式：圓盤給料，下料口不能調(diào)整。

1.2 配料秤儀表系統(tǒng)

配料秤儀表系統(tǒng)由信號變送器、調(diào)節(jié)器、隔離器、速度傳感器、稱重傳感器和儀表主機(jī)（BL2105）等構(gòu)成，其作用是將稱重信號通過稱重控制儀轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號以實(shí)現(xiàn)對圓盤變頻器和皮帶秤變頻器的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圓盤轉(zhuǎn)速、電子皮帶秤流量的控制，調(diào)節(jié)器作為備用控制手段，當(dāng)控制儀或計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以變成手動(dòng)配料。當(dāng)現(xiàn)場檢修時(shí)可用調(diào)節(jié)器作為控制主體，以保證檢修的順利進(jìn)行和預(yù)配料操作的順行。

1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

目前濟(jì)鋼煉鐵原料場配料系統(tǒng)的堆積要求是12個(gè)料倉配12種料，不得缺料堆積。因此，要實(shí)現(xiàn)對圓盤轉(zhuǎn)速和電子皮帶秤的流量的自動(dòng)控制是配料系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和難題。按照生產(chǎn)工藝要求，通常在主控室上位機(jī)上輸入配料計(jì)劃，每一種原料的流量等數(shù)據(jù)，采用Modbus工業(yè)通訊協(xié)議和配料室PLC分站實(shí)現(xiàn)通信并完成配料自動(dòng)控制。該系統(tǒng)采用QUANTUM PLC，由PLC檢測皮帶秤主機(jī)輸出的流量信號，并輸出流量設(shè)定值給皮帶秤主機(jī)，由皮帶秤主機(jī)來完成PID調(diào)節(jié)，并通過變頻器來調(diào)整給料量，同時(shí)信號接入皮帶秤變頻器調(diào)整皮帶秤變頻。配置有模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和開關(guān)量輸入模塊各3塊，模擬量輸入模塊為ACI03000，模塊編號為1-4～1-6，輸入信號為4Ma～20Ma；模擬量輸出模塊為AVO02000，模塊編號為1-7～1-9，輸出信號為0V～10V；開關(guān)量輸入模塊為DAI74000，模塊編號為2-5～2-7。由于控制系統(tǒng)采用擴(kuò)展底板，且所有插槽均已停用，所以擴(kuò)展困難。

1.4 存在問題

1）皮帶秤主機(jī)故障率較高，抗干擾能力差，測速編碼器易損壞；2）傳輸采用mV信號，電纜傳輸距離較遠(yuǎn)，干擾較大；3）由于皮帶秤與給料圓盤采用同步調(diào)速，與圓盤速度直接耦合，當(dāng)給料異常時(shí)，皮帶秤速度變化頻繁，影響計(jì)量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）為了解決目前存在的問題，擬采用以下解決方案

（1）檢查處理接地和電纜屏蔽，減少現(xiàn)場電磁干擾對檢測的影響；（2）對皮帶、托輥、張緊裝置、清掃裝置、傳感器進(jìn)行檢查處理，清理雜物及粘附的物料，更換部分損壞的設(shè)備及附件，增加整料裝置，確保料型穩(wěn)定；（3）由操作人員一起加強(qiáng)皮帶秤架的每班的維護(hù)，使皮帶秤時(shí)刻運(yùn)行在正常狀態(tài)；（4）根據(jù)工藝情況優(yōu)化皮帶秤速度，在滿足運(yùn)輸能力的情況，皮帶秤負(fù)載處于傳感器量程的25%～70%的區(qū)間，將皮帶秤速度人工固定，避免因皮帶秤速度變化影響計(jì)量。對于個(gè)別小料批配料情況，可以確定2個(gè)～3個(gè)可調(diào)速的料倉，根據(jù)配料量情況分別設(shè)定3個(gè)～4個(gè)速度段，每個(gè)速度段滿足不同配料量的要求，可以在程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮對不同速度段進(jìn)行校驗(yàn)；（5）取消皮帶秤主機(jī)BL-2105，現(xiàn)場增加CF-BS-V智能稱重變送器，減少mV信號的傳輸距離（＜2m），信號遠(yuǎn)轉(zhuǎn)采用4mA～20mA電流信號，減少干擾對有效信號的影響，提高信噪比；（6）對PLC控制上下位軟件進(jìn)行改造，稱重變送器信號直接接入PLC系統(tǒng)，并由PLC系統(tǒng)進(jìn)行流量檢測并進(jìn)行PID控制，控制輸出直接由模擬量輸出模塊到變頻器，減少中間環(huán)節(jié)，檢測環(huán)節(jié)各減少一次AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換，控制環(huán)節(jié)也各減少一次AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換，降低控制波動(dòng)造成的實(shí)際物料量的波動(dòng)量，進(jìn)一步提高檢測值波動(dòng)。前期暫時(shí)取消速度檢測環(huán)節(jié)，認(rèn)定皮帶秤速度為恒定的，待資金允許的情況下再增加測速模塊，實(shí)現(xiàn)變速測量；（7）軟件上增加皮帶秤校零、校量程、零點(diǎn)測試、累計(jì)量測試等檢定功能，并提供班累計(jì)功能模塊，對原有累計(jì)功能進(jìn)行調(diào)整，取消已失效的物料種類概念，實(shí)際帶定點(diǎn)翻轉(zhuǎn)的按秤累計(jì)功能。

2）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

PLC主站采用施耐德可編程控制器Modicon TSX Quantum，分站上將原MODICON公司生產(chǎn)的984系列更換為施耐德可編程控制器，系統(tǒng)維護(hù)更加方便，而且更加穩(wěn)定可靠；分站設(shè)在配料現(xiàn)場，主站與分站間采用Modbus總線通信，通過以太網(wǎng)模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)PLC對配料系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

2.3 Modbus工業(yè)通信協(xié)議

Modbus通信協(xié)議是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議，該協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間，控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控.由于濟(jì)鋼煉鐵廠料場面積大，料種分布廣，配套的設(shè)備比較分散，致使控制點(diǎn)也比較分散，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢必要鋪設(shè)大量的控制和信號電纜，浪費(fèi)大量的人力、物力，同時(shí)也使系統(tǒng)變得復(fù)雜，可靠性降低?？紤]到實(shí)際情況本系統(tǒng)采用Modbus工業(yè)通信協(xié)議，同時(shí)也降低了成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.4 上位監(jiān)控站

上位機(jī)原選用惠普工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件，澳大利亞悉亞特公司的Citect軟件為開發(fā)平臺并完成整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程，對配料設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)和監(jiān)控，用圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示12臺配料皮帶秤和給料圓盤的運(yùn)行情況。未解決電子皮帶秤校驗(yàn)繁瑣，準(zhǔn)確度點(diǎn)的問題，在改造后的軟件上增加了皮帶秤校零、校量程、零點(diǎn)測試、累計(jì)量測試等檢定功能，并提供班累計(jì)功能模塊，對原有累計(jì)功能進(jìn)行調(diào)整，取消已失效的物料種類概念，實(shí)際帶定點(diǎn)翻轉(zhuǎn)的按秤累計(jì)功能；使生產(chǎn)管理人員不僅可以快速準(zhǔn)確地了解配料情況，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對配料秤進(jìn)行校零、校量程、零點(diǎn)測試操作，使配料做到簡便、快速、可靠。

2.5 軟件基礎(chǔ)及實(shí)現(xiàn)

原系統(tǒng)軟件平臺采用Windows 2000，上位機(jī)采用Citect軟件組態(tài)，下位機(jī)編程應(yīng)用軟件采用Concept2.6編程，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，對如何實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間的通信以及實(shí)現(xiàn)電子秤的遠(yuǎn)程校零、校秤、零點(diǎn)測試、累計(jì)量測試、PID調(diào)節(jié)等功能控制是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)對電子皮帶秤的遠(yuǎn)程校零、校秤、零點(diǎn)測試、累計(jì)量測試、PID調(diào)節(jié)等功能，要求對PLC進(jìn)行通訊編程，在Citect軟件上增加皮帶秤校零、校量程、零點(diǎn)測試、累計(jì)量測試等檢定功能，通過程序來實(shí)現(xiàn)PLC與電子皮帶秤、變頻器信息交換和控制。

3 結(jié)論

濟(jì)鋼煉鐵廠120原料場在電子皮帶秤PLC控制系統(tǒng)的升級改造后，取得了顯著的效果。減少中間環(huán)節(jié)的PLC控制，降低了故障點(diǎn)，提高了配料秤的抗干擾能力，從而大幅度地提高了配料秤配料精度；對配料秤校秤、校零進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，大大降低了生產(chǎn)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)作業(yè)率，致使中和料的質(zhì)量有了明顯的提高。從大型料場配料系統(tǒng)的自動(dòng)控制角度來看，為下一步實(shí)現(xiàn)料場區(qū)域設(shè)備的全自動(dòng)的形成等技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。這項(xiàng)技術(shù)在相關(guān)行業(yè)配料系統(tǒng)設(shè)備中必將有著廣闊的發(fā)展空間和推廣前景。

[1]柴振民.影響電子皮帶秤計(jì)量準(zhǔn)確度的原因分析[J].工業(yè)計(jì)量，2006(S2).

[2]嚴(yán)榮濤.電子皮帶秤現(xiàn)場使用中存在問題的分析和解決途徑[J].電力標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，1997(1).

[3]汪濤.電子皮帶秤在配料系統(tǒng)中的應(yīng)用和維護(hù)[J].電工技術(shù)，2007(5).

[4]周自平.電子皮帶秤自動(dòng)給料[J].冶金自動(dòng)化，1980(5).

[5]劉真平.配料電子皮帶秤中若干問題的探討[D].首屆全國稱重技術(shù)研討會論文集，1999.