在線加電子秤的開發(fā)與應(yīng)用

浦湘凱

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司,蚌埠 233018)

在線加電子秤的開發(fā)與應(yīng)用

浦湘凱

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司,蚌埠 233018)

該文介紹了電子稱量自動(dòng)配料系統(tǒng),分析了在線加電子秤的重要性,詳細(xì)介紹了設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)和安裝以及軟件的編程和調(diào)試。生產(chǎn)實(shí)踐證明,該系統(tǒng)安全可靠。

電子秤; 電氣安裝; 軟件調(diào)試

近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,我國(guó)許多玻璃企業(yè)都先后裝備了玻璃自動(dòng)配料系統(tǒng),為提高玻璃生產(chǎn)的自動(dòng)化水平、玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量起到了積極的作用。原料配料系統(tǒng)的精度、均勻度等指標(biāo)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)于玻璃行業(yè),在一個(gè)窯期內(nèi)必須日夜不斷地向熔窯連續(xù)供料,受熔窯窯齡的限制,錯(cuò)失良機(jī)往往會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)一個(gè)窯期。隨著市場(chǎng)對(duì)玻璃需求的不斷變化,有時(shí)需要改變玻璃的顏色,這就需要改變玻璃成分,加一些小料或著色劑,就要在原有配料系統(tǒng)上加秤。但這往往會(huì)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)的玻璃生產(chǎn)線帶來(lái)嚴(yán)重影響,傳統(tǒng)意義上加秤會(huì)降低玻璃拉引量,調(diào)試只能等窯頭料倉(cāng)打滿后至窯頭料倉(cāng)料位下限之前1～2 h內(nèi)進(jìn)行。這樣不僅效率低、時(shí)間長(zhǎng),還會(huì)有很大風(fēng)險(xiǎn),甚至導(dǎo)致很長(zhǎng)一段時(shí)間生產(chǎn)不出合格的產(chǎn)品,給企業(yè)帶來(lái)了很大的損失。

1 電子稱量自動(dòng)配料系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

原料電子稱量自動(dòng)配料系統(tǒng)是利用稱重傳感器作為變換元件,把被稱物料的質(zhì)量按一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成與其相應(yīng)的電信號(hào),利用稱量顯示控制儀進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和顯示并進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和交換,通過(guò)計(jì)算機(jī)和PLC(可編程控制器)進(jìn)行一系列過(guò)程控制和監(jiān)控的裝置。該系統(tǒng)在Win7的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上,采用當(dāng)今先進(jìn)的工控軟件(Wincc),利用動(dòng)態(tài)圖形,模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),圖形逼真,操作簡(jiǎn)便,對(duì)整個(gè)原料上料及稱量系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。配料數(shù)據(jù)、配料參數(shù)、混合參數(shù)等只需在計(jì)算機(jī)上根據(jù)提示進(jìn)行設(shè)定。由PLC完成全部邏輯聯(lián)鎖控制。

1.2 軟硬件環(huán)境及通訊

該系統(tǒng)主要由上位機(jī)(DELL)、打印機(jī)、PLC、稱量顯示儀、稱重傳感器等組成。上位機(jī)與PLC通訊采用工業(yè)以太網(wǎng),PLC與儀表通訊采用Profibus DP實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)移,使得通訊更可靠、穩(wěn)定。系統(tǒng)通訊示意圖,見圖1。

1.3 軟件的功能

1)該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃原料上料、配料稱量工序、混合工序、混合料輸送工序、窯頭倉(cāng)布料工序的自動(dòng)控制,使用SIMATIC集成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。由中央控制室中的上位機(jī)通過(guò)STEP7來(lái)編程、監(jiān)控、組態(tài)和診斷,真正實(shí)現(xiàn)了上料、配料、輸送、布料的自動(dòng)化,形成了原料自動(dòng)配料控制系統(tǒng),提高玻璃行業(yè)自動(dòng)化水平。

2)利用西門子工控軟件Wincc實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、人機(jī)對(duì)話、自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3)自動(dòng)存儲(chǔ)配方及各原料生產(chǎn)報(bào)表,可隨時(shí)翻閱打印。

4)對(duì)稱量誤差、在線設(shè)備故障、稱量超時(shí)等系統(tǒng)故障報(bào)警,上位機(jī)屏幕顯示報(bào)警內(nèi)容并存儲(chǔ)。

5)自動(dòng)將測(cè)得的原料含水率模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后,在控制室通過(guò)二次儀表顯示,通過(guò)PLC程序?qū)崟r(shí)計(jì)算原料用量。

6)通過(guò)稱量顯示儀的實(shí)時(shí)數(shù)字顯示重量,實(shí)現(xiàn)對(duì)物料數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.4 軟件的優(yōu)點(diǎn)

1)該軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)上位機(jī)對(duì)兩條生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控,互為備用,保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2)該軟件系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,易于掌握,操作員只需根據(jù)提示進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、畫面切換、按動(dòng)按鈕等工作。

3)該配料系統(tǒng)的操作包括自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)三種方式,三種操作模式可靈活切換,便于處理緊急狀況。自動(dòng)運(yùn)行方式下,由PLC依其內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制,其配料系統(tǒng)的配料參數(shù)由主機(jī)輸入后進(jìn)行設(shè)定,自動(dòng)方式下稱量,顯示儀上不需要任何操作。當(dāng)需要打印配料參數(shù)時(shí),只需在上位機(jī)上按下相關(guān)按鈕,配料參數(shù)自動(dòng)打印。半自動(dòng)方式是指上位機(jī)出現(xiàn)故障的情況下,通過(guò)模擬屏上的按鈕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料,只是不能修改配方和參數(shù),可以為維修或更換上位機(jī)爭(zhēng)取時(shí)間。手動(dòng)方式一般是在PLC出現(xiàn)故障或其他重大事故的情況下,無(wú)法進(jìn)行正常的自動(dòng)配料,這個(gè)時(shí)候通過(guò)模擬屏上的按鈕和稱重顯示儀表來(lái)進(jìn)行手動(dòng)配料,以保證窯頭的供料。配料系統(tǒng)模擬屏,見圖2。

4)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)配有聲光報(bào)警及電腦屏幕自動(dòng)提示報(bào)警內(nèi)容。

5)根據(jù)自動(dòng)測(cè)的硅砂水分進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)計(jì)算出配合料水分,并通過(guò)PLC程序自動(dòng)計(jì)算出硅砂的配方用量,大大提高了配料精度。

6)檢測(cè)到金屬?gòu)U料時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警,并自動(dòng)排除廢料直到無(wú)金屬檢測(cè)出。

7)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)驗(yàn)秤,操作員只要點(diǎn)動(dòng)上位機(jī)上的自動(dòng)驗(yàn)秤按鈕,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)對(duì)各臺(tái)秤進(jìn)行檢驗(yàn),并自動(dòng)保存驗(yàn)秤的數(shù)據(jù),可隨時(shí)翻閱打印。

8)在配料過(guò)程中只要點(diǎn)擊上位機(jī)畫面上的暫停按鈕即可暫停稱量系統(tǒng),恢復(fù)稱量繼續(xù)進(jìn)行。配料次數(shù)可隨意設(shè)定,自動(dòng)停止配料。

9)在同一系統(tǒng)中可對(duì)一種物料進(jìn)行減量法和另外多種物料進(jìn)行增量法稱量。10)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)先報(bào)警再自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。

1.5 與國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)軟件相比

目前工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線逐步向工業(yè)以太網(wǎng)方向轉(zhuǎn)移。以太網(wǎng)接口通用性強(qiáng),和上級(jí)管理軟件容易連接。但現(xiàn)在工業(yè)用儀表具有以太網(wǎng)接口的不多,制造廠商需要一段時(shí)間來(lái)更新。所以,現(xiàn)在許多系統(tǒng)都是現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)并用。

此套系統(tǒng)、儀表和PLC的連接采用西門子現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)Profibus,和上級(jí)系統(tǒng)的連接采用工業(yè)以太網(wǎng)。在軟件控制及使用上與同類軟件相比直觀易懂、操作者易于掌握、實(shí)際使用方便,而且功能齊全,達(dá)到了行業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平,同時(shí)相對(duì)于國(guó)外同類先進(jìn)軟件系統(tǒng),成本節(jié)約了近50%～70%。

了解了原料電子稱量自動(dòng)配料系統(tǒng),下面以蕪湖信義玻璃廠為例,介紹在線加電子秤的新方法和新思路,此法在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)提高效率的同時(shí),為業(yè)主大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2 新加電子秤相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試

2.1 新加電子秤的設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)角度上來(lái)講,就是在配料系統(tǒng)中增加一臺(tái)電子秤。首先要考慮的是布局,原料車間空間狹促,新增料倉(cāng)的位置、高度、樓面開孔的位置、集料皮帶的位置都需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的測(cè)量,確保新秤不與其他設(shè)備相干涉,新開孔洞必須錯(cuò)開土建承重梁。如果需要搭建鋼平臺(tái),現(xiàn)場(chǎng)務(wù)必留出行走通道及設(shè)備檢修空間。

2.2 新加電子秤的安裝

設(shè)備的安裝階段是最重要的環(huán)節(jié),此階段不同于籌建時(shí)期的設(shè)備安裝,原料車間的粉塵、噪音會(huì)給安裝帶來(lái)一定的困難。因此,安裝人員必須做好相應(yīng)的防護(hù)工作,必須在保證不影響正常生產(chǎn)的情況下進(jìn)行作業(yè),嚴(yán)禁觸碰其他稱量設(shè)備。安裝時(shí)本著從上到下的順序一步一步按圖施工,對(duì)易損物件做好保護(hù),在進(jìn)行電焊作業(yè)時(shí)要注意接地線務(wù)必連接在焊件上,不可隨意搭接,尤其不可就近接于其他設(shè)備上。電焊產(chǎn)生的強(qiáng)大電流足以擊穿電子秤的稱重模塊,如果這樣會(huì)使電子秤失效從而影響配料生產(chǎn),一旦出現(xiàn)窯頭斷料的情況必將造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 新加電子秤的調(diào)試

調(diào)試階段同樣不可忽視,因?yàn)椴荒苡绊懙秸５呐淞仙a(chǎn),所以調(diào)試只能安排在配料的間隙中,通常每8 h只有2 h的空檔可以使用。因?yàn)楣て诘脑蛴直仨毐ＷC進(jìn)度,我們制定了詳細(xì)的調(diào)試計(jì)劃,把多項(xiàng)工作合并后加派人手,再分成若干小組。在對(duì)喂料螺旋、振動(dòng)料斗等設(shè)備進(jìn)行試車的同時(shí),對(duì)氣缸等執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)試。在對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行比對(duì)的同時(shí),對(duì)電子秤進(jìn)行校驗(yàn)。

3 新加電子秤電氣的設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試

3.1 電氣設(shè)計(jì)

首先,電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)積極與廠方技術(shù)人員核對(duì)、交流。在原有圖紙上把新增及需要改動(dòng)的圖紙做好標(biāo)記,再一并與原控制柜相同尺寸的小安裝板上把新加秤的控制回路、端子做好后,通電調(diào)試,這樣到現(xiàn)場(chǎng)只需把安裝板裝到控制柜里,把外圍動(dòng)力和控制線按圖紙接到端子上就可以了,大大的降低了出錯(cuò)的幾率,也提高了速率。其次,先把圖紙傳給廠方技術(shù)人員讓他們按圖紙開好孔,放好線,做好準(zhǔn)備工作。由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試新的控制系統(tǒng)及軟件容易影響生產(chǎn),因此PLC及系統(tǒng)軟件應(yīng)全部在模擬的環(huán)境下調(diào)試運(yùn)行,有條件的話,可以讓工廠技術(shù)人員參與模擬調(diào)試。至此,確保系統(tǒng)的安裝與調(diào)試不會(huì)帶來(lái)太多的麻煩。新加秤控制回路安裝板,見圖3。

3.2 電氣安裝調(diào)試

首先,把不影響原配料系統(tǒng)正常工作的安裝工作提前完成,如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝及接線、新加控制系統(tǒng)電氣元器件的安裝及接線、儀表的開孔及安裝等。其次,安裝改造期間不能影響熔窯的正常生產(chǎn)(即正常供料),調(diào)試只能等窯頭料倉(cāng)打滿后至窯頭料倉(cāng)料位下限之前這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行,調(diào)試時(shí)間最好控制在2 h之內(nèi)。要確保在線加電子秤的成功,關(guān)鍵是要有一個(gè)全面詳細(xì)的調(diào)試計(jì)劃,并逐項(xiàng)與工廠技術(shù)人員核對(duì)、交流直至達(dá)成共識(shí)。先將原有控制回路挑選出來(lái),分成幾類:1)有源輸入:接地開關(guān)等。2)無(wú)源輸入:行程開關(guān),繼電器接點(diǎn)等。3)有源輸出:給料機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4)無(wú)源輸出:執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。5)其它:稱重儀表等。

在配料間隙時(shí),根據(jù)分類分別并入新控制系統(tǒng)中。為安全起見,交流控制電源要取同相位,在安裝檢查完之后,逐一進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試,把控制和反饋以及PLC的接點(diǎn)都核對(duì)正確,為自動(dòng)配料調(diào)試做好準(zhǔn)備。最后,按新加電子秤的工藝要求將新加的電子秤校驗(yàn)一下,確保新加電子秤的量程和精度都能滿足生產(chǎn)需求。

4 軟件調(diào)試

加秤的核心在于新加的稱重儀表要與原系統(tǒng)通訊正常,所以首先要把通訊聯(lián)接好,這才是關(guān)鍵。手動(dòng)調(diào)試完成后,把窯頭料倉(cāng)打滿,若有條件可準(zhǔn)備一些配合料。在原配料系統(tǒng)停止后,先把新加儀表通電,把做好的硬件組態(tài)下到PLC中。等通訊正常以后再把程序下到PLC中,接著先把新加的電子秤單獨(dú)進(jìn)行一次自動(dòng)配料,正常后再自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)新配料系統(tǒng)并配好兩副料。若通訊過(guò)程中有問題,可把原先的組態(tài)及程序重新下到PLC中繼續(xù)配料,以防止窯頭空倉(cāng)。我們這次在蕪湖信義玻璃廠加秤時(shí)由于準(zhǔn)備充分、安裝仔細(xì)、通訊順利,一共用了不到1 h就完成了整個(gè)過(guò)程,得到了業(yè)主的肯定。

5 結(jié) 語(yǔ)

按傳統(tǒng)方法加秤,要先降低拉引量,會(huì)影響幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)量,產(chǎn)量降低就意味著產(chǎn)值降低,業(yè)主損失可能多達(dá)上百萬(wàn)元,更有甚者在加秤的過(guò)程中出現(xiàn)問題,造成配合料中斷,不得不被迫加碎玻璃,造成很長(zhǎng)時(shí)間都出不了好玻璃。所以,我們這次加秤的成功,使許多想加秤又擔(dān)心出現(xiàn)上述情況的工廠可以從容的在原配料系統(tǒng)上安排加秤,從而既規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)、減低了損失,又增加了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。到目前為止,已在廣東虎門信義、蕪湖信義二期中完成了在線加電子秤,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,受到用戶的一致好評(píng)。同時(shí),已與思可達(dá)等玻璃廠簽訂技術(shù)應(yīng)用合同,此外還有不少玻璃廠與我公司聯(lián)系咨詢加秤的相關(guān)情況,在玻璃行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,并逐步向其他相關(guān)行業(yè)推廣。

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Development and Application of On-line and Electronic Scale

This paper introduces the electronic weighing automatic batching system,analyses the importance of online and electronic balance,elaborates design and installation in electric and programming and debugging of software. Practice has proved that the development is safe and reliable.

electronic balance; electric installation; software debugging

2014-05-19.

浦湘凱(1980-),工程師.E-mail:pxkntt@sina.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.011

PU Xiɑng-kɑi (China Triumph International Engineering Group Co,Ltd,Bengbu 233018,China)