基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)研究

基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)研究

閆明輝，賈曉梅，馬添翼

(沈陽工程學院 自動化學院，遼寧 沈陽 110136)

摘要：針對傳統(tǒng)輸煤電子皮帶秤校驗困難的實際情況，提出了利用PLC軟測量技術(shù)研究輸煤電子皮帶秤的監(jiān)測方法，給出了監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和監(jiān)測原理，設(shè)計出基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量準確。

關(guān)鍵詞：電子皮帶秤；監(jiān)測系統(tǒng);可編程控制器

收稿日期：2015-04-08

作者簡介：閆明輝(1992-)，男，遼寧沈陽人。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.04.016

中圖分類號：TH715

文獻標識碼：A

文章編號：1673-1603(2015)04-0370-04

Abstract：According to the check difficult of the traditional coal electronic belt scale,this paper put forward to a monitoring method used for the coal electronic belt scale with soft measurement technology of PLC.The structure of the monitoring system and monitoring principle were given,and the monitoring screen of the system was designed based on soft measurement technology of PLC.The system possesses many characteristics such as a simple structure,reliable operation,and accurate measurement etc.

給煤機是火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)的重要輔助設(shè)備，它能實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)中給煤量的連續(xù)均勻調(diào)節(jié)和給煤量的實時監(jiān)視與計量。目前300 MW 以上的鍋爐都采用直吹式制粉系統(tǒng)，而燃燒控制系統(tǒng)要求鍋爐的給煤量完全由給煤機決定，因此給煤機的控制性能很重要。電子皮帶秤用于散裝物料的動態(tài)計量，其標定方法簡便、測量精確穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程中物料的統(tǒng)計，在火電廠中用于輸煤皮帶傳輸機上流過的煤料作連續(xù)動態(tài)計量與顯示。國內(nèi)外機組已大量采用電子皮帶秤式給煤機控制系統(tǒng)，如國內(nèi)機組引進的美國STOCK 公司生產(chǎn)的成套電子皮帶秤式給煤機，它包括給煤機微機控制器、皮帶、清掃機構(gòu)調(diào)速控制及各種傳感器等。但這種傳統(tǒng)的電子皮帶秤，鏈碼校驗笨重，計量方法單一、可靠性差、標定方法繁瑣，使用中運行維護量大。這里采用基于PLC與組態(tài)軟件設(shè)計的新型電子皮帶秤能克服傳統(tǒng)電子皮帶秤的缺點，達到精度較高的計量效果。

1傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點

傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由標定鏈碼、稱重儀表、測速輪、稱架及稱重傳感器組成，如圖1所示。

該系統(tǒng)信號攝取不科學，四路稱重信號并聯(lián)接入，只取最大的。龐大的標定鏈碼使后續(xù)有大量的機械電氣維護。停運時空跑皮帶，放下鏈碼標定，既產(chǎn)生側(cè)向力影響標定精度，又磨損皮帶。每次皮帶運行完成都產(chǎn)生零點漂移，積累多了誤差會很大。當皮帶跑偏時測速不準，滾輪磨損后刮傷皮帶。系統(tǒng)無冗余備用功能，只有485通信口。目前電子皮帶秤所要求的最大誤差不能超過0.25，該傳統(tǒng)電子皮帶秤誤差達到0.5，因此不能滿足目前火電廠輸煤系統(tǒng)對皮帶秤的高標準要求。

圖1　傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2基于PLC的智能電子皮帶秤監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及特點

2.1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理

為了實現(xiàn)智能電子皮帶秤對煤量的計量、顯示與控制，監(jiān)測系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)軟測量控制，采用觸摸屏作為操作顯示界面，完成瞬時煤量與累計煤量顯示、實時數(shù)據(jù)及越限報警記錄。系統(tǒng)能夠通過PLC程序完成煤量的瞬時值及累計值的計算，并依此控制給煤機的轉(zhuǎn)速。基于上述思想，構(gòu)建的基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤構(gòu)成如圖2所示。

圖2　智能型電子皮帶秤

圖中主稱架用于正常運行中的計量，為稱重系統(tǒng)提供精確的重量數(shù)值，采用4個稱重信號分別進入智能稱重采集模塊，能夠?qū)?00 kg的稱重傳感器重量標定到以克為單位。副稱架用于代替循環(huán)鏈碼進行動態(tài)標定，同時它也可作為主稱架的備用稱架。智能稱重采集模塊完成皮帶秤的重量采集及信號處理，其內(nèi)部設(shè)有處理器，完成稱重信號的零點和量程標定。速度測量采用大滾筒滾輪，保證與皮帶100%接觸，防止因皮帶跑偏影響計量。配備的編碼器能夠?qū)L輪轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)換為脈沖信號。皮帶秤計量由德國西門子PLC軟件實現(xiàn)，完成皮帶秤的靜態(tài)標定、動態(tài)標定、速度標定、瞬時流量計算、累計流量計算及故障檢測報警等功能。觸摸屏作為皮帶秤的操作界面，顯示直觀，操作方便，與PLC配合可實現(xiàn)報警記錄、歷史事件和數(shù)據(jù)查詢、實時曲線和歷史報表等功能。完成的監(jiān)控組態(tài)畫面如圖3所示。

圖3　智能型電子皮帶秤監(jiān)控畫面

圖3中電子皮帶秤的煤料計量所選擇的標定方式采用簡易型的掛碼來進行動態(tài)標定，掛碼標定在現(xiàn)場只需要一個人采用自動掛碼機構(gòu)就能進行自動掛碼操作。為了克服誤差獲得較高的標定精確度，掛碼的位置掛在離稱重傳感器最近的承重托輥上，通過掛碼標定與實物標定進行對照，計算出修正系數(shù)，從而獲取較好的標定效果，采用該方法所得到的誤差小于0.25，滿足現(xiàn)場要求。

2.2智能電子皮帶秤特點

基于上述分析，得出該智能型電子皮帶秤具有如下特點：

1)采用4個稱重傳感器構(gòu)成全懸浮稱重橋架，4組稱重托輥，無耳軸支點和運動部件，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，只需8只螺栓安裝固定。4個稱重傳感器傳感器的重量信號在智能稱重采集模塊中取加權(quán)平均，消除皮帶偏載時對測量產(chǎn)生的誤差，得到準確的重量信號。

2)采用主副2臺稱架，對皮帶秤進行動態(tài)掛碼標定，能夠在皮帶走煤的情況下(真正的動態(tài))進行標定。以動態(tài)掛碼標定取代循環(huán)鏈碼，能夠消除鏈碼對皮帶的磨損、減輕維護工作、減少維護費用、減小標定誤差。

3)能夠自動判斷皮帶停止狀態(tài)，并進行每隔20 min自動校準零點，消除稱重傳感器零點漂移對稱重的影響。

4)可及時發(fā)現(xiàn)計量失準及時校準

皮帶秤是動態(tài)計量，受各種因素影響，出現(xiàn)計量失準的情況是經(jīng)常性的。傳統(tǒng)的皮帶秤只能靠人工查詢誤差,不易及時發(fā)現(xiàn)計量失準。而智能皮帶秤在皮帶運行中實時比對主副秤的偏差判斷計量失準，自動選擇切換并報警，不會造成延誤。

5)在皮帶傳輸物料時進行實物校驗，符合現(xiàn)場實際情況，準確性好。在皮帶正常傳輸物料時進行校驗，校驗過程自動伴隨在皮帶傳輸物料過程中。皮帶傳輸物料的狀況和張力變化符合實際情況，所以校驗準確性好，穩(wěn)定可靠。

6)觸摸屏作為計量裝置的人機界面，除具有良好和操作顯示功能外，還具有實時記錄和歷史記錄、故障類型與故障時間記錄。

7)稱重儀表用PLC代替，計量功能由數(shù)字信號傳輸和處理，計量精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，同時還為上煤量統(tǒng)計系統(tǒng)提供各種通信接口(RS485或以太網(wǎng))。

3PLC軟測量任務(wù)與程序設(shè)計

軟測量是指根據(jù)容易可測量的輔助變量與較困難的待測變量的數(shù)學關(guān)系，依據(jù)一種最優(yōu)準則，利用一些計算方法，用軟件完成待測變量的估計與測量，以達到良好效果。利用PLC軟測量技術(shù)設(shè)計出的智能型電子皮帶秤稱重儀表，它由2臺全懸浮稱架安裝在一條皮帶上，并由智能采集、處理、顯示等環(huán)節(jié)組成。它具有計量精準、穩(wěn)定可靠、標定簡單等特點。

在該軟測量系統(tǒng)中PLC的主要任務(wù)有4個，一是完成皮帶秤的靜態(tài)標定和動態(tài)標定；二是完成接收編碼器的脈沖信號，并通過程序計算得到煤料的移動速度；三是計算出皮帶上的瞬時煤量和累計煤量；四是根據(jù)實際瞬時煤量與DCS發(fā)出的煤量給定值的偏差，來調(diào)節(jié)給煤機電機轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)PLC采用西門子公司S7-200 CPU224XP型，S7-200功能強大易于實現(xiàn)該系統(tǒng)的控制、計量與報警。圖4為PLC煤料計量初始化程序梯形圖。

圖4　PLC煤料計量初始化程序

4結(jié)語

該系統(tǒng)稱重信號接入方式科學，采用四路稱重信號分別接入，加權(quán)平均；系統(tǒng)無標定鏈碼、無機械和電氣維護量，使后續(xù)維護方便；標定方法采用動態(tài)標定，皮帶運行時點擊一個按鈕就完成標定，完全模擬實物，省時省力；在功能實現(xiàn)上利用PLC程序來完成各種監(jiān)控任務(wù)。系統(tǒng)還具有豐富的通信接口，可以與DCS通信連接，能實現(xiàn)與鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的有機結(jié)合，大大提高鍋爐運行的可靠性和可控性，從而達到理想的經(jīng)濟效益及管理效果。因此開發(fā)這種基于PLC的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為國內(nèi)許多火電廠的迫切要求。

參考文獻

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Research on Monitoring System of Intelligent Electronic Belt

Scale Based on Soft Measurement Technology of PLC

YAN Ming-hui1,JIA Xiao-mei1,MA Tian-yi1

(School of Automation Control Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,China)

Key words： electronic belt scale；monitoring screen；PLC

(責任編輯佟金鍇校對張凱)