自动化配料系统（共9篇）
自动化配料系统 篇1
一、自动配料的组成
一般的工业自动配料系统由以下三部分组成。
1. 给料部分:
给料部分是从料仓 (或储罐) 向料斗中加料的执行机构。根据物料的不同特性, 可以选用不同的给料设备, 如螺旋给料机、电磁振动给料机、单 (双) 速电磁阀等。
2. 排料设备:
排料可以是排放设备 (增量法、零位法) 。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电 (气) 动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。
3. 配料控制系统:
配料控制系统由可编程控制器、上位工控机及其它控制
二、系统的介绍
初始状态介绍, 系统启动后, 红灯L2灭, 绿灯L1亮, 表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭, 若料位传感器S1置为OFF (料斗中的物料不满) , 进料阀开启进料 (D4亮) 。当S1置为ON (料斗中的物料已满) , 则停止进料 (D4灭) 。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。
1. 装车控制
装车过程中, 当汽车开进装车位置时, 限位开关SQ1置为ON, 红灯信号灯到节能、调速的目的, 另外, 变频器还有很多的保护功能, 如过流、过压、过载保护等等。
监控界面组态要求组态界面具体动作要求:SB1、SB2:模拟按钮信号, 点击相关图形送PLC相关控制按钮信号。D4、D2:用阀门取代, 接受PLC相关信号改变背景颜色。M1、M2、M3、M4:接收PLC的4台电机运行信号, 分别点亮4个灯 (即背景颜色) , 若能让该圆圈有旋转动感更好。料斗:可用水箱或其他图形替代, 在D4开启时, 其中的料位动态上升, 当D2开启时, 其中的料位动态下降, 同时开启, 料位上升但较慢。当料位到一定值, 反馈给PLC一信号, 表示物料满, 也就是控制要求中的S1。卡车:开始停在最右方, 当允许开进进料时水平左移, 到M4下方 (检测坐标) 送PLC到位信号 (SQ1) , 装料时卡车上最好能动态显示物料高度上升, 到一定高度送PLC一信号 (SQ2) , 皮带:静止, 但在工作时, 其上最好有物料在移动, 在该物料的动作应该有向右和向下的动作。L1、L2:根据PLC信号亮灭。
PLC系统硬件配置利用实验室设备进行课题设计, 选用西门子S7——300PLC。
根据输入输出点类型及数量进行模块选择并配置系统。
四、具体动作要求
SB1、SB2:模拟按钮信号, 点击相关图形送PLC相关控制按钮信号。D4、D2:用阀门取代, 接受PLC相关信号改变的4台电机运行信号, 分别点亮4个灯 (即背景颜色) , 若能让该圆圈有旋转动感更好。料斗:可用水箱或其他图形替代, 在D4开启时, 其中的料位动态上升, 当D2开启时, 其中的料位动态下降, 同时开启, 料位上升但较慢。当料位到一定值, 反馈给PLC一信号, 表示物料满, 也就是控制要求中的S1。
卡车:开始停在最右方, 当允许开进进料时水平左移, 到M4下方 (检测坐标) 送PLC到位信号 (SQ1) , 装料时卡车上最好能动态显示物料高度上升, 到一定高度送PLC一信号 (SQ2) ,
皮带:静止, 但在工作时, 其上最好有物料在移动, 在该物料的动作应该有向右和向下的动作。L1、L2:根据PLC信号亮灭。
系统启动 (SB1) 后, 红灯L2灭, 绿灯L1亮, 表明允许汽车开进装料。当汽车开进装车位置时, 限位开关SQ1置为ON, 红灯信号灯L2亮, 绿灯L1灭;同时启动电机M4, 经过2S后, 再启动启动M3, 再经2S后启动M2, 再经过2S最后启动M1, 再经过2S后才打开出料阀 (D2亮) , 物料经料斗出料。按下停止按钮SB2, 自动配料装车的整个系统终止运行。即D4、D2、L1、L2、M1、M2、M3、M4全灭。
启动、停止按钮
设置启动、停止按钮的动作事件:按鼠标左键, 设置常数为1, 变量设置为start、stop释放鼠标左键, 设置常数为0, 变量设置为start、stop。设置L1、L2、M1、M2、M3、M4、D2、D4、SQ1、SQ2显示的动作事件:设置背景颜色直接连接, 事件名称为画面周期, 表达式/公式为‘M4’, 数据类型为布尔型, 为真时, 背景颜色为绿色, 为假时, 背景颜色为灰色。
参考文献
[1]吴中俊, 黄永红.《可编程序控制器原理及应用 (》第2版) .机械工业出版社, 2008
[2]段梅, 李新.《PLC在混料控制系统的应用》.清华大学出版社, 2005
[3]张本举.《自动配料系统的设计》
自动化配料系统 篇2
相对于房地产,城市基础建设、工业园区建设的大型商品混凝土生产设备,公路、桥梁建设现场往往是地处偏远,环境恶劣,人员素质较低,设备经常需要随着道路建设的延伸而不停迁移,所以要求设备性能稳定、操作简单、维护方便、移动容易、低成本、高性价比。
针对路桥建设市场的特定需求,本文介绍一种适用于现场的低成本混凝土自动配料控制系统的设计方案。该系统最大程度简化系统,不使用工控机、PLC等自动化设备,仅仅使用称量仪表、中间继电器等实现手动、半自动、全自动操作。操作简单,控制稳定,极大降低了对现场操作人员的文化要求,成本低廉,移动方便,很好地满足了路桥建设的需要。
一、方案说明
1.硬件结构
混凝土生产设备的关键是如何精确实现物料的储存、配料及计量。混凝土配方一般由砂、石等固体物料,水泥、煤灰、矿粉、膨胀剂粉状物料,以及水、添加剂等液态物料组成。在机械结构上,本设计分为骨料、粉料、液体等物料储存,配料、计量系统以及电气控制系统,其中控制系统有自动、半自动和手动三种操作方式。
(1)砂料储存、配料、计量系统。本设计砂料输送、储存及计量系统由配料机和集料斗组成,砂料储存在配料机储料仓内,配料机由骨料仓、计量秤及下部水平输送带的组成。骨料仓、计量秤一般有一至数个,水平输送带一般是一条。配料时,通过自动控制的气缸开门将储存在储料仓内的物料先后从各个储料仓底部的阀门卸入称量斗中进行骨料的称量配制。当物料全部配完时,系统自动打开各称量斗的卸料门,同时水平输送带起动,将配制好的骨料卸到水平皮带机上,通过水平皮带机和集料斗把砂石卸入搅拌主机内进行搅拌。
骨料计量系统特点:配料门可调,计量精度可达国家计量标准;料门防卡料设计,可靠性高;计量秤防坠、防风、减压保护设计,安全可靠。
(2)粉料输送、储存及计量系统。粉料储存、输送、称量装置主要由粉料储料仓、粉料称量装置组成。整个粉料斗通过秤斗座与传感器连接后,由称重仪表将传感器输出的模拟量电信号接收转换,并将之显示为实际的重量读数。启动粉料配料时,粉料储料仓内的粉料下落至对应的粉料秤内称量。当粉料达到预定值后,储料仓配料门自动关闭。
卸料时,通过自动控制的出口蝶阀开启,直接卸入主机拌筒内搅拌。卸完料后,出口蝶阀自动关闭,粉料秤立即进行下一循环的称量,充分利用搅拌时间,缩短周期、提高效率。
粉料计量系统特点:采用国际名牌高品质传感器;粉料秤机械振动/变形自动稳定设计,保证了计量精度的稳定性;通过国家CMC计量认证;传感器不平衡补偿功能。
(3)液体输送、储存及计量系统。液体输送、储存及计量系统主要由贮液仓、称量装置(水秤、添加剂秤)组成。启动液体配料时,对应的液体配料泵自动启动往液体称里面加料。为了保持液体称量的精度,在方案中采用了粗、精配的设计,比率可以调节,当液体称量达到了粗配目标值,配料泵自动停止,由精配电磁阀完成剩余量的称量;当称量达到调整配方值,精配阀业自动关闭,进入卸料的循环。
2. 电气控制系统
现场设备的操作人员往往是现场建设民工,大多文化程度不高,无法适应太过复杂的控制系统。而且路桥建设工程设备往往是露天作业,需要不停移动,使用环境恶劣。很多工程队建设完一条公路以后需要转移他处,设备迁移不便往往就地低价处理,所以大多客户要求设备简单稳定、价格低廉。本设计摈弃了工控机、PLC、触摸屏等无论是操作、使用环境要求还是价格都相对较高的设备,仅仅使用称量仪表和中间继电器实现控制,在满足客户使用、成本等要求的基础上,最大程度简化系统,受到中铁集团、怀化路桥等路桥建设单位的青睐。
(1)系统控制流程图(见图1)。
(2)控制系统的安全保护措施在主回路中都有相应的空气开关,以便在短路和过载时跳开主回路及时保护电机等外部设备;运用高精度电源模块,使仪表工作更加安全可靠,提高了称量准确度,并保护了仪表;控制系统带有失压保护功能;装有紧急停机开关,可随时切断电源,使系统立即停止工作;系统具有硬件逻辑互锁功能,确保生产安全,井然有序,避免各种意外事故的发生。
(3)控制系统的特点。预留系统升级接口,以方便用户根据需要升级成工控机+PLC控制系统;元器件采用国内外知名厂家产品,质优价廉,并提供无障碍配件供应;独特的提示功能,让客户实时掌握生产过程;特有的配料信号诊断功能,避免误投料。
(4)控制系统的防静电及避雷保护。仪表采用良好的接地防静电措施;控制回路设有气体放电管避雷器等避雷保护;基础施工时,用户可以与地方防雷所联系,设置防直击雷和感应雷保护措施。
本设计方案经中铁十二局、怀化路桥、青海路桥武广铁路项目部、韶赣铁路项目部、巴基斯坦、印度等国内外客户现场使用,性能稳定、操作简单、维护方便、价格低廉,适应现场中、小型工程建设特点,受到一致好评。
自动配料远程监控系统设计 篇3
关键词：配合饲料,远程监控,屏幕分格,霍夫曼压缩算法
0 引言
饲料加工中的配料工序是将不同品种的原料按照给定饲料配方的比例精确称量,然后送入混合机进行定时混合,形成各种配合饲料,其配料精度直接影响着饲料产品的质量。使用自动配料系统不仅能够保证称量精度,而且可以实现多批次、连续生产,既减轻了工人的劳动强度,又保证了产品的质量。随着我国工业自动化的发展及劳动成本的提高,自动配料系统在饲料工业的应用越来越广泛。目前我国饲料行业中自动配料系统主要有两大类:
1)PC机+数据采集卡+配料绞龙点动配料方式。这种方式主要由计算机、数据采集卡、外围继电器、接触器等外围电路组成;控制形式简单,随机误差较大,外围器件易损。尽管可以通过使用变频器来提高配料精度,减少外围器件的频繁动作,现场监控计算机或称上位机进行通信;但现场监控由于这种形式为集中式控制,整体可靠性没有很大改善,且网络通信能力不足[1]。
2)采用分布式控制集中式管理的形式,即PC机+PLC控制模式。上位机采用工业计算机管理,下位机采用PLC控制。它结合了计算机高性能的优势和PLC高可靠性的特点,有效避免了计算机集中控制的缺陷[2]。本设计针对此种方式,重点研究了其远程监控功能的实现,做到饲料配方的远程及时调整,为今后生产现场的无人值守提供技术保证。
1 系统的构成
自动配料远程监控系统结构图如图1所示。图1中现场监控服务器运行的监控程序通过串口将生产配方数据下传到PLC CPU226;PLC根据配方参数及下料顺序,控制变频器启动配料绞龙工作,配料绞龙将各原料仓内原料按序分别不断推入配比秤内。安装于配比秤上的称重传感器将质量信号经A/D模块转换为数字信号送给PLC,并与事先存储的饲料配方值不断地进行比较,直到配方所要求的质量为止。然后打开秤斗门,将称好的原料放入混合机,同时投入配方所要求其他精料,并启动定时,计算混合机内原料的混合时间。与此同时,上面配料过程继续进行。在预定的混合时间达到后,打开混合机门,将混合好的料放出,交给下道工序处理。
在整个生产过程中,由PLC控制现场所有设备。PLC通过自由口与现场监控服务器实时监控PLC的运行状况,并在线记录生产数据,提供报警、数据汇总查询、文档打印等。远程监控客户端通过局域网远程监控现场服务器,实现生产配方的远程调整以及生产过程的远程监控与管理。
2 PLC程序设计
根据生产工艺要求编写相应的PLC控制程序,控制现场设备并实现与上位机的通信。程序设计的难点是与上位机通信程序的实现。S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器,通过PC/PPI电缆实现RS-485与PC机上RS-232C的硬件连接。S7-200支持的自由口通信可由用户控制串行通讯接口,实现用户自定义的通讯协议。
计算机与PLC通信时,为了避免通信中的各方争用通信线,一般采用主从工作方式,只有主机才有权主动发送请求报文,从机收到请求报文后返回响应报文。具体实现方法有两种:采用发送指令(XMT)和接收字符中断事件进行主从式通信;采用发送指令(XMT)和接收指令(RCV)进行主从式通信[3]。
本设计中PLC采用发送指令(XMT)和接收字符中断进行主从式通信,PLC为主机,计算机为从机。PLC主程序首次扫描时,执行一次发送指令,目的是产生发送完成中断事件9,事件9的中断程序中分别启用字符接收中断事件8和定时中断事件10;在定时期间,PLC使用字符中断监视通信端口上的数据,若收到计算机传来的一个字符,会产生字符接收中断事件8,可以在连接的中断程序中处理此控制字符,此时要禁止中断事件8和中断事件10,以便中断处理程序不被打断。在较高的波特率下(38.4～115.2kbit/s)使用接收字符中断时,中断之间的时间间隔会非常短,如在38.4 kbit/s时为260ms,115.2 kbit/s时为86ms,这时应确保所编写的中断服务程序足够短,不会丢失字符。中断程序中还要执行发送指令才能回到事件9所连接的中断程序中;若在定时期间未收到计算机传来的字符,定时时间到后,会产生定时中断事件10,可在事件10的中断程序中执行发送指令并禁止中断事件8和中断事件10,实现PLC定时发送状态信息,发送完成后回到事件9的中断程序中,开始下一个循环。
服务器监控程序通过Visual C++.NET设计开发。通过使用MSComm控件实现与PLC通信。MSComm控件是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件,MSComm控件支持应用程序对串口的访问。首先在监控程序的主对话框中插入MSComm控件,然后右键单击MSComm控件,在弹出的菜单中选中添加变量便可方便地实现数据的收发。监控程序通过响应OnComm事件完成现场设备状态数据的实时采集;通过执行MSComm控件变量的成员函数put_Output( )实现配方数据的发送 。
3 现场服务器监控程序设计
Visual C++.NET是使用C++开发语言创建基于Microsoft Windows和.NET的应用程序、动态Web应用程序和XML Web服务的综合开发语言平台。系统的监控程序通过Visual C++.NET设计开发,监控程序包括两部分:现场服务器监控程序和远程客户端监控程序,需要分别设计。设计采用网络编程中最常用的客户端/服务器模型,这种模型是一种非对称式编程模式。该模式的基本思想是把集中在一起的应用划分成为功能不同的两个部分,分别在不同的计算机上运行,通过它们之间的分工合作来实现一个完整的功能。在这种模式中服务器程序用来响应并为客户提供固定的服务;客户端程序用来向服务器提出请求或要求某种服务。
本文选取了基于TCP/IP的客户端/服务器模型和面向连接的流式套接字。其通信原理为:服务器端和客户端都必须建立通信套接字,首先服务器端先进入监听状态,然后客户端套接字发出连接请求;服务器端收到请求后,创建另一个套接字与客户端通信,实时进行数据传输。现场服务器监控程序是基于微软基础类MFC(Microsoft Foundation Classes)的单文档框架,由于现场服务器监控程序需要和远程客户端监控程序进行实时信息传输,在使用MFC应用程序向导创建项目时,应在高级功能中选定使用“Windows 套接字”。在面向连接的流式通信模式下,MFC提供的CSocket类通常会与CArchive类结合,以串行化的方式发送和接收数据,使网络编程变得像读写文件一样简单[4]。本文设计的CSocket编程模型如图2所示。
现场服务器监控程序除了要响应远程客户端监控程序发来的控制命令外,还实现了以下功能:料仓数据的采集,趋势图的绘制,历史数据的管理和报警动画的实现等。服务器监控程序使用的MSComm控件支持应用程序对串口的访问。监控程序通过响应OnComm事件完成PLC监控数据的实时传输。现场服务器创建非模式对话框时,自动执行OnInitDialog( )初始化函数,完成MSComm控件的初始化,同时构造套接字,开启一个通信端口,并侦听远程客户端套接字的连接请求,如果连接成功,服务器将受控于客户端。串口数据的读取设置在主线程中实现,趋势图的绘制需要单独开启一个线程来完成,以达到数据接收与曲线绘制的同步。报警动画的实现也需要开启一个线程来实现。两个辅助线程都是通过响应定时器OnTimer()函数来创建的。其它功能的实现较为简单。现场服务器监控界面如图3所示。
4 远程客户端监控程序设计
为了能够远程实时监控现场设备的运行状况,需要在远程计算机上运行远程客户端监控程序。远程客户端监控程序利用局域网络可以实现对多个车间的现场服务器进行控制与管理,提供管理级监管的效率。常用的局域网络一般是基于TCP/IP协议的工业以太网,图2中CSocket类的使用使远程监控易于实现。远程客户端监控程序实现的功能包括:读取现场服务器的监控画面,读取服务器的历史数据,锁定服务器界面,解锁服务器界面,注销服务器,重启服务器,关机服务器等,为进一步实现现场无人值守奠定基础。不同监控命令通过给字符串变量赋不同的值相区别,服务器接收字符串变量后,根据不同的值来响应不同的功能。读取现场服务器监控画面的实现过程为:发送屏幕截图命令给服务器,服务器监控程序接收命令后利用嵌套类实现屏幕拷贝并将图片及时传输给客户端,客户端显示图片便可及时监控现场设备的运行情况。图片的实时传输是设计的难点,可采用以下两种方法实现:
1)服务器拷屏后保存的文件为位图(BMP)格式,通过CImage类另存为JPEG格式,文件的大小为10～200kB左右,通过网络传输的速度很快,传输并显示于客户端在1s以内,可以基本满足实时性的要求[5]。JPEG压缩标准对低频幅值的量化信息损失较小,对高频幅值的量化信息损失较大,所以当压缩比较高时,图像失真就较大。尽管不影响测温信息的显示,但色彩较差,不够美观。JPEG格式的图片文件一般大于10kB,如果直接传输往往会丢失数据。为了能够准确无误的发送较大的数据文件,采用的方法为:首先定义一个文件信息属性结构体(发送端和接收端都需要定义);然后先发送此结构体,再循环读文件,循环传送;接收端先接收文件结构体,再循环写文件,完成大文件的传输。
2)采用屏幕分格方法将截屏图像切分成网格,将更新的网格数据通过哈夫曼编码进行压缩后传输。服务器拷屏后保存的文件为位图(BMP)格式,位图为非压缩图片,不失真但文件较大,一般为2～6MB左右。对于大文件的网络传输系统会有一定延时,实验测试的延时时间为3～7s左右,达不到实时性的要求。故需要对位图进行无损压缩,然后传输压缩文件,再通过客户端解压缩后显示。但如果对整个位图进行无损压缩后传输,在客户端解压后显示,采用常用的哈夫曼编码进行压缩→传输→解压所需要的时间在1～5s之间,同样不能满足实时性的要求。哈夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种,常用于无损压缩。为了解决这个问题,在程序中采用了屏幕分格方法,将截屏后的图像划分网格,屏幕的刷新以网格为单元,然后与前次图像比较,相同的删除,不同的留下。对留下的网格进行压缩,将压缩后的图像进行传输;客户端接收到数据后,先对其解码,然后再将解码后的数据加到指定网格形成新图像,显示于视图中。在计算哈夫曼编码表时需要对原始图像数据扫描两遍:第一遍扫描要精确地统计出原始图像中每个灰度值出现的概率;第二遍是建立哈夫曼树并进行编码。此方法在第一次图像传输时需要传输整个位图文件,会有一定的延时;此后传输并显示的时间小于1s,图像显示无失真。远程客户端监控界面如图4所示。
5 结论
随着饲料厂自动化程度的不断提高,电气设备的安全运行对饲料生产显得尤为重要。本文所设计的基于PLC的自动配料远程监控系统着力实现饲料配方的远程及时调整,在不影响饲料质量的前提下,可 以积极应对各种原料上涨带来的成本问题。PLC的 使用,保证了设备的安全运行,良好的监控管理软件,便于及时排除故障,对饲料厂的生产发挥了积极作用。远程监控功能的实现为多车间无人值守、远程集中监控各种饲料机械的安全运行提供技术支持。该系统在河南华典饲料科技有限公司投运以来,运行效果良好,极大地改善了工作环境、降低了劳动强度,产品的质量和生产效益都有较大的提高。
参考文献
[1]杨友平.配合饲料生产线电气系统的改造[J].农机化研究,2005(5):234-236.
[2]徐毅峰.深化自动控制技术在保证饲料质量中的应用[J].粮食与食品工业,2004(4):41-44.
[3]陈建明,王亭岭,孙标,等.电气控制与PLC应用(2版)[M].北京:电子工业出版社,2010:280-281.
[4]何炜.Visual C++.NET2003程序设计[M].北京:冶金工业出版社,2004:247-261.
自动化配料系统 篇4
关键词：减量秤；膨润土；IndustrialIT
中图分类号：TF文献标识码：A文章编号：16723198（2007）11029201
1引言
宣钢炼铁厂四号竖炉于2005年8月建成投产，其自动控制选用了北京ABB公司的 IndustrialIT系统。在配料系统中，为了满足膨润土配加计量的要求，生产中要对其加料量及放料量进行自动控制，因此我们选用南京三埃的高精度减量秤作为控制膨润土计量的设备，实现了膨润土配加过程的自动化。
2系统构成及技术要求
该减量秤由料仓、称重斗、叶轮给料机、称重传感器、螺旋出料机、SA-201H系列配料控制器等设备组成（如下图）。
（１）料仓和称重斗除进料口和出料口外都是封闭的，进料口和出料口的输送管道采用柔性软管过渡（不能硬连接，否则影响称重精度），同时储料器外敷有保温材料、带轴承的限位拉杆、两块校秤用的焊接钣。
（２）叶轮给料机：与料仓相连接，通过叶轮电机控制叶轮旋转，可以通过手动、自动两种模式控制叶轮将物料下放到称重斗中。
（３）根据秤体的形状和现场环境，我们选用防潮、耐高温的STC-11型传感器，提高使用寿命，将系统自重和物料重量转换成mV电信号输出。此传感器最大称量的选择，根据公式Q=（W1+W2）*K/N经过计算，考虑适当余量，得到传感器的最大称重为1t。式中：
Q：单传感器的最大称量；
W1：被称容器的自重；
W2：被称物料的最大值；
N：传感器的个数；
K：安全系数，一般为1～1.5。
（４）螺旋出料机：电动机带动螺旋旋转推动物料前进，通过控制螺旋电机的转速控制下料量以达到设定值。
（５）控制精度：减量秤系统动态计量准确度≤0.5%；系统动态配料准确度≤0.5%；配料计量控制范围0.01～300t/h。
减量秤广泛的应用于各种减量控制方式的物料配料，例如烧结定量控制给料，煤粉定量控制给料等。
3工作原理
减量秤是根据称重斗中物料重量的减少速率来控制出料螺旋机转速，以达到定量给料的目的，当称料斗的物料到达称重下限时，出料螺旋机则按照当时的转速固定出料量，同时控制料仓里的物料快速下到称料斗中，当装料到称中上限时停止装料，快速装料可以缩短进料时间，提高称重的准确度和控制精度。通过各阶段物料量的定值控制，在生产过程中实现自动配料控制和一系列信号的采集、传递，达到加料的准确控制。
当空秤时，放料阀门关闭，膨润土通过输送管进入储料罐中，计算机显示出秤中的膨润土的总量。当秤量大于料位上限设定值时，供料继电器断开，供料阀门关闭。
当需要配料时，操作人员用鼠标按下“启动” 键进行控制，启动信号输出，继电器接通，阀门打开，进行放料。
当秤量值大于设定值时，继电器断开，阀门关闭，停止放料，待秤稳定后，显示放料值。
实际重量小于料位下限设定值时，又开始加料。
当第二次放料，重复以上步骤。
4系统的控制
系统主要通过两种方式进行控制，一种是由仪表面板设定来控制配料；另一种是由上级计算机控制配料。从现场考虑，我们选用第二种方式进行控制:采用RS-485标准通讯接口与上位计算机连接，通过IndustrialIT控制系统和DigiVis 软件，运用FBD模块编写程序对出料、进料全过程进行监控(如下图)。可显示瞬时量、累积量（班、日、月累积值）和输出量；上料、下料趋势；输出PID控制信号和瞬时流量电流信号；20余种工作状态及错误状态指示；具有手动、自动控制功能等。
5维护、保养及故障处理
（１）在实际运行中要保持减量秤的精度和稳定性，在很大程度上取决于使用、维护和保养。坚持每天巡检，对电子设备清扫灰尘，保证触电清洁及绝缘可靠，对阀门、限位等部件定期加油，定期对传感器进行检查，测量桥路电阻和空秤时的输出电压，定期用标准砝码对减量秤进行校准。
（２）当发生故障时，首先判断是称量失准方面的故障还是自动控制方面的故障，根据发生故障的原因予以排除。在称量方面，先检查秤体限位是否被异物卡死，造成称量失准，如这种情况被排除则应检测传感器，找出性能不合格的传感器，并更换；在控制执行方面，首先检查放大器是否有信号输出，该信号是否准确，若输出信号没问题，再检查变频器是否正常。
（３）秤体需电焊作业时，要注意电焊机不能和计算机共电源，也不能使用计算机地线，电焊时要断开信号电源与计算机的连接，电焊机的地线必须设置在被焊部位附近，并牢固连接在秤体上，切不可使传感器与电焊机地线形成回路。
6使用效果
自2005年10月中旬四号竖炉配料系统投产至今，设备使用状况良好，为膨润土下料量的控制提供了准确计量数据，效果显著：
（１）该秤具有很高的稳定性，故障率低，使用维护方便，延长了传感器的寿命，每年可节约设备费1万余元。
（２）该秤操作人员能通过计算机近距离控制设备，降低了劳动强度，提高配料速度，大幅度提升生产能力。
7结论
自动化配料系统 篇5
1 系统问题
熟料、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣和混合渣经定量给料机计量后进入磨机。其中熟料秤是由螺旋给料机和定量给料机组成的带预给料系统，其他均为不带预给料的定量给料机。
定量给料机根据皮带上物料的多少来调节速度的快慢，以保证反馈值和设定值一致。它由开停机信号和喂料量设定值共同来控制，2种信号缺一不可。这就意味着即使有开机信号，喂料量设定值为0，定量给料机也不会运转。
干法车间采用的DCS系统是ABB的AC400系列，使用的编程语言是ABB Master Programming Language(简称AMPL)，是一种面向过程的高级图形符号语言。
混合渣、矿渣和脱硫石膏由于进厂时间和批次不同，含水量变化很大，存储后，很容易发生黏壁和棚料现象，严重时需要专门清库，甚至需要“放炮”来解决，此时需配备专门的捅料人员在现场守候。喂料过程中的缺料、断料，造成水泥产量不稳定，质量波动大。针对这样的状况，需要从管理和技术上来找出解决办法，将缺料或者断料产生的影响降到最低。
2 解决方案
2.1 方案确定
我们决定利用现有的DCS系统，借鉴令牌控制原理，将其用于配料系统的控制中，制作一套自动控制配料程序。
令牌法又称为许可证法，一种用于网络管理的技术。其通俗化的基本原理是：当一个系统中有多个对象时，只有获得令牌的对象才有权发送数据，其他对象只能接受或者等待。在任意时刻只能有一个对象获得令牌。
这套方案有以下4大优点：
1)成本低。由于是利用现有的DCS系统进行开发，不需要购买任何现场设备和计算机及相关模块。
2)时间短。省去设备选型、采购和安装的时间。
3)灵活性强。程序是根据车间的实际情况自己来编制，如在生产中工艺或者设备发生变化，可随时根据需要进行改动。
4)可靠性高。程序基于强大的DCS控制系统，可靠性和稳定性高。
2.2 方案内容
2.2.1 基本原理
基于令牌原理的控制框图见图1。根据此控制框图，使用AMPL语言编制控制程序(略)。
2.2.2 缺料程序
我们将缺料报警值设为20%(此值可以调整)，即当跟踪值低于设定值的80%时，计算机系统发出特别的报警声，提醒中控操作员，操作员立即电话通知现场人员检查。由于现场人员接到电话，到现场进行检查、处理需要一定时间，以及程序控制的需要，我们设置一个缺料超20%的延时时间T(此值可以调整，一般设定为3min)，程序转入缺料子程序，缺料令牌处于等待状态。程序根据每种物料的跟踪值/设定值，得到一组数值(正常情况下，其数值都是一个在1左右波动的值，在缺料或者断料时，值小于1)。此组数据之间相互进行比较，值最小的必然是缺料最多的，这样程序就找到了缺料最多的物料。缺料最多就意味着得到程序的控制令牌，拥有改变其他设定值的权限。我们根据此物料当前的跟踪值(I)和配比(R%)，计算出当前可以满足配比的总产量(Z):
再依据这个总产量(Z)和其他物料各自的配比(Rx%)，计算出其他各物料的设定值(Px):
将其发送至皮带秤，那么将其他物料按此值喂料。缺料最多的物料的设定值保持原值不变，一旦其反馈值恢复到设定值的80%以上，此物料的令牌被取消，令牌回到等待状态，其他物料的设定值则不延时立即按原设定值恢复。如果此物料再次缺料且延时T，可再次得到令牌。其他物料同理。
延时时间T需要根据现场的实际情况来更改，它在程序控制中还能起到以下作用：
1)如缺料最多的物料虽然增加了，但没有恢复到设定值的80%，在没有延时T的情况下，当瞬时值大幅变化时，如果其他物料也随时跟着大幅波动，就会造成整个系统的设定值不停地变化，严重时形成剧烈的震荡，这会对系统的工艺状况、质量控制和设备安全带来严重的后果。所以我们设置在没有恢复到设定值的80%前，要经过延时时间T，才能改变其他物料的设定值。
2)如果多种物料同时缺料且都大幅波动，没有延时T，就会形成控制“竞争”现象，令牌不停地在各种物料之间转来转去，造成控制混乱。具体现象是：虽然程序经过计算找出缺料最多的一种，它获得令牌，并作为当前值来确定其他物料的下料量，但如果下一个时刻另一种物料缺最多，它就会抢过令牌进行控制，这样在多种物料同时缺料且大幅波动的情况下，令牌被不停地抢来抢去，造成整个系统极度混乱，无法控制，因此这种状态是不允许的。办法就是经过延时T处理，也就是缺料后并不是立即处理，只有在达到T时间后，才有资格争夺令牌并可能取得控制权。
2.2.3 断料程序
当有物料发生断料时，立即得到断料令牌，系统首先发出不同于缺料的报警声，提醒中控操作员通知现场人员进行处理，经过延时T1(此值可以调整)后，程序则将其他所有配料秤设定值置0，但不停秤，这样秤就处于运行但不下料的状态(使得其一旦设定值恢复，则秤立即自动下料，无需人工干预);而断料秤也不停，但设定值不变，只要其一旦恢复正常下料，则系统全部自动跟随恢复。如果部分恢复，则恢复其他物料设定值并进入缺料程序。如果超过规定时间还是无法下料，中控操作员按照规定进行停磨处理。
根据令牌的唯一性，两种或两种以上的物料都断料时，一种物料得到断料令牌，其他物料是不可能进行抢夺的。根据令牌的级别限制，如果一种物料得到断料令牌，其他物料即使得到缺料令牌，也不会被程序处理。
3 实施效果
2012年6月和7月份干法线4号水泥磨使用该系统前后的数据对比见表1。
根据使用该系统前后两个阶段的数据分析可以看出，加入此配料系统后标准偏差下降，各物料的下料波动得到了一定的控制，对水泥质量的影响也有所降低，水泥的稳定性和均匀性得到改善。
4 出现的问题和我们的经验
在生产过程中也发现一些问题，如延时时间T的确定。为了方便操作和临时处理故障，需增加自动和手动方式开关;需要对操作员进行培训，改变以往的操作习惯等。
试验中，在缺料不频繁时，因为对质量影响不大，我们将延时T设为5min，程序启动次数少;缺料频繁时，延时T设为3min或者更短，快速启动程序，保证按照配比喂料，以降低质量的波动。
由于增加了这套程序，需要对操作员进行一定的培训，讲解程序的工作原理和操作方法及对报警声音的辨别。当发生缺料时，积极与处理故障的现场人员联系，对缺料原因进行分析，判断未来可能缺料的趋势，合理地设置延时T，改变过去对缺料置之不理或者随意增减产量的操作习惯。
5 结论
1) 基于令牌原理的DCS自动配料系统和普通配料系统相同之处：都是预先按照质检部门给定的配料比例输入一个比例系数，再根据工艺和设备状况设定一个总产量，由这2个参数计算出每种物料的设定值，并发送到皮带秤，皮带秤对被称重物料进行计量，满足稳定、精确的喂料。
自动化配料系统 篇6
随着烧结厂配料系统自动化程度的逐步提高, 工业对配料的要求也越来越严格, 如果配料系统异常, 会造成烧结矿矾矿率增加结矿率低, 同时导致烧结矿消耗燃料上升、烧结矿应有成分波动较大、过烧、氧化等众多问题。因此, 完善烧结配料系统对提高工厂的技术经济指标至关重要。2006年6月1日, 安钢360m2烧结机一次试车投运成功, 并正常运行到现在。
1 安钢360m2烧结机配料系统概况
配料系统主要功能是将煤粉、精矿、生石灰、镁粉和一定数量的返矿和除尘灰等不同的原料品种按照一定的比例均衡地混配在一起, 形成一种成分均一的物料。该系统包括11台自动给料系统, 1—5#采用小皮带机拖料方式直接从旋转的圆盘拖动给料, 通过调整电子皮带秤的转速和圆盘的转速来控制给料量;6#、7#, 可调速的卸灰阀上面连接生石灰物料仓, 下面连接智能电子螺旋秤, 通过调整卸灰阀的实际转速来控制生石灰的料量大小;8—10#通过圆盘给料机下面的电子皮带秤缓缓拖料来完成返矿的配料过程;为了保证瞬时总量实时准确地显示在监控室内, 特别安装了11#电子计量皮带秤。
2 系统组成
自动配料系统主要由南京三埃电子皮带秤、智能电子螺旋秤、Modicon TSX Premium称重模块、高速计数模块Modicon TSX CTY41、Quantum PLC、施耐德变频器、系统软件CONCEPT2.6、组态软件IFIX3.5 以及上位机等组成。 配料系统控制模式如图1 所示。
电子皮带秤的信号输入到Modicon TSX Premium称重模块, 经程序控制实现自动调零、调间隔、挂码标定、静态标定、电流输出及通信功能。电子皮带秤机械上设有跑偏装置, 确保皮带机长期运行在良好状态。支点采用无运动摩擦橡胶耳轴支撑, 线形度好, 寿命长, 防水、防尘、防腐性强, 环境适应性强。传感器采用双层充氮密封, 稳定性好, 不易损坏。
采用国内比较先进的电感式接近开关来检测皮带的瞬时运行速度, 这种传感器具有检测可靠、运行平稳、维修量小等特点。 电感式接线开关主要由三部分组成:振荡器、触发电路、开关输出装置。 其供电电源为24VDC。
3 通信网络结构
该系统点多 (约3000 点) 、面广、数据通信距离长 (最远距离1200m左右) , 通信网络采用三层结构:现场控制级、环网传输级、管理级。
3.1 现场控制级
根据PLC站点与对应的电气设备就近配置的原则, 系统共设7个PLC站点:配料站 (配料电气室) 、烧结站 (主电气楼) 、电控站、仪控站、成品站 (成品电气室) 、配料称重站、烧结称重站。各主站与对应分站的连接采用RIO (远程I/O) 、DIO (分布I/O) 技术。系统各站点间的连接采用工业以态网TCP/IP通信协议, 在物理上采用双缆冗余光缆结构, 保证数据传输的可靠性, 网络速度达1.544Mbps。在每个主站都配置了以太网接口, 作为连接现场级设备和管理设备的桥梁, 一方面, 它将现场各种设备的汇总信号上传到管理网络;另一方面, 它将管理级向下发送的各种命令, 及时准确地传送到相应的工作岗位。
3.2 环网传输级
环网传输级采用双环网技术, 光纤从第一台交换机出发, 最后返回第一台交换机在网络路径上形成闭合, 网络传输速度为100Mbps。正常时, 网络数据逆时针传输, 当网络由于某种原因发生故障, 环网自动断裂, 形成线性网络, 依然能够保证网络的所有特性, 不影响任何工作, 直到网络修复。采用10个网络交换机, 组成双环网, 使系统更加稳定、可靠。交换机可以直接与管理级网络相连。人机接口与PLC及PLC之间联成光纤 (多模) 双环网, 烧结系统的工艺参数设定值和对电气设备的操作命令从人机接口传送到各PLC, 各设备的状态和工艺、电气参数及故障信息由PLC收集送到人机接口由CRT显示。
3.3 管理级
监控系统 (操作站和工程师站) 集中设置在电气楼中央控制室。上位机通过上位监视画面 (HMI) 实现对全厂生产的监控。一幅生产画面由标题区、设备区和控制区三部分组成。标题区指示画面所停留的系统;设备区反映该系统设备的状态;控制区则实现对该系统设备的流程选择及操作。工程师站配备两台上位机, 可对监控画面进行管理和修改, 也可对下位程序进行编辑、改动、上传和下载。
4 设备选型
4.1 PLC
由于Modicon公司的Quantum系列PLC支持Modbus、Modbus plus、远程I/O、Ethernet、Interbus、LonWorks等多种网络连接, 且其CPU模块上一般都集成了Modbus和MB+两个通信端口, 故选用该系列PLC (可节省一通信模块) 。另外, 为该系列PLC设计的称重模块具有较强的功能, 比如, 该模块上集成了RS-485串口, 可直接与称重传感器进行串行通信, 保证了信号的传输精度, 提高了可靠性;该模块还集成了PID调节器, 可直接进行物料给定的闭环运算, 并通过底板并行总线与CPU模块交换数据。
4.2 变频器
施耐德变频器ATV58系列提供了3种通信功能:集成在本机上的Modbus协议接口 (一般用于连接操作面板) ;通过附加通信卡实现的高速通信接口 (如FIFO、Modbus plus、Interbus-s、AS-I、Profibus等) ;通过附加通信卡实现的低速通信接口 (如Uni-Telay、Modbus等) 。设计中, 选用Modbus plus通信卡VW3-A58302。
4.3 上位机
采用研华工控机, 并安装运行Windows NT下的FIX实时监控组态软件作为监控、 数据采集及数据管理软件系统的开发平台。 该计算机通过MB+网络适配器SA85 与MB+网络通信。
4.4 其它网络设备组件
其它网络设备组件包括MB+站分支电缆 (9 针D型节点电缆) 、MB+分支器 (干缆分支器) 、MB+网线电缆、中继器 (RR85) 、Modicon Ethernet to Modbus plus网桥等。 上位机、PLC、变频器的网络地址均需在硬件上设置, 而且每一站点的地址是唯一的。 上位机的网络地址通过插在上位机扩展槽中的SA85 网络适配器来设置;PLC的网络地址通过CPU模块后的2 个旋转开关来设置; 变频器的网络地址通过插在变频器上的Modbus plus通信卡 (VW3-A58302) 的拨码开关进行设置。
5 ISP集成称重模块
一个回路的称重模块主要包括专用称重模块ISXISP Y100、称重显示单元TSX XBT H100, 并配置过程控制程序、接线盒等。称重模块提供如下功能:校验、零点预置、自动去皮、零点跟踪、暂态测量等。
6 软件配置
上位监控软件采用IFIX 3.5 , 监控画面主要包括:
(1) 电控画面。在该画面中, 通过编程实现动态模拟显示整个360㎡烧结机系统的工艺流程。在画面上, 操作人员不但可以监控整个360㎡烧结机系统各设备的运行情况, 还可以按照生产需要选取不同的料线生产。当设备出现故障时, 还可以弹出报警画面, 引起操作人员的注意。
(2) 仪控画面。该画面可显示整个360㎡烧结机系统的工艺参数。另外, 还设计了配料配比画面, 供操作人员进行配比参数设定, 以及历史趋势画面, 便于操作人员寻找最佳控制方法。
7 结语
目前该系统运行状况良好, 不仅提高了烧结的自动化水平, 降低了维修工、操作工的劳动强度, 而且减少了返矿率。
摘要：介绍安钢360㎡烧结机自动配料系统的主要组成、网络结构、设备选型以及软件配置等。
关键词：烧结配料,配料皮带秤,累计料流量,瞬时料流量,软件
参考文献
[1]宋强.基于Modicon称重模块的自动配料系统[J].机电工程技术, 2008
[2]宋强.Modicon PLC在安钢烧结自动配料系统的应用[J].电气应用, 2008
[3]宋强.莫迪康称重模块在烧结厂自动配料系统中的应用[J].河南冶金, 2006
自动化配料系统 篇7
随着科学技术的不断发展, 自动配料系统 (也称电子皮带秤) 已广泛应用于工农业生产和社会生活的各个领域[1]。在很多生产工艺过程中, 人们除了要求衡器能准确地进行称量, 满足产品质量的需要外, 还要求称重过程能大幅度提高生产效率[2,3]。水泥是由石灰石和矿渣等材料按一定的配比混合煅烧而来, 对散料在皮带输送过程中常需要进行动态连续称量, 而且还要对输送中的流量进行调节、控制和达到准确的配比。配料的精确度直接关系着水泥的质量。如果配料的精确度达不到要求, 轻则造成原料、能源的浪费, 重则影响产品的质量和生产率, 并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。自动配料系统是实现生产过程自动化和智能化、企业的科学管理、安全稳定生产和节能降耗的重要技术手段[4]。
本文基于PLC设计了一种智能水泥自动配料系统, 计量精度高, 操作方便, 对于实现真正的工业自动化, 具有重要的意义。
1 水泥自动配料系统架构设计
1.1 基本机械结构
自动配料系统是自动衡器, 是物料在输送过程中连续自动地完成称重任务, 并且要自动完成累计, 具有连续和自动称重的特点。在称重过程中所得到的称重值, 就是一段时间内物料的流量累计量。这不仅和皮带上输送的物料重量有关, 还和皮带运行的速度有关。所以, 在采集皮带上物料重量的同时, 必须采集皮带运行的速度, 并把这两个值送到控制器进行乘积和积分运算, 运算的结果即为此时配料系统的配料速度和已经配料的累计值。其机械结构如图1所示。
1.2 控制结构
本文所设计的自动配料系统的控制结构如图2所示。在系统运行的状态下, 自动配料系统利用称重传感器和测速传感器把皮带上通过的物料重量与皮带速度转换成电信号, 转换得到的两组信号通过现场按钮盒, 通过A/D转换输送给主控制器进行计算、调节, 输出一个合适的控制值, 经过D/A转换后传给变频器, 控制电机的运转。在此过程中系统的给定值, 也就是自动配料系统每小时所需要配料的吨数, 可以是通过控制系统的键盘本地输入, 也可以是由DCS远程给定的。称重累计结果送给显示器并同时由DCS进行上传。
1) 控制器
由于本文所设计的自动配料系统应用的工业现场环境比较恶劣, 潮湿、灰尘等干扰因素比较多, 所以对控制器的抗干扰性能以及稳定性有很高的要求。PLC是专为工业控制而设计的, 可靠性好、抗干扰能力强是它的最重要特点之一。综合自动配料系统的控制要求, 本设计选用西门子的S7200PLC作为控制器。
2) 压力传感器
压力传感器是自动配料系统检测物料重量的部件, 它的性能指标很大程度上决定了自动配料系统的测量精度和运行稳定性。本设计采用德国HBM的波纹管电阻应变式传感器, 其原理如图3所示, 图中R4为应变电阻, A, B两点接入输入电压, 通常为10V左右, C, D间为信号输出电压, 其范围在0m V~10m V。工作原理如下:当应变电阻R4受力后, 将引起R4发生形变, 从而使R4的阻值发生变化, 受力越大形变的程度也就越大, 阻值变化也就越大, 并且阻值的变化大小和受力的大小成正比例关系。R4的阻值变化后, R4承受的电压值随之发生变化, 如果将B点设为参考电位点, 在受压前后D点相对B点的压差就产生了变化。而C点的电压没有变化, 结果就是引起C点和D点之间有了一定的电压。
3) 测速传感器
皮带速度检测的准确程度直接影响到配料系统的准确度。本设计采用磁电式测速传感器。在电机转动过程中, 带动从动轮转动, 从而带动了和从动轮同轴的测速齿轮的转动, 当测速传感器接近测速齿轮时输出脉冲信号。
电机速度越高, 测速齿轮旋转越快, 测速传感器输出脉冲频率也就越高, 单位时间内脉冲个数也越多。通过计算单位时间内收到的脉冲数, 算出从动轮的转速, 也就可以计算出皮带的线速度。
4) 键盘、显示器
TD400C是S7-200文本显示设备, 为背光液晶显示, 分辨率为192×64, 具有2行 (大字体) 或4行 (小字体) 显示功能, 使操作员或用户能够与应用程序进行交换, 可以查看、监视和更改应用程序固有的过程变量。在TD400C上自定义了16个功能按键, 实现了开机、关机、运行、停止等智能化功能。
5) 变频器
采用模拟电路控制滑差调速电机方式具有价格低廉等优势, 但是在低速时滑差电机调速方式特性差、效率低, 且现场外部工作环境恶劣, 粉尘多, 易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象, 维修、维护麻烦, 造成工作故障多, 影响正常生产[5]。本设计采用富士P11S系列变频器对电机进行无级变速, 可提高配料精度和稳定性, 减少系统故障。
2 控制策略
目前的自动配料系统多通过固定时间间隔对物料重量和皮带速度采样, 然后把采得的数据进行运算处理, 即对皮带上物料重量的检测是通过检测一段时间内有效称量段上的物料重量, 对这段皮带上物料的重量进行平均, 所得到的结果作为单位长度上物料的重量。
这种方法在下料平稳的情况下, 检测到物料的重量值基本符合实际值, 但在实际过程中, 往往会出现下料不稳的情况, 尤其在物料潮湿发粘的情况下, 还经常会出现一会有料一会没料的情况, 在这种情况下, 对皮带上的物料进行平均运算, 结果与实际值相差很大, 影响系统的精度。
本设计不通过固定的时间间隔来对系统采样, 而是皮带运行固定一段距离来对系统的物料重量采样一次, 压力传感器检测的是皮带上某段物料的重量, 把这段长度作为系统的固定采样长度, 消除因将物料进行平均而带来的误差。改进后的配料系统控制算法如下:
1) 累积量的计算方法:
式中:
X (n) 为系统第n次采样时配料累积值;
M (n) 为系统第n次采样时有效称量段上物料重量。
2) 第n次采样时瞬时流量的计算方法:
式中:
P (t) 为系统显示的瞬时流量值;
V (t) 为皮带的瞬时速度;
L为有效称量段长度。
3) 流量控制方法:
式中:
S (t) 为配料系统在t时间每小时配料量;
F为系统设定的每小时配料量;
x为配料系统运行时间, 整小时数加一;
x'为x减去系统已经运行的整小时数。
4) 控制皮带速度的计算方法:
式中Vi (t) 为皮带单位时间应该运行的长度。
3 系统软件设计
3.1 主程序
主程序分为初始化程序、信号采集、判断运行模式以及模拟量输出, 流程如图4所示, 其中自动调节程序是配料系统计量的核心, 通过读取系统设定流量以及瞬时的荷重值和速度值, 输出合适的电流来控制变频器驱动电机, 实现控制皮带加快或减慢。
3.2 累积量计算程序
本设计中对累积量的计算通过记录采样时有效称量段上物料的重量, 等待皮带运行的长度等于有效称量段的长度后, 累积量增加n (Kg) , 如此循环进行, 程序流程图如图5所示。
3.3 电机速度调节程序
电机的速度是由系统设定流量、传感器的即时荷重、系统的运行时间、系统的累积量共同决定的, 流程图如图6所示。
4 结论
本文设计了一种智能化水泥自动化配料系统, 具有操作方便、配料精度高、称量速度快等优点, 能够克服现场运行环境恶劣、干扰因素众多的现状, 有效地提高了系统的控制准确度和可靠性, 解决了以往皮带秤配料系统存在的系统误差较大、动态特性不理想的问题。
本系统应用于安徽某水泥厂, 能够按照用户要求自动完成下料、称量、配料全过程, 很大程度地降低了劳动强度, 提高了生产效率和产品质量, 对于提高水泥的质量有着十分重要的意义。
摘要：针对水泥制造业应用环境恶劣、干扰因素比较多的现状, 本文设计了一种智能自动配料系统。该系统由S7200型号PLC作为测量和控制的核心, TD400C作为人机接口单元, 采用FS11系列变频器用来控制配料系统的电机速度, 波纹管电阻应变式压力传感器作为称重元件, 磁电式速度传感器作为测速元件, 采用固定取样长度并进行累加称重的控制策略, 能够实现水泥生产过程中的在线动态称重, 有效地增强了系统的抗干扰能力, 解决了下料不稳定时带来的误差, 提高了配料精度。
关键词：自动配料系统,PLC,变频器,配料速度
参考文献
[1]方原柏.电子皮带秤的现状和发展动向[J].衡器, 2006, 35 (6) :3-8.
[2]王祖麟, 周立成.基于PLC模糊控制自动配料系统研究, 砖瓦, 2011, (4) :20-21.
[3]潘笑, 李琦, 文剑波.新型高精度电子皮带秤的研制[J].华东电力, 2007, 19 (10) :35-37.
[4]韩仁生.自动配料控制系统设计及给料过程控制方法研究[D].沈阳:东北大学, 2009.
自动化配料系统 篇8
1.1 系统作用
称重配料是配料方式中的一种类型, 主要用于石油、化工、食品等方面, 在日常生产生活中有着广泛的应用。其主要原理是依据原材料的重量根据一定的比例进行搭配, 用这种方式进行原材料搭配的过程叫做称重配料。称重配料根据具体生产工艺和要求可以分为多种, 比如单一物料、多种物料及累减配料等方式。
1.2 配料系统的特点
由于配料系统是将原材料称重后在进行配比, 因此容易造成配料现场出现较大的粉尘, 对环境有一定的破坏作用。再者各个配方比例有时对于精确度的要求比较高, 如果自动配料系统出现系统故障, 容易造成较大的配比误差。再者自动配料系统对于系统的配料速度和精度有较高的要求。
1.3 自动配料系统的组成
自动配料系统是一种能够对原材料施工配料工序进行全程自动化处理的技术, 通常由五部分组成。第一部分就是其给料部分, 给料部分是从料仓中取料的部件, 给料部分必须能够根据原材料的不同特性来选择不同的给料设备, 现阶段主要的给料设备有电磁振动、单速及螺旋给料机。自动配料系统第二个组成部分则是称重部分, 一般情况下称重部分都是由传感器及标准连接杆组成。连接盒和称量斗能够对物料的称量及误差的测量。再者就是排料设备, 所谓的排料设备可以是称重设备也可以是排放设备, 一般是由给料机和排空阀门组成。自动配料系统中比较重要的部件就是控制系统, 控制系统是由称量仪表、上位控制及其他控制部分组成, 控制系统与校称系统共同组成自动配料系统的精度控制部件。
2 配料方式的分类
2.1 恒速配料方式
恒速配料方式是应为最为普遍的配料方式, 通常是多台相同的配料设备共同组成一个配料系统。配料皮带中配有能够称量出物料重量的秤, 能够同计量皮带一样检测中物料的重量, 与此同时将重量信号传递给圆盘的转速, 给料转盘转动的速度越快, 则物料传输量就越多, 反之就越少。恒速传递方式就是指配料皮带是恒速转动的。速度是人工调节或者是机器设备自带的运行速度。
2.2 调速配料方式
调速配料方式不同与恒速配料方式的唯一地方就是去掉了给料设备, 调速配料方式中的配料秤不单单处理检测物料流量和运送物料的工作, 还要处理将物料从料仓中运出来的工作, 也就是恒速配料方式中的给料工作。调速配料方式的原理基本上同恒速配料方式相同, 区别就在于配料秤的工作内容和工作方式。调速配料方式有效的改变了恒速配料方式无法实现的调速功能, 能够根据实际生产情况调节生产速度, 更加便于生产工作的完成效率。
2.3 双速配料方式
所谓的双速配料方式就是指将上述两种配料方式统一在一起, 成为一套双速配料设备, 双速配料设备的特点就是精度高, 但也有着明显的缺点就是结构复杂, 前期制造成本较大。因其结构复杂, 对于操作人员的技术水平要求较高, 因此推广起来有一定的难度。对于配料方式的选择要根据实际生产需要, 结合自身的经济水平和专业技能, 选择合适的配料方式才能有效提高生产效率。
3 调速电机的调速方式
3.1 直流电机调速
直流电机通常由可控硅供电设备驱动。可控硅供电设备接收来自D/A转换器的输出的一个模拟电流信号。该模拟信号幅值的大小能够改变可控硅整流器导通角, 在这种情况下会使得直流电机的电压幅值发生改变, 从而直流电机的转速也会做出到相应的改变。每件事物的存在都有利和弊, 同样直流电机调理方式既有优点也有缺点, 优点是直流电机的调速性能好, 缺点是要有功率比较大的可控硅整流设备, 这样成本会提高许多。
3.2 电磁调速
电磁调速采取交流恒转矩调速方式, 由可控硅进行控制从而实现均匀无极调速。电磁调速电动机的组成部分是三相异步电动机, 测速发电机, 电磁转差离合器。电气控制装置。电磁调速电动机在低速阶段调速精度不高。因此, 通常在精度要求高的情况下不采取这种方法
3.3 变频调速
变频调速是这些年来国内发展很快的一种新颖的调速方式。前面已经介绍了它的发展历程和优越性。交流电动机在变频器的调速控制下有着许多优点, 例如, 节能, 这种方式很容易控制对现有的电动机的调速, 从而实现大面积的高效连续的调速控制, 电动机的正反转的切换也变得十分简单, 进而进行高频率的起停转运, 实现电气制动, 实现一台变频器对多台电动机的调速控制, 电源功率的因数较大, 所需要的电源容量较小, 这些可以组成高性能的控制系统。变频器进行调速控制时, 只要改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序就能够实现对输出进行换相, 电动机的正反转的切换就不需要专门设置正反转的切换装置。变频器调速控制的最重要的优点之一就是高速驱动, 在变频器调速控制系统之中, 变频器和电动机两者是可以分离设置的。因此, 在各种不同的异步电动机组合下, 便可以得到运用于各种工作环境下的交流调速系统。
4 控制中枢
称重配料自动控制系统的控制中枢基本上都采用PLC技术, PLC技术是基于计算机发展成果而研发出来的。在国际上的定义是可编程控制器, 属于数字信息技术的范畴。通过可编程序来实现对于逻辑的处理和输出。PLC主要包括中央处理器和显示模板等几个部分, 其中中央处理器是PLC的核心, 通常情况下每个PLC都会配备一个中央处理器, 中央处理器能够按照系统程序来实现用户需求的表达。中央处理器的主要性能表现在其运行速度和内存容量大小, 这也决定着PLC的运行速度, 进而影响着称重配料自动控制系统的工作效率。
PLC的软件部分主要是其管理程序, 也就是用户信息处理的部分。PLC的软件部分是控制其何时输入数据, 何时输出数据, 采用何种方式进行计算等一系列运算过程, 再者就是管理系统的存储空间, 现代比较先进的就是配备了自动检测装置, 用户数据的读取就是应用程序的工作内容。输入不同的程序就会改变PLC的不同用途, 也就是可编程的意思。
5 总结语
随着生产生活对于物质的需求量不断增大, 国内制造加工行业规模的不断扩大, 对于称重配料自动控制系统的依赖性越来越高, 称重配料系统在日常生产活动中的应用越来越广泛, 目前国内称重配料自动控制系统发展态势良好, 已经基本能够满足现阶段的企业生产需求, 但是随着国内生产水平的不断提高, 还需要不断创新现有的称重配料自动控制系统, 要注意结合日益发达的计算机信息技术, 将自动控制系统向着更加专业化智能化的角度发展, 进一步提高企业生产效率和水平。
参考文献
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[3]廖常初.可编程序控制器基础及应用.北京机械工业出版社.2007.6
自动化配料系统 篇9
关键词：烧结配料,PID调节,恒流控制
1 概述
烧结的自动配料采用PLC控制技术, 其核心控制是“配料秤-二次仪表-PLC-变频器”形成闭环控制, 通过变频器调节宽带给料机、螺旋给料机来调节料流量, 以达到设定的配比, 完成配料功能。变频器和PLC的通信方式以及配料秤自身的稳定程度是影响配料精度和稳定性的制约环节。但在现场应用中发现配料秤由于现场环境和其他干扰因素的影响不可避免的会出现信号瞬间大幅度抖动而造成下料在短时间不稳的情况, 针对这种情况必须在控制上进行完善优化, 尽可能的滤除这种干扰信号, 确保下料稳定, 毕竟外部的影响很难根本解决。
2恒流控制模型
要确保烧结配料成分的稳定, 13个宽带和2个螺旋的流量控制是关键。在流量的采集上配料系统使用了拉姆齐公司的XR-2105P型流量控制仪。我们知道, 当输送机输送物料时, 测量皮带称上每单位长度的载荷值q (Kg/M) 与皮带在同一时刻的运行速度V (M/S) 相乘, 所得结果即物料的瞬时流量q.v (Kg/S) .因物料输送的不均匀性和皮带速度随时间的变化, 所以在T时间间隔的累积流量可以用以下积分式表示:W=q (t) V (t) dt式中:W-T时间间隔内所输送物料的累计量 (kg或T) ;T一物料通过称的时间 (S或h) ;q (t) 一皮带单位长度上的物料重量 (kg/M或T/M) ;V (t) 一物料在皮带上的运行速度 (M/S) 。从式中可以看出, 只要保证q (t) .V (t) 的乘积不变, 就可以保证物料流量的恒定.即随皮带上物料重量的变化控制皮带运行速度做出相应的调整, 就可以保证物料流量的恒定.在本系统中皮带秤的速度是恒定不可调的, 所以要控制流量的恒定只能调节皮带上物料重量, 而重量的改变又只能通过改变变频器的频率, 以求改变宽带和螺旋下料的速度。控制思想如下图:“
3屏蔽干扰信号的方法
根据皮带秤的控制原理可知, 皮带秤流量反馈值Pv的瞬间抖动将造成控制系统在几个控制周期内的自动找正, 直到设定与反馈达到平衡为止, 这就造成了下料的不稳定.而反馈值的瞬间抖动很多情况下未必是皮带秤流量的真实反映, 而是外部干扰造成, 对外部干扰信号的滤除采用了多次平均值法, 即对连续不间断送入PLC的反馈信号进行多次平均, 突高或突低的信号在平均值法的作用下基本上起不到作用.具体做法是在变频器稳定前采用3次平均值, 稳定后采用100次平均法, 在停止变频器时采用零次平均法, 目的是为了使反馈值迅速降到零。
4变频网络设计
每次在变频上电前或故障后, 首先进行初始化, 该部分的控制程序由PLC完成, 其程序框图如下:
变频器由通信卡接入MB+网, 在每台变频器的扩展卡上设置硬件节点地址, 设定通信协议、方式及接受和发送的字节数;同时定义PLC内的通信协议、方式及接受和发送的字节数。PLC内使用PEER COP向变频器“WRITE”命令, 包括启停操作、电机正反转控制、过程调节控制、故障控制等;用GLOBAL向变频器READ”状态, 包括电流、电压、转速等信息, 了解变频器及电机的运行状态。
5给料PID调节控制
圆盘给料PID调节主要通过变频器调节圆盘转速, 以改变下料量。常规的闭环控制方法是无法达到稳度、精度要求的。因此采取大滞后闭环控制。一是为避免系统超调, 确定系统响应时间T时应大于圆盘机械响应时间t1与物料从下料口到称量段时间t2之和;二是在PID运算输出之前加一限定值, 当输出量变化值超过该限定值时, 用限定值代替PID运算输出, 以克服输出量变化影响圆盘转动的稳定性;三是实现无扰动投入, 先确定好圆盘转速初值, 圆盘启动时经3-5周期的运行, 当瞬时流量在PID调节范围内输出时, 自动切换到PID调节;四是当工况不稳时, 如瞬时流量波动较大且无规律, 可采用累计调节方式, 即取单位时间 (取5S) 的累计流量作为PV值与设定量SP进行比较调节。其程序图如下:
参考文献
[1]张文庆.PID算法在PLC模拟量闭环控制中的实现[J].信息技术, 2003, 1.