0.引言
隨著計算機技術的廣泛應用,國內燒結廠大多采 用了電子螺旋秤進行生石灰配料,以提高配料精度和 生產水平。安鋼二燒360m2燒結機配料系統采用計算 機控制,其中生石灰配料應用了電子螺旋秤,較好地 滿足了生產優質燒結礦的要求。
1.智能電子螺旋秤結構
螺旋秤由稱量框架、荷重傳感器、SA201積算儀, 速度傳感器及螺旋給料機、星形卸灰閥及連接固定機 構、軟連接機構、支撐機構、機架等部分組成,如圖1 所示。其中主體部分螺旋秤架是由一臺螺旋給料機和 配重架組合而成,采用一組十字簧片組與支架連接, 構成秤架的支承點,秤架的平衡靠調整配重架上的配 重塊來實現。
1.1積算儀
積算儀為引導式菜單操作,具備報警提示、脈沖 輸出功能,并可實現自動模擬或實物校準以及手動/自 動空秤調零、零點自動跟蹤等功能;具備角度自動補 償、自診斷故障及停電數據保持功能;液晶顯示,同屏 顯示流量、累計量、速度(載荷或時間)等數據;壁掛式 金屬板噴塑外殼,防水、防塵、防強磁場干擾;具備通信、打印、4?20mA模擬電流輸出等功能。
1.2稱重傳感器及連接固定機構
螺旋給料機與稱重傳感器及連接固定機構的連 接部位焊接加強板,稱重傳感器及連接固定機構上端 通過固定螺栓與加強板聯接,下端由調節定位塊調整 水平度,并與機架聯接。采用的加強板是一塊帶圓弧 形的鋼板或類似物,配焊方便,保證輸送機具有足夠 的強度和剛度;采用的調節定位塊由兩塊截面類似為 三角形的物塊組成,可方便調整螺旋給料機的水平位 置,通過固定螺栓來調整螺旋給料機的限位,設備調 整好后焊接固定,稱重傳感器和加強塊之間放置減振 椽膠板,消除振動影響。
1.3支撐機構
螺旋給料機與支撐機構的連接部位焊接加強板, 支撐機構上端與加強板聯接,下端與機架聯接,支撐 機構通過連接軸和椽膠軸承聯接。導氣管安裝在出料 口端,一端與螺旋給料機聯接,另一端聯接到上級給 料機構。采用椽膠軸承作為支撐點,利用緊固螺母和 緊固螺栓進行固定,消除動力部分產生的影響。
1.4軟連接機構
對給料機的進出料口進行處理,改硬連接為軟連 接,讓改造的螺旋給料機成為獨立單元,消除外界因 素對計量精度的影響。
2.電子螺旋秤的測量原理和瞬時速度的測量
2.1電子螺旋秤的測量原理
如果螺旋運輸機以勻速v傳送生石灰,螺旋葉片 間的物料一般是不均勻的,所以時間T內的總輸送量 為:
式中,q 0)為單位長度皮帶上的瞬時物料重量^ 0)為皮帶的瞬時運行速度。
只需測出q (t)和v(t),便可得出T時間內的物料 總重。
2.2瞬時速度的測量
使用國內比較先進的電感式傳感器來檢測螺旋 給料機的瞬時運行速度。這種傳感器具有檢測可靠、 運行平穩、維修量小等特點。傳感器安裝在螺旋軸頭, 由振蕩器、觸發電路和開關輸出裝置三部分構成。電 源接通傳感器的供電電源為24VDC后,振蕩器開始 振蕩并產生一個特定的電流,使安裝在鐵氧體上的振 蕩線圈產生電磁場。有效的磁場集中在傳感器感應面 的表面,如果測試目標是由導電材料構成,當其靠近 感應面時,目標內便產生渦流,消耗振蕩器能量,導致 振蕩電路衰減,振蕩器振幅因此而下降。一旦降至某 一振幅,后級觸發電路便開始工作,到達某一感應范 圍時便可得到開關輸出。
在驅動軸上安裝一個齒盤,轉動時齒盤上裝有的 傳感器與探頭之間的間隙發生變化,在探頭的線圈內 便感應出交變電動勢,其頻率:
式中,z為齒盤的齒數;n為電機的轉速,r/min。 根據所得脈沖求得頻率值f,進而可得螺旋給料 機的瞬時速度。
3.自動配料系統的構成
自動配料系統采用PLC控制技術,其核心控制為 “螺旋秤-稱重模塊-PLC-變頻器”形成的閉環控制,主 要設備包括智能電子螺旋砰、Modicon TSX Premium 稱重模塊、高速計數模塊Modicon TSX CTY41、Quan-tum PLC、施耐德變頻器、系統軟件CONCEPT2.6、組態 軟件IFIX3 .5以及上位機等。配料室控制模式如圖2 所示。
自動配料系統加電后,皮帶驅動電機開始旋轉, 微機根據當前操作控制電機轉速。料斗中的物料落在 落料區,經皮帶運送到達稱重區,由電子螺旋秤對皮 帶上的物料進行稱重。稱重傳感器根據所受力的大小 輸出一個電壓信號,經變送器放大,輸出一個正比于 物料重量的計量電平信號。該信號送至上位機的接 口,經采樣并轉換成流量信號,在上位機上顯示當前 流量值。同時將此流量信號送至PLC接口,與上位機 設定的各種配料給定值進行比較,然后進行調節運 算,其控制量送至變頻器,以此來改變變頻器的輸出 值,從而改變驅動電動機的轉速以調整星形卸灰閥的 閥門開度,調節生石灰下料量,以調整給定量,使之與 設定值相等,完成自動配料過程。
電子螺旋秤稱量的是瞬時流量,上位機給出的是 設定流量,二者在實時計量中有所偏差。在流量實際 控制中采用工業控制中,應用最為廣泛的PID調節, 根據流量偏差,利用比例、積分、微分計算出控制量進 行控制,控制量輸入和輸出(誤差)之間的關系在時域 中可表示為:
系統流量PID閉環控制原理如圖3所示。在生產 過程進行自動調節時,以主料成分的流量計量為依 據,根據生產工藝要求,通過上位機設定總流量及主、 輔料配比參數,按配方比例摻雜其余輔料。流量計量 控制是計量偏差與變頻調速的結合,具有結構簡單、 穩定性好、工作可靠和調整方便等優點。
4.稱重模塊、PLC、變頻器之間的通信
由于Modicon公司的Quantum系列PLC支持 Modbus、Modbus plus、遠程 I/O、Ethernet、Interbus、Lon- Works等多種網絡連接,且其CPU模塊上一般都集成 了 Modbus和MB+兩個通信端口,故選用該系列PLC (可節省一通信模塊)。另外,為該系列PLC設計的稱重 模塊具有較強的功能,比如該模塊上集成了 RS-485 串口,可直接與稱重傳感器進行串行通信,保證了信 號的傳輸精度,提高了可靠性;該模塊還集成了 PID 調節器,可直接進行物料給定的閉環運算,并通過底 板并行總線與CPU模塊交換數據。
施耐德變頻器ATV58系列提供了 3種通信功能: 集成在本機上的Modbus協議接口(一般用于連接操 作面板);通過附加通信卡實現的高速通信接口(如FI- FO、Modbus plus、Interbus-s、AS-I、Profibus 等);通過附 加通信卡實現的低速通信接口(如Uni-Telay、Modbus 等)。設計中,選用Modbus plus通信卡VW3-A58302。
上位機采用研華工控機,并安裝Windows NT下 的FIX實時監控組態軟件作為監控、數據采集及數據 管理軟件系統的開發平臺。該計算機通過MB+網絡適配器SA85與MB+網絡通信。
其它網絡設備組件包括MB+站分支電纜(9針D 型節點電纜)、MB+分支器(干纜分支器)、MB+網線電 纜、中繼器(RR85)、Modicon Ethernet to Modbus plus 網 橋等。
上位機、PLC、變頻器等設備的網絡地址均需在硬 件上設置,而且每一站點的地址是唯一的。上位機的 網絡地址是通過插在上位機擴展槽中的SA85網絡適 配器來設置的;PLC的網絡地址是通過CPU模塊后的 2個旋轉開關進行設置;變頻器的網絡地址是通過插 在變頻器上的Modbus plus通信卡(VW3-A58302)的撥 碼開關進行設置。
5.軟件配置
IFIX 3.5軟件是運行于WIN2000以上的操作平 臺上的真正的32位應用程序。其強大且實用的各種 功能,使最終的用戶程序十分貼切地滿足應用現場對 上位機系統的各種監視、控制和管理方面的實際要 求,并在顯示、控制及通信的速度、實時性和兼容性等 方面都有優秀的表現。
6.結語
該自動配料系統采用智能電子螺旋秤控制方案,具有功能強大、方便靈活、可靠性高、低成本、易維護等優點,大大提高了配料精度,便于計量的微機化控制,實現了網絡化生產管理,取得了良好的經濟效益。