電子配料秤在大型料場PLC系統中的應用

范振世，王 健，宋長軍

濟南鋼鐵集團公司，山東濟南 250101

0 引言

濟鋼煉鐵廠原料場預配料系統配料秤原采用皮帶秤主機PID調節，并通過變頻器控制皮帶秤完成調整給料量，皮帶秤主機故障率較高，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量和質量。因此，在原有基礎上開發了PLC遠程自動控制配料秤的配料技術，對料場預配料控制系統進行了PLC升級改造。

1 配料系統控制原理

1.1 現狀

電子皮帶秤是安裝在皮帶輸送機的適當位置上，對散裝物料自動地進行快速、連續、累計稱量的計量器具。皮帶秤稱重系統由稱重框架、稱重傳感器、信號轉換器、測速傳感器和稱重指示控制器等組成。濟鋼煉鐵廠原料場預配料系統原配料秤為南京創豐生產的SB-Ⅱ配料秤，后期逐步進行了換型，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豐的單托輥配料秤，采用1只或2只傳感器檢測mV信號遠傳方式，現場配套接線盒，速度信號為脈沖信號檢測。主要配置及關鍵參數如下：

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

1.2 配料秤儀表系統

配料秤儀表系統由信號變送器、調節器、隔離器、速度傳感器、稱重傳感器和儀表主機（BL2105）等構成，其作用是將稱重信號通過稱重控制儀轉換成標準電流信號以實現對圓盤變頻器和皮帶秤變頻器的控制，進而實現圓盤轉速、電子皮帶秤流量的控制，調節器作為備用控制手段，當控制儀或計算機出現故障時，可以變成手動配料。當現場檢修時可用調節器作為控制主體，以保證檢修的順利進行和預配料操作的順行。

1.3 自動控制系統

目前濟鋼煉鐵原料場配料系統的堆積要求是12個料倉配12種料，不得缺料堆積。因此，要實現對圓盤轉速和電子皮帶秤的流量的自動控制是配料系統的關鍵技術和難題。按照生產工藝要求，通常在主控室上位機上輸入配料計劃，每一種原料的流量等數據，采用Modbus工業通訊協議和配料室PLC分站實現通信并完成配料自動控制。該系統采用QUANTUM PLC，由PLC檢測皮帶秤主機輸出的流量信號，并輸出流量設定值給皮帶秤主機，由皮帶秤主機來完成PID調節，并通過變頻器來調整給料量，同時信號接入皮帶秤變頻器調整皮帶秤變頻。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；開關量輸入模塊為DAI74000，模塊編號為2-5～2-7。由于控制系統采用擴展底板，且所有插槽均已停用，所以擴展困難。

1.4 存在問題

1）皮帶秤主機故障率較高，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，干擾較大；3）由于皮帶秤與給料圓盤采用同步調速，與圓盤速度直接耦合，當給料異常時，皮帶秤速度變化頻繁，影響計量。

2 系統設計

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、傳感器進行檢查處理，清理雜物及粘附的物料，更換部分損壞的設備及附件，增加整料裝置，確保料型穩定；（3）由操作人員一起加強皮帶秤架的每班的維護，使皮帶秤時刻運行在正常狀態；（4）根據工藝情況優化皮帶秤速度，在滿足運輸能力的情況，皮帶秤負載處于傳感器量程的25%～70%的區間，將皮帶秤速度人工固定，避免因皮帶秤速度變化影響計量。對于個別小料批配料情況，可以確定2個～3個可調速的料倉，根據配料量情況分別設定3個～4個速度段，每個速度段滿足不同配料量的要求，可以在程序設計時考慮對不同速度段進行校驗；（5）取消皮帶秤主機BL-2105，現場增加CF-BS-V智能稱重變送器，減少mV信號的傳輸距離（＜2m），信號遠轉采用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控制上下位軟件進行改造，稱重變送器信號直接接入PLC系統，并由PLC系統進行流量檢測并進行PID控制，控制輸出直接由模擬量輸出模塊到變頻器，減少中間環節，檢測環節各減少一次AD轉換和DA轉換，控制環節也各減少一次AD轉換和DA轉換，降低控制波動造成的實際物料量的波動量，進一步提高檢測值波動。前期暫時取消速度檢測環節，認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，實現變速測量；（7）軟件上增加皮帶秤校零、校量程、零點測試、累計量測試等檢定功能，并提供班累計功能模塊，對原有累計功能進行調整，取消已失效的物料種類概念，實際帶定點翻轉的按秤累計功能。

2）PLC自動控制系統

PLC主站采用施耐德可編程控制器Modicon TSX Quantum，分站上將原MODICON公司生產的984系列更換為施耐德可編程控制器，系統維護更加方便，而且更加穩定可靠；分站設在配料現場，主站與分站間采用Modbus總線通信，通過以太網模塊進行通信，實現PLC對配料系統設備的遠程自動控制。

2.3 Modbus工業通信協議

Modbus通信協議是工業領域全球最流行的協議，該協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間，控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信，它已經成為一通用工業標準，有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控.由于濟鋼煉鐵廠料場面積大，料種分布廣，配套的設備比較分散，致使控制點也比較分散，如果采用傳統的控制方案，勢必要鋪設大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力、物力，同時也使系統變得復雜，可靠性降低。考慮到實際情況本系統采用Modbus工業通信協議，同時也降低了成本，提高系統的可靠性。

2.4 上位監控站

上位機原選用惠普工業控制計算機和高性能工業監控軟件，澳大利亞悉亞特公司的Citect軟件為開發平臺并完成整個系統的工藝流程，對配料設備運行狀態的現實和監控，用圖形的方式實時地顯示12臺配料皮帶秤和給料圓盤的運行情況。未解決電子皮帶秤校驗繁瑣，準確度點的問題，在改造后的軟件上增加了皮帶秤校零、校量程、零點測試、累計量測試等檢定功能，并提供班累計功能模塊，對原有累計功能進行調整，取消已失效的物料種類概念，實際帶定點翻轉的按秤累計功能；使生產管理人員不僅可以快速準確地了解配料情況，而且可以實現遠程對配料秤進行校零、校量程、零點測試操作，使配料做到簡便、快速、可靠。

2.5 軟件基礎及實現

原系統軟件平臺采用Windows 2000，上位機采用Citect軟件組態，下位機編程應用軟件采用Concept2.6編程，根據生產工藝的要求，對如何實現PLC與變頻器之間的通信以及實現電子秤的遠程校零、校秤、零點測試、累計量測試、PID調節等功能控制是整個設計的重點、難點。要實現對電子皮帶秤的遠程校零、校秤、零點測試、累計量測試、PID調節等功能，要求對PLC進行通訊編程，在Citect軟件上增加皮帶秤校零、校量程、零點測試、累計量測試等檢定功能，通過程序來實現PLC與電子皮帶秤、變頻器信息交換和控制。

3 結論

濟鋼煉鐵廠120原料場在電子皮帶秤PLC控制系統的升級改造后，取得了顯著的效果。減少中間環節的PLC控制，降低了故障點，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、校零進行遠程操作，大大降低了生產操作人員勞動強度，提高了生產作業率，致使中和料的質量有了明顯的提高。從大型料場配料系統的自動控制角度來看，為下一步實現料場區域設備的全自動的形成等技術的研發創造了良好的條件。這項技術在相關行業配料系統設備中必將有著廣闊的發展空間和推廣前景。

[1]柴振民.影響電子皮帶秤計量準確度的原因分析[J].工業計量，2006(S2).

[2]嚴榮濤.電子皮帶秤現場使用中存在問題的分析和解決途徑[J].電力標準化與計量，1997(1).

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

[4]周自平.電子皮帶秤自動給料[J].冶金自動化，1980(5).

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