用電子皮帶稱、PLC 控制實現篩分系統精確配煤

■林春華 ■福建煤電股份有限公司，福建 龍巖 364102

福建煤電公司坎市發運站的篩分系統有:3 個受煤坑(配有3 臺往復式給煤機)、1 條原煤皮帶、1 臺振動篩、1 條配煤皮帶、1 臺破碎機。當要配煤時，分別開啟2 個或3 個受煤坑中的往復式給煤機，由于往復式給煤機的原理是通過電機驅動底板來回運動，實現送煤，在送煤的過程中，依靠閘門來控制給煤量。由于無法知道往復式給煤機在工作時的送煤量，導致配煤時，煤炭質量波動較大，這樣給生產帶來極大的難題。針對這一現狀，2013年，我們引進安裝3 臺電子皮帶稱，通過控制電子皮帶稱皮帶的轉速，從而實現精確配煤。

1 電子皮帶稱工作原理

1.1 秤體安裝在受煤坑下

坑內煤炭通過閘門和料口到達秤體的緩沖部分。秤體皮帶向前運行時，煤炭從下料口連續拉出輸送到下一工序。煤炭在到達秤體稱量部分(L)時，煤炭的重量通過稱重托輥傳給壓力傳感器，壓力傳感器檢測出與L 范圍內煤炭重量成正比的壓力F1，并送出與F1 成正比的電信號，信號處理單元將現場弱電信號進行放大、轉換，然后傳輸到模擬輸入口中，經系統處理運算后得到實際流量，與設定流量相比較，通過調節變頻器，實現定量給料。

定義有效稱量段長度為L，皮帶稱量段范圍內物料重量等于G，則稱重傳感器檢測到單位長度上煤炭重量F1 為:

G 的單位為Kg，L 的單位為m，則F1 的單位為Kg/m

若煤炭運行的線速度等于V(m/s)，則在時間T(s)內計算出煤炭質量(W)為

式(2)中V:煤炭運行速度;T:累計時間;W:累計下煤量;煤炭運行速度V 就是皮帶運行速度。

皮帶速度是由電機轉速通過機械傳動得到，其與電機轉速、減速機減速比、秤體主動滾筒直徑有關，他們之間數學關系為:

式(3)中i:減速機總減速比，即各級減速比之積;D:主動滾筒直徑;d:皮帶厚度;n:電機轉速(轉/分)。

1.2 操作過程

事先將已知質量數值(熱值或灰分值)的各種煤，分別裝入到受煤坑1#、2#、3#內，依據客戶需要質量(熱值或灰分值)，計算出各種煤種的配比，然后，將質量數值輸入到計算機中，點擊相應的電子皮帶稱，即可生產。

2 設備配置

表1 大壩工程混凝土配合比

3 PLC配料控制系統硬件設置

系統中主、輔料秤由可編程控制器(PLC)和上位機實現兩級控制。現以1#～3#三臺電子皮帶秤的PLC 控制分析為例，每一電子皮帶秤有一臺皮帶驅動電機，兩個料位傳感器，一個速度傳感器，一個稱重傳感器，一臺變頻器，它們構成了被控對象。電動機的啟、停由開關量控制，PLC 數字量輸出信號作為變頻器的控制端輸入信號，經變頻器調制輸出高頻脈沖給皮帶驅動電機。料位傳感器檢測料斗有無物料，速度傳感器測量電機的轉速。系統需8 個數字量輸入信號，25 個開關量輸入信號和24 個開關量輸出信號，I/O 點總數量為57。I/O 點數量和類型如表所示。

表PLCI/O 口數量和類型

4 CPU 及輸入、輸出模塊選擇

西門子公司的SIMATICS7 -/300，屬于模塊化小型PLC 系統，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。

根據系統被控對象的I/O 點數以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，選用SIEMENS 公司S7 -300 系列PLC 的CPU315 -2DP。CPU315 -2DP 是唯一帶現場總線(PROFIBUS)SINECL2 -DP 接口的CPU 模板，具有48KB 的RAM，80KB 的裝載存儲器，可用存儲卡擴充裝載存儲容量最大到512KB，最大可擴展1024 點數字量或128 個模擬量。根據統計出的I/O 點數選擇一個直流32 點和一個16 點的SM321 數字量輸入模塊和一個32 點SM322 繼電器輸出模塊。

5 變頻器選型及其功能設定

三菱公司提供了FR-A540 系列變頻器與該公司的標準電機相匹配時的技術參數。采用三菱的標準電機，電子皮帶機額定功率為0.4KW，額定電壓380V，轉速1420r/min，調速范圍120～1200r/min。三菱FR-A540 變頻器自帶有PID 調節功能，根據自動配料系統生產工藝要求進行PID 控制，需要檢測設定的部分參數設定如下:

(1)Pr.1=50Hz，Pr.2=5Hz，本系統Pr.18=120Hz 不變;

(2)Pr.19=9999，與電源電壓相同;

(3)Pr.7=2s，加速時間(7.5K 以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s);

Pr.8=2s，減速時間(7.5K 以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s);

(4)Pr.9 由電機額定值決定;

(5)Pr.14=0，適用恒轉矩負載;

(6)Pr.79=3，外部/PU 組合操作模式;

(7)Pr.183=8，實現RT 開關=REX 開關;

(8)Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132、Pr.133、Pr.134 根據現場PID 調節具體要求來設定。

6 PLC控制系統配料軟件設計

STEP7 是西門子的S7 -300 系列PLC 所用的編程語言，它是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS 環境下進行編程的語言。通過STEP7 編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，并通過轉接電纜可直接送入PLC 的內存中執行，而且在調試運行時，還可在線監視程序中各個輸入輸出或狀態點的通斷情況，甚至進行在線修改程序中變量的值，給調試工作也帶來極大的方便。

STEP7 將用戶程序分成不同的類型塊。程序塊分為兩大類:系統塊和用戶塊。用戶塊包括:OB=組織塊，FB=功能塊，FC=功能，DB=數據塊。主程序可以放入“組織塊”(OB)中，而子程序可以放入“功能塊”(FB 或FC)中。

在本系統中，PLC 的主要任務是接受外部開關信號(按鈕、繼電器觸點)和傳感器產生的數字信號的輸入，判斷當前的系統狀態以及輸出信號去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件，以完成相應的自動化控制任務。除此之外，另一個重要的任務就是接受工控機(上位機)的控制命令，以進行自動配料控制。

自動配料程序共有OB1 及FC1 至FC6 等7 個“塊”。OB1 是主程序，通過6 個“CALL”調用語句，依次調用FC1 至FC6 等功能模塊，達到組織整個程序的目的。程序中6 個功能塊的任務分配如下所示:

FCl 負責系統開始運行以及運行方式的設定;FC2 負責對系統的停止;

FC3 負責計量泵和計量泵配比控制;FC4 負責故障、事故處理控制;

FC5 負責對變頻器的自動化控制;FC6 負責指示燈的顯示控制。

［1］吳玉厚，潘振寧，張坷.MAC 控制器中PID 調節的應用［J］.沈陽建筑下程學院學報(自然科學版).2004，4 第20 卷第2 期:153 -156.

［2］王志剛，許曉鳴.PLC 在白動配煤控制系統中的應用［J］.電氣傳動，2001，3:45 -48.