給煤機(jī)電子稱量系統(tǒng)的優(yōu)化

何先木重慶鋼鐵股份有限公司

給煤機(jī)電子稱量系統(tǒng)的優(yōu)化

何先木
重慶鋼鐵股份有限公司

本文介紹了重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠給煤機(jī)電子稱重微機(jī)控制系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題而進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要以S7-300PLC、SIEAREX FTC皮帶專用稱重模塊作為核心控制器，配合測(cè)速編碼器以及稱重傳感器組成更穩(wěn)定可靠的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)給煤量的精確控制。

PLC；SIEAREX FTC稱重模塊；測(cè)速編碼器

1.引言

目前我廠采用的微機(jī)控制器是根據(jù)生產(chǎn)工藝和功能的要求向生產(chǎn)廠家定制的，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，但同時(shí)也造成了其通用性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，增加了維護(hù)檢修和更換配件等困難；其控制板是由實(shí)現(xiàn)PID、運(yùn)放、信號(hào)轉(zhuǎn)換等多個(gè)功能模塊構(gòu)成，而每個(gè)模塊都是一個(gè)故障點(diǎn)，出現(xiàn)問(wèn)題不易排查，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定；并且定制開(kāi)發(fā)成本較高，使其價(jià)格昂貴，綜上所述原因我們有必要采用成本較低、性能更優(yōu)越、通用性強(qiáng)、便于維護(hù)和更換的PLC和皮帶專用稱重模塊SIEAREX FTC，并用性能更優(yōu)越的測(cè)速編碼器代替現(xiàn)有測(cè)速電機(jī)對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.SIEAREX FTC稱重模塊

SIWAREX FTC是一種專門用于皮帶連續(xù)稱重的PLC功能模塊，可以集成在西門子自動(dòng)化系列產(chǎn)品（SIMATIC）的系統(tǒng)中，具有與西門子SIMATIC統(tǒng)一的編程組態(tài)平臺(tái)，可編程能力強(qiáng)，模塊與CPU之間為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，安裝和更換方便，便于維護(hù)；SIWAREX FTC已經(jīng)在工廠內(nèi)調(diào)節(jié)好。因此，無(wú)需使用任何調(diào)節(jié)重量，就可以將秤調(diào)節(jié)到它的理論設(shè)置；而且，模塊也能在不需要重新調(diào)節(jié)秤的情況下隨意更換。對(duì)于調(diào)試，存在一個(gè)適用于Windows操作系統(tǒng)的專用程序SIWATOOL FTC，該程序使得在不需要理解自動(dòng)化技術(shù)的條件下就能調(diào)試秤；稱重傳感器、電源和串行接口的連接全部都能通過(guò)40針標(biāo)準(zhǔn)端口連接器來(lái)完成，減少通訊和控制系統(tǒng)的硬接線回路，使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單穩(wěn)定；稱重模塊直接與傳感器相連接，可以將采集的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字模式，與S7-300的CPU之間采用數(shù)字量傳輸，實(shí)現(xiàn)高速、高精度的稱重計(jì)量，且自帶診斷功能，如實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器回路阻抗阻值，實(shí)現(xiàn)預(yù)維護(hù)；SIWAREX FTC具有兩個(gè)串行接口，一個(gè)是RS 485接口，用于連接數(shù)字遠(yuǎn)程顯示器，另一個(gè)是RS 232接口，可以連接一臺(tái)PC，用于設(shè)置SIWAREX FTC參數(shù)。通過(guò)RS 232接口的SIWATOOL程序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)參數(shù)定義，從而就可以對(duì)SIWAREX FTC進(jìn)行優(yōu)化配置，使它適用于不同的自動(dòng)稱重工序。

3.給煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成主要是西門子S7-300PLC，同品牌專用于給料機(jī)稱重的SIWAREX FTC型號(hào)的稱重模塊和變頻器，以及作為測(cè)量設(shè)備的重量檢測(cè)傳感器和速度檢測(cè)傳感器等組成。模塊與CPU之間為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，模塊與傳感器通過(guò)40針前端連接器連接，通過(guò)RS485連接顯示器，用作現(xiàn)場(chǎng)指示，采用RS232連接PC，實(shí)現(xiàn)與上層組態(tài)軟件的通信。下圖1所示為系統(tǒng)的主要構(gòu)成和簡(jiǎn)易硬件連接：

圖1 硬件結(jié)構(gòu)連接圖

3.2 系統(tǒng)的工作原理

給料皮帶秤架上的稱重傳感器和皮帶電機(jī)的測(cè)速編碼器的測(cè)量信號(hào)接入FTC稱重模塊，由稱重模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和濾波等計(jì)算處理后，由PLC總線直接傳給S7-300 PLC的CPU，通過(guò)S7-300 PLC實(shí)現(xiàn)PID控制功能，根據(jù)生產(chǎn)需要的設(shè)定值和傳感器實(shí)時(shí)反饋信號(hào)值相比較形成閉環(huán)控制，通過(guò)稱重模塊的模擬輸出端子輸出4～20mA（分別對(duì)應(yīng)變頻器輸出頻率的上下限）控制信號(hào)送入變頻器，進(jìn)而根據(jù)控制需要調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)給煤量的精確控制。通過(guò)PLC外接的觸摸屏可以顯示稱重過(guò)程參數(shù)并進(jìn)行操作在本系統(tǒng)中PLC輸入端子可以與開(kāi)關(guān)串聯(lián)，輸出端子接繼電器或小功率接觸器，控制電路完全由PLC程序完成，減少繼電器等硬件連接，節(jié)約成本和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于PLC可實(shí)現(xiàn)多路PID控制，因此可以同時(shí)帶多個(gè)稱重模，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)稱重設(shè)備的控制，節(jié)約了控制成本。通過(guò)總線可以將PLC連接至計(jì)算機(jī)，由組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過(guò)程的監(jiān)控，并且能夠遠(yuǎn)程操作控制指令。

3.3 系統(tǒng)的工作方式

該系統(tǒng)工作方式主要有兩種分為遠(yuǎn)程遙控和就地操作，用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)切換。

（1）遠(yuǎn)方遙控方式

遠(yuǎn)程遙控是給煤機(jī)控制系統(tǒng)主要的工作方式，通過(guò)中控室操作系統(tǒng)運(yùn)行，可以通過(guò)組態(tài)監(jiān)測(cè)畫(huà)面中的信號(hào)給定控制實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)的啟動(dòng)停止和給煤率的控制，實(shí)現(xiàn)給煤量的控制。

（2）就地操作方式

為保證在PLC或與上層通信出現(xiàn)故障情況下不影響正常生產(chǎn)，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于就地位置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作箱來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行和停止。

4.結(jié)語(yǔ)

用SIWAREX FTC稱重模塊與PLC作為電子稱量系統(tǒng)的控制器，有效解決了當(dāng)前控制器存在的通用性不強(qiáng)，更換與維護(hù)困難，定制成本高等缺點(diǎn)，測(cè)速編碼器代替現(xiàn)有的測(cè)速電機(jī)，提高了速度信號(hào)精度。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和精確性，同時(shí)有效的節(jié)約了成本。

[1]李鴻儒.西門子系列變頻器及其工程應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.8

[2]王振力，劉博.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò).人民郵電出版社，2011年，第一版

[3]劉鍇，周海.深入淺出西門子自動(dòng)化產(chǎn)品系列叢書(shū).北京航空航天大學(xué)出版社，2004.8