空氣炮與料位計聯合控制系統的可行性分析

韓晉軍

（青島泰德汽車軸承股份有限公司，山東 青島 266041）

1 緒論

1.1 課題研究背景及意義

空氣炮又名空氣助流器、破拱器、清堵器，是以突然噴出的壓縮氣體的強烈氣流，以超過一馬赫（音速）的速度直接沖入貯存散體物料的閉塞故障區，這種突然釋放的膨脹沖擊波，克服物料靜摩擦，使容器內的物料又一次恢復流動?？諝馀谑且环N清潔、無污染、低耗能的理想清堵吹灰設備，現有四個化堿稱過渡倉，化堿除塵料倉，布袋除塵料倉和包裝料倉均采用KT型空氣炮，但是在日常使用過程中發現幾個弊端。

（1）空氣炮有自動功能，能夠根據設定的時間定時清堵，但是料倉若長時間沒有物料，則會浪費壓縮空氣，并造成硬件的無效磨損，減少硬件的使用壽命。

（2）為了避免上述弊端，可以采用現場手動操作，但是需要操作工人去現場開關空氣炮，增加了勞動量。

（3）有時候并不會多個料倉同時進料，但是空氣炮的循環控制是囊括所有料倉空氣炮的，造成了壓縮空氣的浪費。

（4）空氣炮的功能設置比較簡單，靈活性不大，若采用自動功能，即使料倉內物料很少，不會造成堵塞，也會按照設定的時間清堵，這樣容易造成過多粉料被除塵抽走，并且會對包裝下料稱造成沖擊，容易造成沖稱，影響稱的穩定性。

鑒于上述問題，若能夠根據實況對空氣炮采取更加靈活的控制，不僅能夠減少設備磨損、壓縮空氣的浪費，還能夠減少壓縮氣流對包裝稱的影響，減少除塵對粉料的過多抽取。通過現場觀察，發現大多數料倉上均有物料變送器（料位計），市場上的料位計輸出比較統一，為4～20mA電流或者1～5V電壓標準信號，能夠與空氣炮控制盤的PLC進行通信，通過PLC控制空氣炮的工作。

1.2 課題研究主要工作

若要完成對空氣炮的靈活控制，需要從以下幾個方面著手。

（1）現場空氣炮PLC控制程序的更改。

（2）料位計信號與空氣炮PLC的通訊。

（3）配套電路的設計。

2 工作原理及流程簡述

2.1 系統工作原理

空氣炮與料位計聯合控制系統由兩部分構成。

第一部分是料位計信號的采集。大多數料位計以4～20mA標準電壓信號為輸出信號，供DCS使用，如果同時接DCS和供PLC使用會造成電壓信號的衰減，對測量的準確性造成較大影響，因此料位計輸出信號需要接一入兩出的直流信號隔離變送器，將單股電壓信號轉換成兩個一樣的電壓信號，分別接DCS和PLC模擬輸入端子。

第二部分是料位信號的處理。直流信號隔離器輸送過來的電壓信號通過PLC的模擬輸入端子輸入到PLC內部，通過A/D轉換，轉換成相應的十六進制數字，然后通過PLC內部的比較指令，與空氣炮的啟動閾值作比較然后輸出，決定空氣炮的起停。

2.2 系統工作流程

系統工作過程如下。

假設料倉高度為3米，料位計安裝在倉頂，選用0～5米的測量范圍，精度為0．25%，效果圖如圖1。

圖1 安裝效果圖

設定物料4m，即滿倉時，物料計輸出20mA電流信號；物料為0m時，物料計輸出為4mA電流信號，物料高度和料位計輸出電流信號成正比?？諝馀诟叨仍O為2m，當料倉內物料超過2m時，PLC控制空氣炮開啟，按照預先設定的時間間隔開始清堵，當物料高度低于2m時，空氣炮停止清堵工作。工作流程圖如圖2。

圖2

3 控制系統硬件配置

空氣炮與料位計聯合控制系統硬件主要由二線制儀表、直流信號隔離變送器、空氣炮控制盤本身的硬件（PLC、繼電器等電氣部件）以及空氣炮炮體構成。料位計根據料位高度變動相應的電流信號，該信號經過一入二出的直流信號隔離變送器一分為二，一股送至DCS，另一股送至空氣炮操作盤內PLC的模擬信號輸入端。

模擬拓展模塊選擇的是OMRON公司的CPM1A-MAD02-CH模擬輸入輸出，該模塊有三組電流電壓輸入和一組電流電壓輸出。

這里選擇的是2號和3端子作為一組4～20mA電流信號輸入，1號端子短接。圖3接線圖中，00端子是電壓輸入端子，01是電流輸入端子，這里將電壓輸入短接。

該輸入模塊的輸入模擬量與對應的十六進制數據如圖3，分辨率為1/256。

圖3 電流電壓輸入對應的十六進制數據

4 控制系統軟件設計

空氣炮與料位計聯合控制系統的軟件有兩部分，第一部分是修改的原有空氣炮主體程序，第二部分是新增的模擬量采集程序。

4.1 模擬量采集程序

空氣炮操作盤中的CPM1A系列PLC只要輸入000CH和輸出010CH，按照該系列PLC規則，新增模擬量模塊輸入通道為001CH、002CH、003CH，輸出模塊為011CH。在程序執行的第一個循環過程中，通過梯形圖程序將范圍代碼寫入模擬量I/O單元的輸出來自指定I/O信號范圍，一旦指定了范圍代碼，模擬I/O單元便立即開始裝換模擬I/O值，將裝換后的數字量存入對應的數據存儲區。模擬量范圍代碼設置見表1。

表1 模擬量范圍代碼設置表

料位計輸出的為4～20mA電流信號，因此范圍代碼可在FF06和FF07中選擇一個。

設定范圍代碼之后，將數據存儲區的轉換數據提取出來。

4.2 模擬量與設定值比較程序

設定空氣炮在物料高度達到2米時開始工作，由數學模型推出此時料位計輸出的電流為12mA，由圖3-3得知，12mA經過A/D變換之后對應的十六位數值是80H，這就是空氣炮開始工作的閾值。

將模擬I/O采集來的數值與該閾值作比較，來決定空氣炮的輸出狀態。

4.3 原空氣炮程序修改

為了實現料位計數據對空氣炮的控制以及對空氣炮的分布控制，需要對原程序做修改。將自動啟動模式中添加料位控制常開觸點，并且各空氣炮單獨控制。

5 結論與展望

5.1 結論

通過料位計與空氣炮聯合控制系統，能夠對空氣炮實現自動、高效、節能控制，避免了資源浪費和不必要的噪音污染，減少了操作人員的勞動量，避免了料倉堆料結塊現象，防止操作人員外力清堵造成的料倉變形以及進一步加重堵料的情況，實現了精準控制。

5.2 展望

料位計對空氣炮的控制完全是自動的，但是沒有哪個自動系統可以實現永久無差錯的運行下去，因此可以在原空氣炮的基礎上連接遠程控制，實時監控，進一步提高控制的準確性，并且可以遠程控制空氣炮的開啟，增加人為操作的便利性。