0.引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠大多采 用了電子螺旋秤進(jìn)行生石灰配料，以提高配料精度和 生產(chǎn)水平。安鋼二燒360m2燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)采用計(jì)算 機(jī)控制，其中生石灰配料應(yīng)用了電子螺旋秤，較好地 滿足了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦的要求。

1.智能電子螺旋秤結(jié)構(gòu)

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(jī)、星形卸灰閥及連接固定機(jī) 構(gòu)、軟連接機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、機(jī)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(tái)螺旋給料機(jī)和 配重架組合而成，采用一組十字簧片組與支架連接， 構(gòu)成秤架的支承點(diǎn)，秤架的平衡靠調(diào)整配重架上的配 重塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.1積算儀

積算儀為引導(dǎo)式菜單操作，具備報(bào)警提示、脈沖 輸出功能，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬或?qū)嵨镄?zhǔn)以及手動(dòng)/自 動(dòng)空秤調(diào)零、零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤等功能；具備角度自動(dòng)補(bǔ) 償、自診斷故障及停電數(shù)據(jù)保持功能；液晶顯示，同屏 顯示流量、累計(jì)量、速度（載荷或時(shí)間）等數(shù)據(jù)；壁掛式 金屬板噴塑外殼，防水、防塵、防強(qiáng)磁場(chǎng)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(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與稱重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)的連 接部位焊接加強(qiáng)板，稱重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)上端 通過(guò)固定螺栓與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端由調(diào)節(jié)定位塊調(diào)整 水平度，并與機(jī)架聯(lián)接。采用的加強(qiáng)板是一塊帶圓弧 形的鋼板或類似物，配焊方便，保證輸送機(jī)具有足夠 的強(qiáng)度和剛度；采用的調(diào)節(jié)定位塊由兩塊截面類似為 三角形的物塊組成，可方便調(diào)整螺旋給料機(jī)的水平位 置，通過(guò)固定螺栓來(lái)調(diào)整螺旋給料機(jī)的限位，設(shè)備調(diào) 整好后焊接固定，稱重傳感器和加強(qiáng)塊之間放置減振 椽膠板，消除振動(dòng)影響。

1.3支撐機(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與支撐機(jī)構(gòu)的連接部位焊接加強(qiáng)板， 支撐機(jī)構(gòu)上端與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端與機(jī)架聯(lián)接，支撐 機(jī)構(gòu)通過(guò)連接軸和椽膠軸承聯(lián)接。導(dǎo)氣管安裝在出料 口端，一端與螺旋給料機(jī)聯(lián)接，另一端聯(lián)接到上級(jí)給 料機(jī)構(gòu)。采用椽膠軸承作為支撐點(diǎn)，利用緊固螺母和 緊固螺栓進(jìn)行固定，消除動(dòng)力部分產(chǎn)生的影響。

1.4軟連接機(jī)構(gòu)

對(duì)給料機(jī)的進(jìn)出料口進(jìn)行處理，改硬連接為軟連 接，讓改造的螺旋給料機(jī)成為獨(dú)立單元，消除外界因 素對(duì)計(jì)量精度的影響。

2.電子螺旋秤的測(cè)量原理和瞬時(shí)速度的測(cè)量

2.1電子螺旋秤的測(cè)量原理

如果螺旋運(yùn)輸機(jī)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(shí)間T內(nèi)的總輸送量 為：

式中，q 0)為單位長(zhǎng)度皮帶上的瞬時(shí)物料重量^ 0)為皮帶的瞬時(shí)運(yùn)行速度。

只需測(cè)出q (t)和v(t)，便可得出T時(shí)間內(nèi)的物料 總重。

2.2瞬時(shí)速度的測(cè)量

使用國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的電感式傳感器來(lái)檢測(cè)螺旋 給料機(jī)的瞬時(shí)運(yùn)行速度。這種傳感器具有檢測(cè)可靠、 運(yùn)行平穩(wěn)、維修量小等特點(diǎn)。傳感器安裝在螺旋軸頭， 由振蕩器、觸發(fā)電路和開(kāi)關(guān)輸出裝置三部分構(gòu)成。電 源接通傳感器的供電電源為24VDC后，振蕩器開(kāi)始 振蕩并產(chǎn)生一個(gè)特定的電流，使安裝在鐵氧體上的振 蕩線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)。有效的磁場(chǎng)集中在傳感器感應(yīng)面 的表面，如果測(cè)試目標(biāo)是由導(dǎo)電材料構(gòu)成，當(dāng)其靠近 感應(yīng)面時(shí)，目標(biāo)內(nèi)便產(chǎn)生渦流，消耗振蕩器能量，導(dǎo)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(jí)觸發(fā)電路便開(kāi)始工作，到達(dá)某一感應(yīng)范 圍時(shí)便可得到開(kāi)關(guān)輸出。

在驅(qū)動(dòng)軸上安裝一個(gè)齒盤，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)齒盤上裝有的 傳感器與探頭之間的間隙發(fā)生變化，在探頭的線圈內(nèi) 便感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)，其頻率：

式中，z為齒盤的齒數(shù);n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。 根據(jù)所得脈沖求得頻率值f，進(jìn)而可得螺旋給料 機(jī)的瞬時(shí)速度。

3.自動(dòng)配料系統(tǒng)的構(gòu)成

自動(dòng)配料系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)，其核心控制為 “螺旋秤-稱重模塊-PLC-變頻器”形成的閉環(huán)控制，主 要設(shè)備包括智能電子螺旋砰、Modicon TSX Premium 稱重模塊、高速計(jì)數(shù)模塊Modicon TSX CTY41、Quan-tum PLC、施耐德變頻器、系統(tǒng)軟件CONCEPT2.6、組態(tài) 軟件IFIX3 .5以及上位機(jī)等。配料室控制模式如圖2 所示。

自動(dòng)配料系統(tǒng)加電后，皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn), 微機(jī)根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。料斗中的物料落在 落料區(qū)，經(jīng)皮帶運(yùn)送到達(dá)稱重區(qū)，由電子螺旋秤對(duì)皮 帶上的物料進(jìn)行稱重。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小 輸出一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)變送器放大，輸出一個(gè)正比于 物料重量的計(jì)量電平信號(hào)。該信號(hào)送至上位機(jī)的接 口，經(jīng)采樣并轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)，在上位機(jī)上顯示當(dāng)前 流量值。同時(shí)將此流量信號(hào)送至PLC接口，與上位機(jī) 設(shè)定的各種配料給定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn) 算，其控制量送至變頻器，以此來(lái)改變變頻器的輸出 值，從而改變驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)整星形卸灰閥的 閥門開(kāi)度，調(diào)節(jié)生石灰下料量，以調(diào)整給定量，使之與 設(shè)定值相等，完成自動(dòng)配料過(guò)程。

電子螺旋秤稱量的是瞬時(shí)流量，上位機(jī)給出的是 設(shè)定流量，二者在實(shí)時(shí)計(jì)量中有所偏差。在流量實(shí)際 控制中采用工業(yè)控制中，應(yīng)用最為廣泛的PID調(diào)節(jié), 根據(jù)流量偏差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn) 行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關(guān)系在時(shí)域 中可表示為：

系統(tǒng)流量PID閉環(huán)控制原理如圖3所示。在生產(chǎn) 過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，以主料成分的流量計(jì)量為依 據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，通過(guò)上位機(jī)設(shè)定總流量及主、 輔料配比參數(shù)，按配方比例摻雜其余輔料。流量計(jì)量 控制是計(jì)量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 穩(wěn)定性好、工作可靠和調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。

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(yuǎn)程 I/O、Ethernet、Interbus、Lon- Works等多種網(wǎng)絡(luò)連接，且其CPU模塊上一般都集成 了 Modbus和MB+兩個(gè)通信端口，故選用該系列PLC (可節(jié)省一通信模塊)。另外，為該系列PLC設(shè)計(jì)的稱重 模塊具有較強(qiáng)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(jìn)行串行通信，保證了信 號(hào)的傳輸精度，提高了可靠性；該模塊還集成了 PID 調(diào)節(jié)器，可直接進(jìn)行物料給定的閉環(huán)運(yùn)算，并通過(guò)底 板并行總線與CPU模塊交換數(shù)據(jù)。

施耐德變頻器ATV58系列提供了 3種通信功能: 集成在本機(jī)上的Modbus協(xié)議接口（一般用于連接操 作面板);通過(guò)附加通信卡實(shí)現(xiàn)的高速通信接口(如FI- FO、Modbus plus、Interbus-s、AS-I、Profibus 等）；通過(guò)附 加通信卡實(shí)現(xiàn)的低速通信接口（如Uni-Telay、Modbus 等)。設(shè)計(jì)中，選用Modbus plus通信卡VW3-A58302。

上位機(jī)采用研華工控機(jī)，并安裝Windows NT下 的FIX實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件作為監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù) 管理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該計(jì)算機(jī)通過(guò)MB+網(wǎng)絡(luò)適配器SA85與MB+網(wǎng)絡(luò)通信。

其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組件包括MB+站分支電纜（9針D 型節(jié)點(diǎn)電纜)、MB+分支器（干纜分支器)、MB+網(wǎng)線電 纜、中繼器(RR85)、Modicon Ethernet to Modbus plus 網(wǎng) 橋等。

上位機(jī)、PLC、變頻器等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址均需在硬 件上設(shè)置，而且每一站點(diǎn)的地址是唯一的。上位機(jī)的 網(wǎng)絡(luò)地址是通過(guò)插在上位機(jī)擴(kuò)展槽中的SA85網(wǎng)絡(luò)適 配器來(lái)設(shè)置的；PLC的網(wǎng)絡(luò)地址是通過(guò)CPU模塊后的 2個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置；變頻器的網(wǎng)絡(luò)地址是通過(guò)插 在變頻器上的Modbus plus通信卡(VW3-A58302)的撥 碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置。

5.軟件配置

IFIX 3.5軟件是運(yùn)行于WIN2000以上的操作平 臺(tái)上的真正的32位應(yīng)用程序。其強(qiáng)大且實(shí)用的各種 功能，使最終的用戶程序十分貼切地滿足應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 上位機(jī)系統(tǒng)的各種監(jiān)視、控制和管理方面的實(shí)際要 求，并在顯示、控制及通信的速度、實(shí)時(shí)性和兼容性等 方面都有優(yōu)秀的表現(xiàn)。

6.結(jié)語(yǔ)

該自動(dòng)配料系統(tǒng)采用智能電子螺旋秤控制方案，具有功能強(qiáng)大、方便靈活、可靠性高、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了配料精度，便于計(jì)量的微機(jī)化控制，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。