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一種高性價(jià)比微機(jī)配料儀表的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2019-10-25 09:17:09 |來(lái)源:中國(guó)知網(wǎng)

      水泥生產(chǎn)行業(yè)對(duì)微機(jī)配料儀表的要求是:能適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,運(yùn)行穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),計(jì)量準(zhǔn)確,有數(shù)據(jù)加工處理能力,易于維修,同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的新型微機(jī)配料儀表,取得了良好的效果。

1、微機(jī)配料儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

      微機(jī)配料儀表控制系統(tǒng)由配料控制計(jì)算機(jī)和電氣配料控制柜2個(gè)基本部分組成。配料控制計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485通訊接口和電氣控制柜內(nèi)的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通訊,RS485也是一種簡(jiǎn)單的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),具有良好的抗干擾性和可擴(kuò)展性,在微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊,構(gòu)成微機(jī)的RS485接口,采用這種通訊結(jié)構(gòu)后,微機(jī)和它所控制的設(shè)備只有簡(jiǎn)單的幾根線連接,避免了STD總線配料儀表將過(guò)多的連線引入微機(jī)造成的干擾,因此配料控制計(jì)算機(jī)可采用工業(yè)PC或通用型微機(jī)。
    4050和4017是自行研制的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊,與研華系列的4017和4050,完全兼容,可以方便地互換使用,只是為了適應(yīng)配料現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境,在設(shè)計(jì)上強(qiáng)化了防塵措施和抗干擾措施。   
電氣控制柜由遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊4050、4017、電源板、脈沖觸發(fā)板和可控硅等組成,所有的元器件全部裝在1臺(tái)立式電氣柜內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊,易于維護(hù)。4017是8路模擬量輸入模塊,12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片確保了數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度,從而使配料儀表可以很精確地測(cè)出很小的料重。模擬量輸入部分采用光電隔離芯片,進(jìn)行光電隔離,消除了干擾信號(hào)對(duì)模塊內(nèi)部的影響。4050是8路開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊,4050的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)脈沖放大板,控制電振機(jī)和開(kāi)關(guān)門電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)上料、下料控制,另外可根據(jù)需要,擴(kuò)展其他控制,如磨機(jī)軸溫、磨音監(jiān)測(cè)和音響報(bào)警等。4050和4017都通過(guò)RS485總線與配料控制微機(jī)相連,由于采用總線式結(jié)構(gòu),可以根據(jù)需要,很方便地添加或減少模塊。只要用2根導(dǎo)線與總線掛接,在標(biāo)準(zhǔn)卡槽上安裝或拆除模塊即可。觸發(fā)板采用NE555集成電路構(gòu)成移相觸發(fā)電路。觸發(fā)電路輸入端采用TLP521光耦芯片來(lái)隔離輸入信號(hào),輸出端采用MOC3020光耦接通可控硅觸發(fā)電路,最大限度地實(shí)現(xiàn)了前級(jí)和后級(jí)的電隔離。觸發(fā)板輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都可以通過(guò)發(fā)光二極管直觀地顯示出來(lái),使維修非常方便。電控柜內(nèi)所有的模塊、模板都由單獨(dú)的電源供電,避免了相互之間的干擾。由于采取了上述一系列措施,整個(gè)儀表系統(tǒng)工作非常穩(wěn)定。以失重秤(減量法斗式秤)為例,其工作原理為:將工藝設(shè)定參數(shù),如產(chǎn)量、各路配比等輸入配料控制計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)計(jì)算出具體的各路每次下料量,當(dāng)配料控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行配料程序后,通過(guò)RS485總線向4050模塊發(fā)出控制信號(hào),4050的輸出驅(qū)動(dòng)觸發(fā)板,使可控硅導(dǎo)通,上料電振機(jī)振動(dòng),開(kāi)始上料。同時(shí)料斗質(zhì)量數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器輸入4017模塊,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)RS485口傳入配料控制機(jī),由配料控制計(jì)算機(jī)與工藝設(shè)定值進(jìn)行比較,當(dāng)料重達(dá)到設(shè)定值后,向4050發(fā)出信號(hào),停相應(yīng)的上料電振機(jī),當(dāng)全部電振機(jī)停止后,驅(qū)動(dòng)開(kāi)門電動(dòng)機(jī),將配好的料放到皮帶上,完成一個(gè)循環(huán)。生產(chǎn)過(guò)程中的累積數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在配料控制計(jì)算機(jī)上,隨時(shí)可由管理機(jī)讀取。

2、儀表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

     配料程序采用VC++高級(jí)語(yǔ)言編寫,全部源程序最后編譯成一個(gè)Windows操作系統(tǒng)下的可執(zhí)行文件,2M左右大小,可以方便地復(fù)制、刪除。配料儀表開(kāi)機(jī)時(shí)在Windows 9X或Windows NT操作系統(tǒng)下執(zhí)行即可。儀表配料程序由以下的子程序組成:儀表系統(tǒng)初始化子程序、重量信號(hào)采集子程序、標(biāo)秤子程序、配料量計(jì)算子程序、配料比誤差補(bǔ)償子程序和故障報(bào)警子程序。這里介紹4個(gè)子程序。

1)配料計(jì)算子程序

根據(jù)管理機(jī)下達(dá)的工藝參數(shù)或手動(dòng)輸入的工藝參數(shù),自動(dòng)計(jì)算出各路物料每次下料的質(zhì)量,以及上料和放料時(shí)應(yīng)達(dá)到的稱重值。操作人員輸入的配料比,各路相加之和必須為100%,否則提示操作者是否重新輸入。

2)質(zhì)量信號(hào)采集子程序

由于上料、下料都有沖擊干擾,因此當(dāng)采集質(zhì)量信號(hào)時(shí),進(jìn)行數(shù)字濾波,該程序完成濾波過(guò)程。

3)配料量誤差補(bǔ)償子程序。

配料循環(huán)開(kāi)始時(shí),各路上料電振機(jī)將相應(yīng)料倉(cāng)中的物料通過(guò)振動(dòng)加到對(duì)應(yīng)的料斗中,計(jì)算機(jī)同時(shí)對(duì)各路料斗中的物料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)達(dá)到配料比例時(shí),停止對(duì)應(yīng)料斗的上料過(guò)程,待所有各路料斗的物料穩(wěn)定后,測(cè)量料斗的質(zhì)量,分別儲(chǔ)存起來(lái),然后啟動(dòng)開(kāi)門電動(dòng)機(jī),將料斗中的物料放落下來(lái),進(jìn)行配料,完成一個(gè)配料周期。此時(shí),電振機(jī)、電動(dòng)機(jī)都停止運(yùn)行,再測(cè)量各路料斗的質(zhì)量,與上完料后的各個(gè)料斗的質(zhì)量相減,得出的即是本次該物料的配料質(zhì)量。由于上下物料時(shí)有沖擊,測(cè)量出的料斗質(zhì)量不可能正好達(dá)到配料比例要求,不足或超過(guò)部分,作為誤差,將在下次下料時(shí)予以補(bǔ)償。
4)報(bào)警子程序

稱重過(guò)程中,在一段時(shí)間內(nèi),若某一路上料或下料的工序無(wú)法完成,說(shuō)明上料或下料的通道有障礙,相應(yīng)的報(bào)警指示燈亮,并發(fā)出聲音信號(hào),提醒操作人員及時(shí)處理。

3、微機(jī)配料儀表的安裝調(diào)試及使用效果

       以河北某水泥廠生料配料儀表安裝調(diào)試過(guò)程為例,說(shuō)明微機(jī)配料儀表的實(shí)際使用情況。該生料配料系統(tǒng)共有6臺(tái)斗秤(其中1臺(tái)未用),其中3路斗秤采用100kg秤體(30kg傳感器),另3路采用500kg秤體(50kg傳感器),傳感器采用電流輸出拉力傳感器,輸出為4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),由于秤體本身有杠桿作用,所以每臺(tái)秤的最大稱量能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求。這樣做一是為將來(lái)該廠技術(shù)改造后提高產(chǎn)量留有余地,二是避免非正常生產(chǎn)狀態(tài)下?lián)p壞傳感器,因?yàn)橥.a(chǎn)檢修時(shí)秤體可能受到多人的踩踏和工具的磕碰,較小的傳感器易發(fā)生過(guò)載損壞,我們?cè)趯?shí)際調(diào)試中多次遇到這種情況。 由于4017的輸入信號(hào)是0~5V電壓信號(hào),所以應(yīng)該在信號(hào)輸入端子上并聯(lián)250Ω電阻,將傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),但由于使用的傳感器量程偏大,在測(cè)量小料重時(shí)電壓信號(hào)的變化范圍較小,有可能影響測(cè)量精度,可根據(jù)情況,將并聯(lián)電阻改為500Ω,以增大電壓的動(dòng)態(tài)范圍。 當(dāng)傳感器、電動(dòng)機(jī)、電振機(jī)分別接到電氣控制柜對(duì)應(yīng)的端子后,即可進(jìn)行標(biāo)秤,首先執(zhí)行配料程序,在標(biāo)準(zhǔn)的下拉菜單中選擇“測(cè)量皮重”,然后根據(jù)每路下料量的大小選擇20kg或40kg的砝碼放在秤盤上,同時(shí)輸入砝碼的質(zhì)量,待計(jì)算機(jī)上顯示的傳感器電壓值穩(wěn)定后,按“回車”鍵,計(jì)算機(jī)自動(dòng)形成“電壓-料重”變換系數(shù),這樣即可將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成料重?cái)?shù)據(jù)。 標(biāo)秤完畢后,輸入表1所示的工藝參數(shù)要求。其中周期應(yīng)選得長(zhǎng)一些,這樣配料儀表有充分的穩(wěn)定時(shí)間,而且每次下料量較大,可避免過(guò)小的下料量所造成的誤差,因斗秤系統(tǒng)是瞬時(shí)放料,每次放料過(guò)多,容易放到皮帶以外,因此周期一般取15~20s,失重秤可取25~30s。 此時(shí)選擇“運(yùn)行”,即可進(jìn)行正式生產(chǎn)。全部安裝調(diào)試過(guò)程不超過(guò)2h,廠方采用化驗(yàn)法來(lái)驗(yàn)收配料儀表的配料精度,在正式生產(chǎn)后的第1個(gè)8點(diǎn)班,每隔0.5h取樣化驗(yàn)1次,其中主要指標(biāo)CaO含量值應(yīng)控制在(42.83±0.3)%,不合格試樣僅3個(gè),合格率由原來(lái)的50%左右提高到80%以上,廠方非常滿意。相比之下,該廠的熟料配料儀表采用STD總線機(jī)控制系統(tǒng),從安裝到完全正常生產(chǎn),整整花了3個(gè)月時(shí)間??梢?jiàn)該配料儀表性能明顯優(yōu)于STD總線機(jī)配料儀表。

4、構(gòu)成集散配料儀表系統(tǒng)

    在配料控制計(jì)算機(jī)上插入以太網(wǎng)卡,通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將配料計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)管理計(jì)算機(jī)連接起來(lái),就構(gòu)成了一個(gè)兩級(jí)集散配料儀表。由若干臺(tái)生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制管理級(jí),用來(lái)控制生產(chǎn)計(jì)劃、完成數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量控制、工藝設(shè)定等功能,將來(lái)可擴(kuò)展到銷售、財(cái)務(wù)等管理功能。配料控制儀表由生料配料控制計(jì)算機(jī)、熟料配料控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成基礎(chǔ)控制級(jí),用來(lái)配料控制電氣柜,完成數(shù)據(jù)采集、上料、放料,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料。 控制管理級(jí)計(jì)算機(jī)和基礎(chǔ)控制級(jí)計(jì)算機(jī)之間,通過(guò)以太網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這樣就為整個(gè)廠管理上檔次提供了一個(gè)高性價(jià)比配料儀表解決方案

 

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