一種經(jīng)濟(jì)型微機(jī)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

水泥行業(yè)對微機(jī)配料系統(tǒng)的要求是:能適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(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。我們設(shè)計(jì)了一種基于工業(yè)現(xiàn)場總線的新型微機(jī)配料系統(tǒng)，取得了良好的效果。  

1　微機(jī)配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 

　　微機(jī)配料控制系統(tǒng)由配料控制計(jì)算機(jī)和電氣控制柜2個(gè)基本部分組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
　　 




圖1　微機(jī)配制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 

配料控制計(jì)算機(jī)通過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也是一種簡單的工業(yè)現(xiàn)場總線標(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)備只有簡單的幾根線連接，避免了STD總線配料系統(tǒng)將過多的連線引入微機(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)。 
　　

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)。 
　　

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。 
　　

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，從而使配料系統(tǒng)可以很精確地測出很小的料重。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)對模塊內(nèi)部的影響。 
　　

4050是8路開關(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)測和音響報(bào)警等。 
　　

4050和4017都通過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)都可以通過發(fā)光二極管直觀地顯示出來，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)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)，配料控制計(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)，開始上料。同時(shí)料斗質(zhì)量數(shù)據(jù)通過傳感器輸入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　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 

　　配料程序采用VC++高級(jí)語言編寫，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。配料系統(tǒng)開機(jī)時(shí)在Windows 9X或Windows NT操作系統(tǒng)下執(zhí)行即可。 
　　

配料程序由以下的子程序組成: 
　　

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，該程序完成濾波過程。 
　

3)配料量誤差補(bǔ)償子程序 
　　

配料循環(huán)開始時(shí)，各路上料電振機(jī)將相應(yīng)料倉中的物料通過振動(dòng)加到對應(yīng)的料斗中，計(jì)算機(jī)同時(shí)對各路料斗中的物料質(zhì)量進(jìn)行檢測，當(dāng)達(dá)到配料比例時(shí)，停止對應(yīng)料斗的上料過程，待所有各路料斗的物料穩(wěn)定后，測量料斗的質(zhì)量，分別儲(chǔ)存起來，然后啟動(dòng)開門電動(dòng)機(jī)，將料斗中的物料放落下來，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 
　　

稱重過程中，在一段時(shí)間內(nèi)，若某一路上料或下料的工序無法完成，說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)配料系統(tǒng)的安裝調(diào)試及使用效果 

以河北遷安沙灤水泥廠生料配料系統(tǒng)安裝調(diào)試過程為例，說明微機(jī)配料系統(tǒng)的實(shí)際使用情況。該生料系統(tǒng)共有6臺(tái)斗秤(其中1臺(tái)未用)，配料工藝要求如表1所示。  

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)生過載損壞，我們在實(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，在測量小料重時(shí)電壓信號(hào)的變化范圍較小，有可能影響測量精度，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)選得長一些，這樣系統(tǒng)有充分的穩(wěn)定時(shí)間，而且每次下料量較大，可避免過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)試過程不超過2h，廠方采用化驗(yàn)法來驗(yàn)收配料系統(tǒng)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，該廠的熟料系統(tǒng)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?？梢娫撆淞舷到y(tǒng)性能明顯優(yōu)于STD總線機(jī)配料系統(tǒng)。 

4　構(gòu)成集散系統(tǒng) 

　　在配料控制計(jì)算機(jī)上插入以太網(wǎng)卡，通過工業(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，就構(gòu)成了一個(gè)如圖1所示的兩級(jí)集散系統(tǒng)。 
　　

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，將來可擴(kuò)展到銷售、財(cái)務(wù)等管理功能。 
　　

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)經(jīng)濟(jì)型解決方案。