0.引言

隨著(zhù)計算機技術(shù)的廣泛應用，國內燒結廠(chǎng)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燒結機配料系統采用計算 機控制，其中生石灰配料應用了電子螺旋秤，較好地 滿(mǎn)足了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結礦的要求。

1.智能電子螺旋秤結構

螺旋秤由稱(chēng)量框架、荷重傳感器、SA201積算儀， 速度傳感器及螺旋給料機、星形卸灰閥及連接固定機 構、軟連接機構、支撐機構、機架等部分組成，如圖1 所示。其中主體部分螺旋秤架是由一臺螺旋給料機和 配重架組合而成，采用一組十字簧片組與支架連接， 構成秤架的支承點(diǎn)，秤架的平衡靠調整配重架上的配 重塊來(lái)實(shí)現。

1.1積算儀

積算儀為引導式菜單操作，具備報警提示、脈沖 輸出功能，并可實(shí)現自動(dòng)模擬或實(shí)物校準以及手動(dòng)/自 動(dòng)空秤調零、零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤等功能；具備角度自動(dòng)補 償、自診斷故障及停電數據保持功能；液晶顯示，同屏 顯示流量、累計量、速度（載荷或時(shí)間）等數據；壁掛式 金屬板噴塑外殼，防水、防塵、防強磁場(chǎng)干擾；具備通信、打印、4?20mA模擬電流輸出等功能。

1.2稱(chēng)重傳感器及連接固定機構

螺旋給料機與稱(chēng)重傳感器及連接固定機構的連 接部位焊接加強板，稱(chēng)重傳感器及連接固定機構上端 通過(guò)固定螺栓與加強板聯(lián)接，下端由調節定位塊調整 水平度，并與機架聯(lián)接。采用的加強板是一塊帶圓弧 形的鋼板或類(lèi)似物，配焊方便，保證輸送機具有足夠 的強度和剛度；采用的調節定位塊由兩塊截面類(lèi)似為 三角形的物塊組成，可方便調整螺旋給料機的水平位 置，通過(guò)固定螺栓來(lái)調整螺旋給料機的限位，設備調 整好后焊接固定，稱(chēng)重傳感器和加強塊之間放置減振 椽膠板，消除振動(dòng)影響。

1.3支撐機構

螺旋給料機與支撐機構的連接部位焊接加強板， 支撐機構上端與加強板聯(lián)接，下端與機架聯(lián)接，支撐 機構通過(guò)連接軸和椽膠軸承聯(lián)接。導氣管安裝在出料 口端，一端與螺旋給料機聯(lián)接，另一端聯(lián)接到上級給 料機構。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軟連接機構

對給料機的進(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成為獨立單元，消除外界因 素對計量精度的影響。

2.電子螺旋秤的測量原理和瞬時(shí)速度的測量

2.1電子螺旋秤的測量原理

如果螺旋運輸機以勻速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內的總輸送量 為：

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

只需測出q (t)和v(t)，便可得出T時(shí)間內的物料 總重。

2.2瞬時(shí)速度的測量

使用國內比較先進(jìn)的電感式傳感器來(lái)檢測螺旋 給料機的瞬時(shí)運行速度。這種傳感器具有檢測可靠、 運行平穩、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(xiàn)圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)。有效的磁場(chǎng)集中在傳感器感應面 的表面，如果測試目標是由導電材料構成，當其靠近 感應面時(shí)，目標內便產(chǎn)生渦流，消耗振蕩器能量，導致 振蕩電路衰減，振蕩器振幅因此而下降。一旦降至某 一振幅，后級觸發(fā)電路便開(kāi)始工作，到達某一感應范 圍時(shí)便可得到開(kāi)關(guān)輸出。

在驅動(dòng)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，轉動(dòng)時(shí)齒盤(pán)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(xiàn)圈內 便感應出交變電動(dòng)勢，其頻率：

式中，z為齒盤(pán)的齒數;n為電機的轉速，r/min。 根據所得脈沖求得頻率值f，進(jìn)而可得螺旋給料 機的瞬時(shí)速度。

3.自動(dòng)配料系統的構成

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

自動(dòng)配料系統加電后，皮帶驅動(dòng)電機開(kāi)始旋轉, 微機根據當前操作控制電機轉速。料斗中的物料落在 落料區，經(jīng)皮帶運送到達稱(chēng)重區，由電子螺旋秤對皮 帶上的物料進(jìn)行稱(chēng)重。稱(chēng)重傳感器根據所受力的大小 輸出一個(gè)電壓信號，經(jīng)變送器放大，輸出一個(gè)正比于 物料重量的計量電平信號。該信號送至上位機的接 口，經(jīng)采樣并轉換成流量信號，在上位機上顯示當前 流量值。同時(shí)將此流量信號送至PLC接口，與上位機 設定的各種配料給定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行調節運 算，其控制量送至變頻器，以此來(lái)改變變頻器的輸出 值，從而改變驅動(dòng)電動(dòng)機的轉速以調整星形卸灰閥的 閥門(mén)開(kāi)度，調節生石灰下料量，以調整給定量，使之與 設定值相等，完成自動(dòng)配料過(guò)程。

電子螺旋秤稱(chēng)量的是瞬時(shí)流量，上位機給出的是 設定流量，二者在實(shí)時(shí)計量中有所偏差。在流量實(shí)際 控制中采用工業(yè)控制中，應用最為廣泛的PID調節, 根據流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(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)調節時(shí)，以主料成分的流量計量為依 據，根據生產(chǎn)工藝要求，通過(guò)上位機設定總流量及主、 輔料配比參數，按配方比例摻雜其余輔料。流量計量 控制是計量偏差與變頻調速的結合，具有結構簡(jiǎn)單、 穩定性好、工作可靠和調整方便等優(yōu)點(diǎn)。

4.稱(chēng)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 (可節省一通信模塊)。另外，為該系列PLC設計的稱(chēng)重 模塊具有較強的功能，比如該模塊上集成了 RS-485 串口，可直接與稱(chēng)重傳感器進(jìn)行串行通信，保證了信 號的傳輸精度，提高了可靠性；該模塊還集成了 PID 調節器，可直接進(jìn)行物料給定的閉環(huán)運算，并通過(guò)底 板并行總線(xiàn)與CPU模塊交換數據。

施耐德變頻器ATV58系列提供了 3種通信功能: 集成在本機上的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)現的低速通信接口（如Uni-Telay、Modbus 等)。設計中，選用Modbus plus通信卡VW3-A58302。

上位機采用研華工控機，并安裝Windows NT下 的FIX實(shí)時(shí)監控組態(tài)軟件作為監控、數據采集及數據 管理軟件系統的開(kāi)發(fā)平臺。該計算機通過(guò)MB+網(wǎng)絡(luò )適配器SA85與MB+網(wǎng)絡(luò )通信。

其它網(wǎng)絡(luò )設備組件包括MB+站分支電纜（9針D 型節點(diǎn)電纜)、MB+分支器（干纜分支器)、MB+網(wǎng)線(xiàn)電 纜、中繼器(RR85)、Modicon Ethernet to Modbus plus 網(wǎng) 橋等。

上位機、PLC、變頻器等設備的網(wǎng)絡(luò )地址均需在硬 件上設置，而且每一站點(diǎn)的地址是唯一的。上位機的 網(wǎng)絡(luò )地址是通過(guò)插在上位機擴展槽中的SA85網(wǎng)絡(luò )適 配器來(lái)設置的；PLC的網(wǎng)絡(luò )地址是通過(guò)CPU模塊后的 2個(gè)旋轉開(kāi)關(guān)進(jìn)行設置；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)行設置。

5.軟件配置

IFIX 3.5軟件是運行于WIN2000以上的操作平 臺上的真正的32位應用程序。其強大且實(shí)用的各種 功能，使最終的用戶(hù)程序十分貼切地滿(mǎn)足應用現場(chǎng)對 上位機系統的各種監視、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。

6.結語(yǔ)

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