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詳細介紹 | |||
自動配料系統(tǒng)
1概述 自動配料系統(tǒng)是一種用于工業(yè)(如混凝土配料),農(nóng)業(yè)(如飼料配料)生產(chǎn)上自動化的配料設備,通常是由帶有自動配料算法軟件的電腦(微機)作為其自動配料的控制系統(tǒng)。
2種類
1,主從式分布控制微機配料控制系統(tǒng) 這種全自動配料控制系統(tǒng)的設計是采用主從式結構,將多臺單片微機連接成功能強大的系統(tǒng),可應用于大型混凝土配料站,同時配料的物料可以多達9~12種。
2,失重秤自動配料系統(tǒng) 在化工、建材、冶金等行業(yè)經(jīng)常要進行多種物料的連續(xù)配料,因此經(jīng)常使用失重秤.由于失重秤秤體是基于斗式秤的結構,能直接進行砝碼標定,通過對秤斗各瞬間 重量的測試計算出實際排料量,再進行閉環(huán)調整,從而可以達到較高的控制精度,一般而言累計精度為0.5%.由于是斗式結構,標定,這種系統(tǒng)維護也比皮帶秤 容易得多.
3,率值配料系統(tǒng) 率值配料不是一個新概念。早在1987年河南硅酸鹽學會的劉篤新工程師在《河南建材》上發(fā)表的《關于水泥生料配料公式研究》中就提出了率值配料的概念,1991年還出版專著《水泥生料配料的率值公式法》,詳細探討了生料反饋回調的各種方法,證明在原材料成分波動時單控制生料CaO、Fe2O3不能穩(wěn)定生料三率值,進一步明確了率值配料的概念。他沒有止步于揭示鈣鐵控制的缺陷,而是進一步研究了6種回調方法,提出了鈣鐵控制下保證率值合格的佳回調方法,大限度地避免了鈣鐵控制的缺陷。水泥廠目前普遍采用的回調方法實際上就是劉篤新工程師倡導的方法。此后,率值配料的理論并沒有新的突破。目前率值配料的基本假定是:要實現(xiàn)率值配料必須要測定出生料硅、鐵、鋁、鈣4種化學成分。
3工作原理 自動配料系統(tǒng)的恒流量控制采用PID調節(jié),流量計量控制是計量偏差與變頻調速的結合。依據(jù)系統(tǒng)工藝流程介紹了配料系統(tǒng)的流量控制方式和系統(tǒng)控制過程,詳細講述了PLC的選型及PLC配料系統(tǒng)變頻控制中的硬件設置、參數(shù)設定和軟件設計過程。 自動配料系統(tǒng)是精細化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序,配料工序質量對整個產(chǎn)品的質量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng),各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格地協(xié)調控制,對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調節(jié)。系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制網(wǎng)絡,通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中,將主料與輔料按一定比例配合,由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機輸送的物料進行計量。PLC主要承擔對輸送設備、秤量過程進行實時控制,并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警,同時向變頻器輸出信號調節(jié)皮帶機轉速的作用。
1.自動配料系統(tǒng)的構成 自動配料系統(tǒng)由5臺電子皮帶秤配料線組成,編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、,其中1#~4#為一組,1#為主料秤,其余三臺為輔料秤。當不需要添加輔料時,5#電子秤單獨工作輸送主料。系統(tǒng)具有恒流量和配比控制兩種功能。對于恒流量控制時,電子皮帶秤根據(jù)皮帶上物料的多少自動調節(jié)皮帶速度,以達到所設定流量要求。以主秤(1#)系統(tǒng)工藝流程來分析,工藝流程如圖1所示。
自動配料系統(tǒng)加電后,皮帶驅動電機開始旋轉,微處理機根據(jù)當前操作控制電機轉速。料斗中的物料落在落料區(qū),經(jīng)皮帶運送到達稱重區(qū),由電子皮帶秤對皮帶上的物料進行稱重。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小輸出一個電壓信號,經(jīng)變送器放大,輸出一個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)采樣后并轉換成一個流量信號,在上位機上顯示當前流量值。同時將此流量信號送至PLC接口,與上位機設定的各種配料給定值進行比較,然后進行調節(jié)運算,其控制量送至變頻器,以此來改變變頻器的輸出值,從而改變驅動電動機的轉速。調整給定量,使之與設定值相等,完成自動配料過程。
流量就是一定時間內皮帶上走過的物料量。電子皮帶秤稱量的是瞬時流量,上位機給出的是設定流量,二者在實時計量中有所偏差。在流量實際控制中采用工業(yè)控制中應用為廣泛的PID調節(jié),根據(jù)流量偏差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制,控制量輸入和輸出(誤差)之間的關系在時域中可用公式表示如下:
公式中e(t)表示誤差、控制器輸入,u(t)是控制器的輸出,kp為比例系數(shù),Ti為積分時間常數(shù),Td為微分時間常數(shù)。圖2為系統(tǒng)流量PID閉環(huán)調節(jié)結構圖。在生產(chǎn)過程進行自動調節(jié)時,以主料成分的流量計量為依據(jù),根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過上位機設定出總流量及主、輔料配比參數(shù),按配方比例摻雜其余輔料。流量計量控制是計量偏差與變頻調速的結合,具有結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠和調整方便等優(yōu)點。
當自動配料系統(tǒng))開始工作時,啟動配料生產(chǎn)線。首先系統(tǒng)程序進行初始化,通過上位機或觸摸屏設置配料配比,檢查料斗有無物料。若無物料,向料斗送料,啟動配料生產(chǎn)線,由電子皮帶秤進行稱重并實時計量,CPU計算得實時流量及累計流量。若設定流量與實際流量有偏差,調節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設定值與實際流量的偏差,經(jīng)PID調節(jié)改變輸出信號以控制變頻器對輸送電機的速度調節(jié),從而實現(xiàn)恒流量控制。根據(jù)配比各輔料同時混合計量,并按配方工藝要求添加。系統(tǒng)主程序控制流程如圖:
自動配料系統(tǒng))中主、輔料秤由可編程控制器(PLC)和上位機實現(xiàn)兩級控制?,F(xiàn)以1#~4#四臺電子皮帶秤的PLC控制分析為例,每一電子皮帶秤有一臺皮帶驅動電機,兩個料位傳感器,一個速度傳感器,一個稱重傳感器,一臺變頻器,它們構成了被控對象。電動機的啟、停由開關量控制,PLC數(shù)字量輸出信號作為變頻器的控制端輸入信號,經(jīng)變頻器調制輸出高頻脈沖給皮帶驅動電機。料位傳感器檢測料斗有無物料,速度傳感器測量電機的轉速。系統(tǒng)需8個數(shù)字量輸入信號,25個開關量輸入信號和24個開關量輸出信號,I/O點總數(shù)量為57。I/O點數(shù)量和類型如表1所示。
公司的SIMATICS7-/300,屬于模塊化小型PLC系統(tǒng),各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統(tǒng)。
根據(jù)系統(tǒng)被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮,選用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP。CPU315-2DP是唯一帶現(xiàn)場總線(PROFIBUS)SINECL2-DP接口的CPU模板,具有48KB的RAM,80KB的裝載存儲器,可用存儲卡擴充裝載存儲容量大到512KB,大可擴展1024點數(shù)字量或128個模擬量。根據(jù)統(tǒng)計出的I/O點數(shù)選擇一個直流32點和一個16點的SM321數(shù)字量輸入模塊和一個32點SM322繼電器輸出模塊。
3.2變頻器選型及其功能設定 河南大航公司提供了FR-A540系列變頻器與該公司的標準電機相匹配時的技術參數(shù)。采用三菱的標準電機,1#皮帶機額定功率2.2KW,2~4#皮帶機額定功率為0.4KW,額定電壓380V,額定電流5A,轉速1420r/min,調速范圍120~1200r/min。三菱FR-A540變頻器自帶有PID調節(jié)功能,根據(jù)自動配料系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求進行PID控制,需要檢測設定的部分參數(shù)設定如下:
?、?Pr.1=50 Hz, Pr.2= 5 Hz,本系統(tǒng)Pr.18=120 Hz不變。 ?、?Pr.19=9999,與電源電壓相同 ?、?Pr.7=2s,加速時間(7.5K以下出廠設定值5s,0~3600s/0~360s) Pr.8=2s,減速時間(7.5K以下出廠設定值5s,0~3600s/0~360s) ④ Pr.9 由電機額定值決定 ⑤ Pr.14=0,適用恒轉矩負載 ?、?Pr.79=3,外部/PU組合操作模式 ?、?Pr.183=8,實現(xiàn)RT開關=REX開關 ?、?Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132 、Pr.133、Pr.134根據(jù)現(xiàn)場PID調節(jié)具體要求來設定。
STEP7是西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言,它是一種可運行于通用微機中,在WINDOWS環(huán)境下進行編程的語言。通過STEP7編程軟件,不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程,并通過轉接電纜可直接送入PLC的內存中執(zhí)行,而且在調試運行時,還可在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷情況,甚至進行在線修改程序中變量的值,給調試工作也帶來極大的方便。
STEP7將用戶程序分成不同的類型塊。程序塊分為兩大類:系統(tǒng)塊和用戶塊。用戶塊包括:OB=組織塊,F(xiàn)B=功能塊,F(xiàn)C=功能,DB=數(shù)據(jù)塊。主程序可以放入“組織塊”(OB)中,而子程序可以放入“功能塊”(FB或FC)中。
在本系統(tǒng)中,PLC的主要任務是接受外部開關信號(按鈕、繼電器觸點)和傳感器產(chǎn)生的數(shù)字信號的輸入,判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件,以完成相應的控制任務。除此之外,另一個重要的任務就是接受工控機(上位機)的控制命令,以進行自動配料控制。
自動配料程序共有OB1及FC1至FC6等7個“塊”。OB1是主程序,通過6個“CALL”調用語句,依次調用FC1至FC6等功能模塊,達到組織整個程序的目的。程序中6個功能塊的任務分配如下所示:
FCl負責系統(tǒng)開始運行以及運行方式的設定;FC2負責對系統(tǒng)的停止; FC3負責計量泵和計量泵配比控制;FC4負責故障、事故處理控制; FC5負責對變頻器的控制;FC6負責指示燈的顯示控制。
4主要功能 監(jiān)控功能:對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數(shù)進行檢測和監(jiān)視; 畫面顯示:通過計算機顯示器可顯示配料過程中有關控制參數(shù)的運行狀況,以及顯示實時配料曲線和表格; 打印管理:可隨時打印配料報表,以便保存和查詢; 通訊功能:工控機與PLC和儀表之間進行可進行雙向數(shù)據(jù)及信息交換; 數(shù)據(jù)處理:配料系統(tǒng)可自動對采集的信號進行運算處理,并輸出到相應的控制量; 控制功能:根據(jù)操作前相應的設定值,自動控制設備的正常運行,包括PID調節(jié); 報警功能:上位機以畫面方式和聲光信號方式對各種參數(shù)超限或設備狀態(tài)異常進行報警。
配料系統(tǒng)結構是怎樣的? 本配料系統(tǒng)由一套PLC配料系統(tǒng)和一套上位機監(jiān)控配料系統(tǒng)組成。PLC配料系統(tǒng)由碩人時代STEC系列控制器和儀表及通訊電纜組成,STEC控制器之間用 以太網(wǎng)通訊,控制器還提供RS232、RS485接口和ADSL、GPRS、CDMA、光纖等通訊,上位機監(jiān)控配料系統(tǒng)采用 Windows操作配料系統(tǒng),安裝碩人時代SRDev2.0編程軟件及HOMS5.0組態(tài)軟件。 |
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