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一、簡介

本文介紹了河北秦皇島市某有限公司生產(chǎn)的原料連續(xù)稱量配料控制系統(tǒng)的設(shè)計方案與功能描述，該配料系統(tǒng)采用先進的 SIEMENS（西門子）PLC、工業(yè)控制計算機及 PANTHER 電子稱量設(shè)備。其主要組成部分包括動力部分、控制部分、喂排料部分及稱量部分等，是為浮法玻璃生產(chǎn)設(shè)計的計算機全自動控制控制系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)設(shè)計要求

1.料倉部分設(shè)計：

配料車間使用排倉式儲料，共設(shè)粉料倉 8 個、碎玻璃料倉 1 個，粉料倉的出口處有活化漏斗（碎玻璃和石灰石用絲杠閘門），料倉的活化漏斗出口處通過軟連接至喂料機的入口處，系統(tǒng)將根據(jù)料倉物料流動情況來決定活化漏斗的啟動情況，保證物料供給的正常。

2.喂料部分

喂料部分包括活化料斗和喂料設(shè)備（電磁振動給料機或螺旋輸送機,根據(jù)物

料的實際量程選擇不同的規(guī)格）

芒硝加料團破碎機。

3.秤量部分設(shè)計

秤量部分采用三傳感器電子斗秤，秤斗上安有除塵口并與集料皮帶導(dǎo)料槽相通,以防止粉塵的外泄。秤量系統(tǒng)采用“減量法”秤量方式。排料采用電磁振動給料機。排料應(yīng)有分時操作的功能，使物料均勻的鋪成夾層狀態(tài)。芒硝和煤粉先入預(yù)混機混合，預(yù)混機同其他物料同時排料。碎玻璃均勻的撒在混合料上。

電子秤的靜態(tài)精度：國家Ⅲ秤標準（經(jīng)計量部門檢定）

電子秤的動態(tài)精度：95%以上的單料誤差≤3 個 d

4.物料的混合控制

配合料皮帶將物料通過中間復(fù)合秤放入混合機內(nèi)，完成物料的混合操作?；旌狭嫌苫旌蠙C排入料倉經(jīng)流槽至混合料皮帶機送入窯頭料倉，混合機型號3750L。

5.砂巖在線測水

選用在線測水技術(shù)，混合機加水系統(tǒng)應(yīng)與在線測水相連接，按照設(shè)定值自動調(diào)節(jié)加水量，測水裝置不應(yīng)有放射污染。

6.控制系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)具有全自動、半自動和手動的功能。系統(tǒng)的控制由料倉的出口直至將合格的混合料送到窯頭料倉。

配料部分、混合部分和輸送部分的控制全部來自配料控制室，控制室內(nèi)有模擬顯示屏及工業(yè)電視來監(jiān)視全部的生產(chǎn)過程。

控制室應(yīng)有混合機、配料皮帶機、混合料皮帶機等設(shè)備的電流表，該系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有連鎖功能。
稱量控制系統(tǒng)（計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）采用上位機+可編程控制器的形式，應(yīng)具有以下功能：

稱量控制系統(tǒng)應(yīng)有掉電保護功能；

上位機管理系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)；

系統(tǒng)具有自診斷功能；

具有過沖量自動修正和點動補料功能；

配方及設(shè)定值的管理及傳送；

自動控制混合機加水；

超差報警及故障打印；

友好的人機界面，多種使用權(quán)限多種口令限制；

顯示、打印當前配方和生產(chǎn)報表；

顯示、打印、存儲各種物料的班、日、月的單耗和總耗；

7.配料控制系統(tǒng)工作條件

1、 水壓：0.3 MPa，水溫：85℃
2、 蒸汽壓力：0.3 MPa
3、 壓縮空氣壓力：0.5 Mpa
4、 電源：三相 380V；單相 220V 50HZ

三、配料系統(tǒng)實現(xiàn)原則
系統(tǒng)在設(shè)備選型和實施過程中遵循以下下原則：

通用性：在選型過程中充分考慮備件購買的方便性，在滿足設(shè)計要求的情況下盡量選擇通用設(shè)備標準性：在選型和編程中使用標準方法以盡可能得到系統(tǒng)設(shè)備廠商的將來可能提供的升級支持可靠性：盡可能的增加異常檢測，同時考慮非關(guān)鍵設(shè)備故障時系統(tǒng)的容錯性，提高系統(tǒng)可靠性；對于關(guān)鍵設(shè)備，使用冗余方法，將故障停機時間縮短到最小
四、原料配料控制系統(tǒng)硬件簡介

卓越的控制方式
可以選擇為全自動控制方式、半自動控制方式及手動控制方式。

全自動控制方式：在這種方式下計算機作為上位機，PLC 作為一個站，系統(tǒng)起停由計算機控制，配方數(shù)據(jù)由計算機寫入，計算機把數(shù)據(jù)傳送給 PLC 進行啟動配料設(shè)備、自動喂排料、各種原料稱量校驗、加水汽混合，皮帶傳送進倉，并對配料過程進行監(jiān)控及有關(guān)數(shù)據(jù)進行處理、制表、打印報單。

半自動控制方式：在不用計算機情況下，PLC 能獨立工作，配方料單由 SIMATIC 2OP7 觸摸屏輸入，PLC 自動完成啟動配料設(shè)備、自動喂排料、各種原料稱量校驗、加水汽混合，皮帶傳送進倉，此種方式不能打印報單。

手動控制方式：操作臺設(shè)有手動方式開關(guān)，可以通過選擇開關(guān)選擇

手動方式，通過手動按鈕啟停各類設(shè)備，啟動配料設(shè)備、手動喂排料、手動加水汽混合，皮帶傳送進倉。

本配料控制系統(tǒng)是一個三級冗余的控制系統(tǒng)，將系統(tǒng)按模塊分隔，互相聯(lián)系，又可以自然地分開，計算機自動方式是要經(jīng)常使用的方式，操作者只需按啟動或停止按鈕，系統(tǒng)就會自動啟動各類設(shè)備，自動的將一批批混合好的物料送至窯頭料倉，并帶有數(shù)據(jù)管理功能。

可靠的動力部分
動力部分包括 4 個控制柜，分別為 D1～4 柜。D1 柜為總電源開關(guān)柜；D2 柜為喂排料電磁振動給料機驅(qū)動柜，外配交流電源穩(wěn)壓器，對輸入電源進行穩(wěn)壓，減小電磁振動給料機對上級電源的沖擊；D3 柜為除塵風(fēng)機、配料輸送帶、混合料輸送帶及預(yù)混機、白云石、純堿、絞刀、及加水泵控制柜；D4 柜為混合機控制柜（軟啟動）。

針對計算機、PLC、稱重儀表等設(shè)備，設(shè)置 1 臺 UPS，保證了計算機、PLC、儀表的電源質(zhì)量。

先進的控制部分
控制部分包括 T1～4 柜。T1～2 柜為八種原料喂排料控制及稱重顯示；T3 柜為 SIMATIC OP7、測水儀表安裝柜；T4 柜為模擬盤、PLC 及其外圍繼電器電路。
PLC 采用 SIEMENS（西門子）SIMATIC S7-300，CPU315，是適用于中、大型規(guī)模的可編程控制制器，它具有高速、堅固、通訊能力強、人機界面操作良好的特點。

SIMATIC S7-300 通過其 MPI（多點接口）可以與編程器或 PC 機，操作員面板 SIMATIC OP27 連接，進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)操作員控制和監(jiān)控功能。在計算機中可以存儲每批、每班、每日、每月的配料情況及報警信息?？梢源鎯?、調(diào)顯或打印各種物料的班、日、月單耗和總耗。

SIMATIC S7-300 通過其 PROFIBUS-DP 與各分稱、測水儀表連接形成網(wǎng)絡(luò)，進行數(shù)據(jù)傳送。

SIMATIC S7-300 通過其 I/O 接口及其外圍繼電器矩陣對各類設(shè)備進行控制，實現(xiàn)配料線自動控制。

SIMATIC S7-300 設(shè)有 SIMATIC OP27 良好的人機界面，在不用計算機情況下，操作員可以通過它進行料方設(shè)定，干混、加水及加汽時間設(shè)定，報警確認等，操作方便。
模擬盤用高亮度的 LED 顯示整個配料控制系統(tǒng)自動控制過程中的配料流程、各個現(xiàn)場設(shè)備的位置及工作狀態(tài)，清晰明朗，一目了然。操作臺對各類設(shè)備起停均設(shè)有自動方式、控制室手動方式及現(xiàn)場手動方式,便于設(shè)備的啟動及檢修。

可靠的喂排料部分

配料控制系統(tǒng)平臺共設(shè)九種原料配料裝置，分別為砂巖粉、長石、白云石、純堿、芒硝、碳粉、石灰石、水、碎玻璃。

硅砂及純堿料倉底安裝有 VBA 系列料斗活化器，它具有良好的閘閉作用，它周期性振動，能有效地消除各種料倉的起拱、堵塞和粘倉現(xiàn)象。在振動過

程中，松散物料的內(nèi)摩擦力得到補償，對料倉倉壁的外摩擦力減小，提高了料倉的使用壽命。

白云石、純堿喂料采用絞刀方式，可緩沖白云石料對稱斗的沖擊，防止白云石料“放炮”的現(xiàn)象，其它原料喂排料均采用 DMA 電磁振動給料機，它

可以把顆粒狀及粉狀物料從存儲倉或漏斗中均勻地、連續(xù)定量地傳送給皮帶。電磁振動給料機由可控硅控制板驅(qū)動，通過控制其振幅大小，來控制物料流量。它可以瞬時的改變和啟閉料流，所以給料精度高。
為保證排料時料流的平穩(wěn)，在部分原料：長石、石灰石、純堿、中間倉的秤斗上安裝有 K36 旋風(fēng)式氣震器，排料時間歇動作，使秤斗產(chǎn)生抖動，以消除斗壁的粘料及斗內(nèi)蓬料。喂排料均設(shè)有手動及自動兩種方式。
芒硝、碳粉兩種原料先排入小混合機進行預(yù)混后，再排向配料輸送帶。

排料采取延時排放方式，排放于配料輸送帶，進入中間站前各種物料分層疊加，有利于物料充分混合。

精確的稱量部分
稱量部分設(shè)十一個稱量單元，分別為砂巖（1）、砂巖（2）、白云石、石灰石、長石、純堿、芒硝、碳粉、水、碎玻璃及中間站總校驗。每個稱量單元由三個電阻應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)和稱重顯示儀表 PANTHER（磐獅）組成。

PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表具有如下特點：
7 位熒光段碼顯示器，亮度高；
一體化 PCB 板結(jié)構(gòu)，模塊化樹形結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定菜單；

雙向 ProfiBus 總線接口，稱重數(shù)據(jù)傳送功能；標準模擬傳感器輸入接口，可驅(qū)動 8 只 350 歐姆的傳感器；最大顯示分度數(shù) 10，000d；寬電源電壓 85～364V，100VAC、120VAC、230VAC；

PANTHER 的設(shè)計符合有關(guān)國際計量和電氣安全標準，以及電磁兼容性標準。 稱量方式采用減量法（WIGHTOUT）稱量，單速喂料，雙速排料。“減量法”

亦稱二次稱量方式，首先單速進行喂料操作，其喂料值要大于實際配方值，所有秤喂料操作結(jié)束后，示儀清零進行排料操作，排料分為快排和慢排兩個過程，快排縮短了稱量周期，而慢排保證了稱量精確度。稱量部分設(shè)中間站，即把所有生料合起來進行一次稱量，在進入混合機前進行最后一次檢驗，核對分稱和值與中間站稱量值，以避免錯料入倉。

先進的測水設(shè)備

針對砂巖含水量的波動，測水裝置采用先進的德國進口電容測水儀，裝置穩(wěn)定性好、精確度高，安全無放射輻射、測水范圍 0～15%，測水精度 0.1%?？筛鶕?jù)不同產(chǎn)地的砂巖預(yù)存多大 100 條修正測水曲線，以達到精確的測量，和方便用戶變料。

優(yōu)越的加水方式

加水方式為水稱加水方式。

水稱加水方式是根據(jù)混合料要求的水分值和各原料所測的水分值計算出所補充的水重量，通過快慢喂水閥向水稱稱斗注水，進行稱量，當達到要求時喂水閥關(guān)閉。此種方式加水量精確。

五、原料配料控制系統(tǒng)軟件功能簡介

1、稱量管理

配方編輯。提供配方數(shù)據(jù)的喂料值，含水率，排料值，慢排（喂）值，允許誤差，懸浮量的編輯和保存

配方下載。提供配方數(shù)據(jù)下載到控制器中

配方打印。可根據(jù)用戶需求，提供配方打印參數(shù)設(shè)置。提供混合機干混時間，混合機濕混時間，混合機排料時間，中間倉排料時間，預(yù)混混合時間，預(yù)混排料時間，喂料超限時間，排料超限時間，加汽時間，加汽引入水份的編輯，保存和下載。

測水設(shè)備設(shè)置。提供測水設(shè)備的使用不用選擇，水份波動上下限，水份默認值的編輯，保存和下載。

過沖量自動修正和點動補料功能。能夠以操作員設(shè)置的懸浮量為基礎(chǔ)，系統(tǒng)通過計算實際懸浮量進行修正，對于懸浮量設(shè)置過小采用點動補料，已保證稱量準確?；旌蠙C加水自動補償。根據(jù)實測砂巖含水率的變化，自動調(diào)整混合機加水的設(shè)定值。

2、配料系統(tǒng)監(jiān)控

提供各臺秤的毛重，稱量的監(jiān)控

提供混合機，預(yù)混機的工作狀態(tài)和相關(guān)門的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控

提供皮帶、除鐵器、除塵器的工作狀態(tài)監(jiān)控

提供各種物料的喂、排料狀態(tài)監(jiān)控

提供混合機干混、濕混、加水、加汽、排料狀態(tài)監(jiān)控

使用工業(yè)攝象機對混合料輸送皮帶上的物料進行實時監(jiān)控

3、系統(tǒng)報警監(jiān)控

系統(tǒng)提供如下報警：

喂（排）料超差

排除廢料

預(yù)混機門未關(guān)好

預(yù)混機門未開好

混合機排門未關(guān)好

混合機排門未開好

中間倉門未關(guān)好

中間倉門未開好

皮帶未啟好

喂料時間過長

排料時間過長

物料含水超限

物料含水波動超限

翻板不在位

儀表未及時切換凈重、毛重

配料儀表通訊故障

計算機與控制器通訊故障

4、實時打印

系統(tǒng)提供可選的實時打印功能，可由用戶設(shè)置。如果用戶選擇了實時打印功

能，在每批料配料完成后打印該批料的實際配料數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)檢測到每個報警發(fā)

生后也自動打印報警數(shù)據(jù)。

5、歷史數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)由于采用標準數(shù)據(jù)庫和微軟的 ActiveX 技術(shù)，可以很方便的實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的管理，系統(tǒng)提供如下歷史數(shù)據(jù)管理功能：

歷史報警查詢：可根據(jù)用戶輸入的任意時間段，對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和打印。

歷史配料數(shù)據(jù)查詢?？筛鶕?jù)用戶輸入的任意時間段，對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和打印。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出。可根據(jù)用戶輸入的任意時間段，將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出。系統(tǒng)支持Office 系統(tǒng) Excel 和 Access 格式的導(dǎo)出,歸檔。數(shù)據(jù)刪除。可根據(jù)用戶輸入的任意時間段，將歷史數(shù)據(jù)刪除。

6、系統(tǒng)權(quán)限管理
系統(tǒng)支持多級權(quán)限，可以由系統(tǒng)管理員增加、刪除操作員，并指定操作員權(quán)限。在使用系統(tǒng)時，首先要登錄系統(tǒng)，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶使用。
7、系統(tǒng)冗余

系統(tǒng)以 SIMATIC S7-300 作為邏輯控制單元，以 OP27 和工業(yè)計算機作為操作終端。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)能夠保證在上位機故障時，通過 OP27 進行配方的輸入和配料狀態(tài)的監(jiān)控，保證正常配料。在上位機正常工作時，又能通過 OP27 檢驗上位機的工作狀態(tài)。

 

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