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0 引言

PLC是面向工業(yè)發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制器 , 它將計(jì)算機(jī)的編程靈活、 功能齊全、 應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái) , 且其本身又具有體積小、 重量輕、 耗電省等特點(diǎn) , 在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年 , 在電石廠、冶煉廠、 鋼鐵廠等重型工業(yè)的配料系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)中廣泛采用了 PLC控制 , 改善了工人的工作環(huán)境 , 精簡(jiǎn)了操作人員 , 減少了配料中的人為誤差 , 取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 配料系統(tǒng)工作原理

某冶煉硅鐵廠的自動(dòng)配料生產(chǎn)工藝流程見圖 1 。配料系統(tǒng)是鐵合金冶煉中原料系統(tǒng)的重要組成之一。原材料焦炭和硅石通過破碎、篩選后 , 由配料系統(tǒng)按照其大小不同分別送入日料倉(cāng) , 每個(gè)料倉(cāng)下有一個(gè)稱量電子秤。 根據(jù)冶煉工藝要求 , 配料操作人員分別在大焦、 小焦、 硅石和附加料的電子秤設(shè)定所需質(zhì)量值和料的批數(shù)。 按下啟動(dòng)按扭 , 首先電子秤測(cè)量稱量料斗的皮重, 將皮重存入電子秤并顯示皮重, PLC檢測(cè)日料倉(cāng)、 稱量料斗倉(cāng)門的合位信號(hào) , 當(dāng)各料斗門合位到位 , 啟動(dòng)配料皮帶 , 輸出控制信號(hào)打開料倉(cāng)下的氣壓閥 , 開始下料 , 配料皮帶將料送入稱量料斗 (每個(gè)稱量料斗內(nèi)裝有兩個(gè)稱量傳感器 ) ,電子秤連續(xù)檢測(cè)稱量料斗的質(zhì)量并連續(xù)顯示質(zhì)量值。 當(dāng)質(zhì)量值達(dá)到該稱量料斗的設(shè)定值時(shí) , 電子秤給 PLC發(fā)信號(hào) , PLC輸出信號(hào)關(guān)閉料倉(cāng)閥門和配料皮帶電機(jī) , 停止給料 , 然后啟動(dòng)運(yùn)料皮帶 , 開啟稱量料斗底門 , 運(yùn)料皮帶將物料送入斜橋料斗 , 料斗通過斜橋?qū)⑽锪纤腿胨膶迎h(huán)行布料小車 , 完成一個(gè)稱量運(yùn)料過程。 當(dāng)斜橋料斗送完物料返回到裝料地溝處時(shí) , PLC進(jìn)行下一個(gè)配料過程。PLC記錄配料批數(shù) , 當(dāng)配料的設(shè)定批數(shù)到時(shí) , 所有的設(shè)備停止運(yùn)行 , 處于準(zhǔn)備狀態(tài) , 等待下一個(gè)爐頂要料信號(hào)的到來(lái)。當(dāng)要料信號(hào)到來(lái) , 需要第二批上料時(shí) , 重復(fù)上述操作過程。

2 配料系統(tǒng)的組成

配料系統(tǒng)組成框圖見圖 2 。它主要包括: 4臺(tái)電子秤 (每個(gè)稱量料倉(cāng)放置 2個(gè)稱量傳感器 ) , 4個(gè)料倉(cāng) , 4條配料皮帶 , 2條運(yùn)料皮帶 , 1個(gè)斜橋料斗電機(jī) , 8個(gè)氣動(dòng)電磁閥。

2. 1 稱量料斗式電子秤的工作原理和功能

該電子秤由 2個(gè)裝于料斗底部的應(yīng)變式重力傳感器和信號(hào)處理部分組成 ,其額定載荷為 250kg,它的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)其微型輸出繼電器 , 以開關(guān)量形式將信號(hào)送入 PLC, 它有調(diào)零、 去皮重、 加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能 , 每個(gè)電子秤采集 2個(gè)稱量傳感器的輸出信號(hào) , 求其平均值 , 所以其稱量精度高。

2. 2 PLC的選型

由于該系統(tǒng)的控制量為開關(guān)量 ,根據(jù)控制要求和可編程控制器的性能特點(diǎn) ,選擇三菱公司的 FX 2N — 40M RPLC 。 FX 2N 系列的特點(diǎn)是采用積木式模塊化結(jié)構(gòu), 系統(tǒng)構(gòu)成靈活, I /O口擴(kuò)展方便 , 指令豐富 , 編程方式多樣化 , 既可使用梯形圖語(yǔ)言 , 又可使用 SFC方式。

3 　控制方式

系統(tǒng)設(shè)為兩種工作方式 , 即自動(dòng)和手動(dòng)方式 , 用轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)選擇。 其中手動(dòng)工作方式是在調(diào)試、維修時(shí)使用或者在 PLC故障時(shí)應(yīng)急用。

4 軟件設(shè)計(jì)思想

4. 1快、慢速給料控制

為了提高配料精度 , 給料方式采用快、 慢速給料。當(dāng)料斗料重小于設(shè)定值的 90 % 時(shí) , 配料皮帶電機(jī)在三角形接線方式下運(yùn)行 , 電機(jī)定子繞組電壓為380V, 電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速 , 即快速給料; 在料斗料重大于設(shè)定值的 90 %時(shí) , 配料皮帶電機(jī)在星形接線方式下運(yùn)行 , 電機(jī)定子繞組電壓為220V, 電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速 , 即慢速給料; 當(dāng)料斗料重等于設(shè)定值時(shí) , 關(guān)閉料倉(cāng)閥門 , 配料皮帶電機(jī)停止。 快、 慢速給料控制電路圖見圖 3, 其中 X 10 、 X 11 、 X 15 分別是料重小于設(shè)定值的90 %、 料重大于設(shè)定值的 90 % 、 料重等于設(shè)定值時(shí)電子秤的輸出信號(hào) , X 12 是停止信號(hào); PLC的輸出繼電器Y10 、 Y 11、 Y12 分別控制 KM、 KM Δ 、 KM Y 接觸器。

4. 2 料斗放料控制

由于可編程控制器的程序執(zhí)行方式為循環(huán)順序掃描方式 , 其程序運(yùn)行時(shí)間最短為幾毫秒 , 最長(zhǎng)為100ms,且時(shí)間的長(zhǎng)短隨執(zhí)行情況有所變化。為了確?？刂频目煽啃?, 只允許料斗底門在一個(gè)工作周期內(nèi)打開一次。在編程中采用脈沖輸出指令PLS/PLF, 允許放料信號(hào)上升沿觸發(fā)一次掃描周期。其梯形圖見圖 4 。

4. 3 稱量精度的控制

由于料的粒度較大 (硅石的粒度在 40mm～80mm, 焦炭的粒度在 5mm～ 13mm) , 稱量料斗中存在蓬料或粘料現(xiàn)象 , 使料斗的料放不干凈 , 造成稱量誤差。 可利用電子秤加皮重的功能除去稱量誤差。其過程如下: 按下加皮重按鈕 ,首先到 RAM中去讀取配料的理論重量 X e ,再將設(shè)定值 X e 與皮重 X o 相加送到電子秤中的 RAM作為電子秤新的設(shè)定值 , 以解決料斗蓬料和粘料的問題。 又由于每次下料的量較大 , 料斗的體積較大 , 因此每次粘料的重量也可能很大 , 況且多次粘料的積累 , 這個(gè)值可能相當(dāng)大 , 當(dāng)皮重值大于電子秤設(shè)定的皮重值時(shí) , 電子秤給 PLC發(fā)出信號(hào) ,PLC發(fā)出警報(bào)并使相關(guān)的設(shè)備停止 , 提醒操作人員去清除故障。

4. 4 斜橋料斗中的料倒不干凈或料斗過翻

為了使斜橋料斗的料倒干凈 , 斜橋料斗在斜橋頂端每次倒料兩次。 為了防止料斗過翻 , 在斜橋距頂端5000px處裝一對(duì)光電開關(guān) , 當(dāng)光電開關(guān)發(fā)出第一個(gè)脈沖時(shí) , 提升電機(jī)減速運(yùn)行 , 減少料斗的沖擊力。 如果料斗過翻 , 料斗在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有下降, 光電開關(guān)的第二個(gè)脈沖沒有到來(lái), 提升電機(jī)停止并報(bào)警 , 防止提升電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而使鋼絲繩拉斷。 同時(shí)在四層上料口設(shè)有手動(dòng)控制提升電機(jī)的按鈕 , 當(dāng)操作人員將過翻故障消除后, 可以手動(dòng)啟動(dòng)提升電機(jī) , 使提升電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)料斗下降。

5 結(jié)束語(yǔ)

配料控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛 , 采用了可編程控制技術(shù) , 使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高 , 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。同時(shí)由于 PLC擴(kuò)展容易 , 可以對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展 , 如只需增加 I/O接口模塊就可擴(kuò)展原料系統(tǒng)的輸送控制; 也可以與電爐控制系統(tǒng)連接 , 只需增加通信模塊就可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信 , 從而實(shí)現(xiàn)電爐整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理。

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