电子配料秤在大型料场PLC系统中的应用

范振世，王 健，宋长军

济南钢铁集团公司，山东济南 250101

0 引言

济钢炼铁厂原料场预配料系统配料秤原采用皮带秤主机PID调节，并通过变频器控制皮带秤完成调整给料量，皮带秤主机故障率较高，抗干扰能力差，测速编码器易损坏，直接影响了料场中和料的产量和质量。因此，在原有基础上开发了PLC远程自动控制配料秤的配料技术，对料场预配料控制系统进行了PLC升级改造。

1 配料系统控制原理

1.1 现状

电子皮带秤是安装在皮带输送机的适当位置上，对散装物料自动地进行快速、连续、累计称量的计量器具。皮带秤称重系统由称重框架、称重传感器、信号转换器、测速传感器和称重指示控制器等组成。济钢炼铁厂原料场预配料系统原配料秤为南京创丰生产的SB-Ⅱ配料秤，后期逐步进行了换型，主要是徐州衡器厂的单托辊配料秤，分秤为徐州拉姆齐和南京创丰的单托辊配料秤，采用1只或2只传感器检测mV信号远传方式，现场配套接线盒，速度信号为脉冲信号检测。主要配置及关键参数如下：

1）传感器 ：150kg×2 ， 250kg ；2）带速 ：0.5m/s；3）宽度 ：1 000mm；4）标称量程：400t/h；5）最大称量能力：300t/h；6）秤架结构：橡胶耳轴单托辊；7）测速方式：变频调速，旋转编码器测量，脉冲信号输出；8）给料方式：圆盘给料，下料口不能调整。

1.2 配料秤仪表系统

配料秤仪表系统由信号变送器、调节器、隔离器、速度传感器、称重传感器和仪表主机（BL2105）等构成，其作用是将称重信号通过称重控制仪转换成标准电流信号以实现对圆盘变频器和皮带秤变频器的控制，进而实现圆盘转速、电子皮带秤流量的控制，调节器作为备用控制手段，当控制仪或计算机出现故障时，可以变成手动配料。当现场检修时可用调节器作为控制主体，以保证检修的顺利进行和预配料操作的顺行。

1.3 自动控制系统

目前济钢炼铁原料场配料系统的堆积要求是12个料仓配12种料，不得缺料堆积。因此，要实现对圆盘转速和电子皮带秤的流量的自动控制是配料系统的关键技术和难题。按照生产工艺要求，通常在主控室上位机上输入配料计划，每一种原料的流量等数据，采用Modbus工业通讯协议和配料室PLC分站实现通信并完成配料自动控制。该系统采用QUANTUM PLC，由PLC检测皮带秤主机输出的流量信号，并输出流量设定值给皮带秤主机，由皮带秤主机来完成PID调节，并通过变频器来调整给料量，同时信号接入皮带秤变频器调整皮带秤变频。配置有模拟量输入模块、模拟量输出模块和开关量输入模块各3块，模拟量输入模块为ACI03000，模块编号为1-4～1-6，输入信号为4Ma～20Ma；模拟量输出模块为AVO02000，模块编号为1-7～1-9，输出信号为0V～10V；开关量输入模块为DAI74000，模块编号为2-5～2-7。由于控制系统采用扩展底板，且所有插槽均已停用，所以扩展困难。

1.4 存在问题

1）皮带秤主机故障率较高，抗干扰能力差，测速编码器易损坏；2）传输采用mV信号，电缆传输距离较远，干扰较大；3）由于皮带秤与给料圆盘采用同步调速，与圆盘速度直接耦合，当给料异常时，皮带秤速度变化频繁，影响计量。

2 系统设计

1）为了解决目前存在的问题，拟采用以下解决方案

（1）检查处理接地和电缆屏蔽，减少现场电磁干扰对检测的影响；（2）对皮带、托辊、张紧装置、清扫装置、传感器进行检查处理，清理杂物及粘附的物料，更换部分损坏的设备及附件，增加整料装置，确保料型稳定；（3）由操作人员一起加强皮带秤架的每班的维护，使皮带秤时刻运行在正常状态；（4）根据工艺情况优化皮带秤速度，在满足运输能力的情况，皮带秤负载处于传感器量程的25%～70%的区间，将皮带秤速度人工固定，避免因皮带秤速度变化影响计量。对于个别小料批配料情况，可以确定2个～3个可调速的料仓，根据配料量情况分别设定3个～4个速度段，每个速度段满足不同配料量的要求，可以在程序设计时考虑对不同速度段进行校验；（5）取消皮带秤主机BL-2105，现场增加CF-BS-V智能称重变送器，减少mV信号的传输距离（＜2m），信号远转采用4mA～20mA电流信号，减少干扰对有效信号的影响，提高信噪比；（6）对PLC控制上下位软件进行改造，称重变送器信号直接接入PLC系统，并由PLC系统进行流量检测并进行PID控制，控制输出直接由模拟量输出模块到变频器，减少中间环节，检测环节各减少一次AD转换和DA转换，控制环节也各减少一次AD转换和DA转换，降低控制波动造成的实际物料量的波动量，进一步提高检测值波动。前期暂时取消速度检测环节，认定皮带秤速度为恒定的，待资金允许的情况下再增加测速模块，实现变速测量；（7）软件上增加皮带秤校零、校量程、零点测试、累计量测试等检定功能，并提供班累计功能模块，对原有累计功能进行调整，取消已失效的物料种类概念，实际带定点翻转的按秤累计功能。

2）PLC自动控制系统

PLC主站采用施耐德可编程控制器Modicon TSX Quantum，分站上将原MODICON公司生产的984系列更换为施耐德可编程控制器，系统维护更加方便，而且更加稳定可靠；分站设在配料现场，主站与分站间采用Modbus总线通信，通过以太网模块进行通信，实现PLC对配料系统设备的远程自动控制。

2.3 Modbus工业通信协议

Modbus通信协议是工业领域全球最流行的协议，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间，控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信，它已经成为一通用工业标准，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控.由于济钢炼铁厂料场面积大，料种分布广，配套的设备比较分散，致使控制点也比较分散，如果采用传统的控制方案，势必要铺设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力、物力，同时也使系统变得复杂，可靠性降低。考虑到实际情况本系统采用Modbus工业通信协议，同时也降低了成本，提高系统的可靠性。

2.4 上位监控站

上位机原选用惠普工业控制计算机和高性能工业监控软件，澳大利亚悉亚特公司的Citect软件为开发平台并完成整个系统的工艺流程，对配料设备运行状态的现实和监控，用图形的方式实时地显示12台配料皮带秤和给料圆盘的运行情况。未解决电子皮带秤校验繁琐，准确度点的问题，在改造后的软件上增加了皮带秤校零、校量程、零点测试、累计量测试等检定功能，并提供班累计功能模块，对原有累计功能进行调整，取消已失效的物料种类概念，实际带定点翻转的按秤累计功能；使生产管理人员不仅可以快速准确地了解配料情况，而且可以实现远程对配料秤进行校零、校量程、零点测试操作，使配料做到简便、快速、可靠。

2.5 软件基础及实现

原系统软件平台采用Windows 2000，上位机采用Citect软件组态，下位机编程应用软件采用Concept2.6编程，根据生产工艺的要求，对如何实现PLC与变频器之间的通信以及实现电子秤的远程校零、校秤、零点测试、累计量测试、PID调节等功能控制是整个设计的重点、难点。要实现对电子皮带秤的远程校零、校秤、零点测试、累计量测试、PID调节等功能，要求对PLC进行通讯编程，在Citect软件上增加皮带秤校零、校量程、零点测试、累计量测试等检定功能，通过程序来实现PLC与电子皮带秤、变频器信息交换和控制。

3 结论

济钢炼铁厂120原料场在电子皮带秤PLC控制系统的升级改造后，取得了显著的效果。减少中间环节的PLC控制，降低了故障点，提高了配料秤的抗干扰能力，从而大幅度地提高了配料秤配料精度；对配料秤校秤、校零进行远程操作，大大降低了生产操作人员劳动强度，提高了生产作业率，致使中和料的质量有了明显的提高。从大型料场配料系统的自动控制角度来看，为下一步实现料场区域设备的全自动的形成等技术的研发创造了良好的条件。这项技术在相关行业配料系统设备中必将有着广阔的发展空间和推广前景。

[1]柴振民.影响电子皮带秤计量准确度的原因分析[J].工业计量，2006(S2).

[2]严荣涛.电子皮带秤现场使用中存在问题的分析和解决途径[J].电力标准化与计量，1997(1).

[3]汪涛.电子皮带秤在配料系统中的应用和维护[J].电工技术，2007(5).

[4]周自平.电子皮带秤自动给料[J].冶金自动化，1980(5).

[5]刘真平.配料电子皮带秤中若干问题的探讨[D].首届全国称重技术研讨会论文集，1999.