耐火材料配料系统电气系统设计

2020-08-04王国壮

安徽冶金科技职业学院学报 2020年2期

王国壮

（安徽冶金科技职业学院安徽马鞍山 243000）

现代许多产品的生产过程中，需要按一定的比例要求先将多种原材料进行混合，再进行配制加工。这种先进行原料的比例混合再加工的过程称之为工业配料。在工业配料进程中，决定产品质量的首要因素就是物料的混合比例是否精确［1］。例如在建筑行业中，所采用的再生砖的要成分包括砖块、碎混凝土块、石子、块石以及废钢筋、铁丝等各种废弃物，在生产过程中需要掺入一定比例的其他原料，而配料的精确度直接关系到再生砖质量的好坏。

1 配料系统组成设计

对于一个配料系统来讲，原料的储存、供给、称量、混合、运送以及设备的通信、控制这几个部分是必不可少的［2］。其中原料的供给、称量以及设备的通讯和控制组成了系统控制部分。

1.1 给料系统

给料系统一般有下列几种：

电磁阀给料系统。这种配料方式一般是针对液体的配比控制。一般电磁阀只有两个状态，达不到精确配比的要求。而比例阀可以根据控制单元的模拟量信号，调节开口的大小，适合精确配料的场合。

电磁振动给料系统。该系统中核心装置是电磁振动供料机。在生产过程中，原料以一定的速度通过电磁振动供料机自动进入下一生产环节。它的优点是对于原料可以实现匀速供给的目的，所以其广泛用于颗粒料的给料系统。

料门给料系统。对于料门给料系统，一般由料门的开口幅度控制供料的速度和精度。有的配有大小两个料门，有的是料门的开口有大有小。当要求配料速度较快时，使料门开口幅度最大。当达到某一值后，逐渐减小料门的开口幅度，使配料速度下降。然后进入精确配料阶段，到达系统给定值后，关上全部料门，整个过程结束。它主要用于细粉料的配料。

在本项目中，生产现场由电磁阀给料系统来进行原料供给。

1.2 称量系统

称量系统是自动配料系统能否满足要求的关键环节。其中，称重传感器是将压力值转变成电流值或电压值的元件。它主要由电阻应变式、固态压阻式、压电式传感器等多种，但至今仍被广泛应用的还是电阻应变式。对于称重仪表来讲，它主要将称重传感器送来的电信号显示、计算，并可将计算的结果转化为控制信号控制执行机构动作，或者将其送入上级控制环节，由上级控制环节进行采集、记录。

1.3 中心控制及通讯系统

对于当今成熟的配料系统而言，其主要由智能称重仪表、PLC、上位机等几部分组成。智能称重仪表主要用于生产现场，完成信号的采集、处理、计算功能，实际上智能仪表本身就是一个小型的单片机系统。智能仪表将信号处理之后，将控制信号送入PLC中，由PLC完成对执行机构的控制。上位机可以是触摸屏，也可以是计算机，其主要功能就是通过良好的人机交互界面来完成对配料设备、配料生产过程的监控，并可以根据实际生产情况来对设备实时控制，修改配料系统参数，并可完成配方的管理、报表的打印、故障状态的报警等功能。

2 可编程控制器设计与选型

2.1 PLC处理器模块选择

在PLC处理器模块选择时，首先要保证所选PLC能很好的完成项目的功能，在此基础之上，还应考虑价格因素。结合本控制系统的特点，我们选取的CPU模块的型号为CPU224XP CN，其特点如下：

输入/输出点数：14/10；

可扩展模块：7；

程序容量：4096（字）；

通讯端口：两个RS485通讯口，有多种通讯方式可选择，可采用PPI、MPI、PROFIBUS、MODBUS等进方式进行组网。

2.2 I/O模块选择

在此系统中，CPU自带的输入输出模块点数不足，不能满足系统使用要求，故我们要对其进行扩展，即加入数字量和模拟量的扩展模块。根据本系统的设备点数，在此，我们共使用了EM223CN和EM221CN两个数字量扩展模块以及1个EM235模拟量输入输出混合扩展模块。其中EM223CN为八输入八输出的数字量扩展模块，EN221CN为4输入4输出的扩展模块。EM235可接收4路模拟信号输入和输出1路模拟信号。

3 称重传感器选择

根据现场实际使用的要求，我们选用METTLER-TOLEDO公司生产的IL系列称重传感器。它的特点是精度高，响应特性好，线性范围宽，稳定性好，表面镀镍，适用于大台面，有冲击力的皮带秤等场合。其技术参数如表1所示。

3.1 称重传感器的连接方式

本项目中的粘土和粘合剂都是在料斗中完成称量工作的，而要想使得秤体平衡通常情况下要采用三只称重传感器。传感器在称重时的输出值容易收到拱桥电压的影响。要想保证在同等质量的时候能有相同的输出，这就要求采用高性能的电压电源来进行供电。同时，这三只传感器在要在料斗下方相隔120°均匀分布，其连接方式如图1、图2所示。

表1 IL系列称重传感器技术参数

图1 传感器的连接图

图2 称重连接方式转换图

其中RWI为微调电阻，UO并联输出电压，U为拱桥电压，UO1为第I只传感器的等效输出电压，RO1为第I只传感器的等效输出阻抗。在采用微调补偿后，并联电桥电路的输出电压同所称原料的重量呈现正比关系。

3.2 称重显示器选择

IND320是梅特勒-托利多公司生产的一种新型配料仪表。IND320的输出信号稳定性好、响应速度快。同时该控制器为不同的配料场合内部预先设定了多种配料模式可供选择，方便客户直接使用。另外，它能兼容多种通讯协议，可以很方便的跟其他设备进行组网，达到中控室远程控制的目的。

在IND320控制仪表的使用中，其最典型的连接方式如下图3所示。

图3 控制仪表的典型连接方式

4 变频器的选用

MICROMASTER420是西门子公司为交流异步电动机调速开发的产品［3］。它有多种型号的产品供用户选择，主要用于交流异步电动机的额定功率较小的调速领域。

该变频器采用数字控制，内部集成了微处理器。同时它的输出器件是绝缘栅双极型晶体管，使其工作的稳定性与可靠性大大提高。在内部，它采用了多种保护措施，有效的保护了自身和电动机的运行安全。在进行脉宽调制时，电子器件的开关频率具有可调性，有效较少了电机的噪音。

5 触摸屏的选用

为了方便系统参数设置和便于现场人员的操作，我们使用威纶通的触摸屏作为上位机的控制设备。威纶通触摸屏共有3个接口，其中两个为RS485，一个为RS232串口通讯。一般都是用RS485串口与PLC进行通讯工作。其配套的设计软件是由该公司最新研发的人机交互软件Easy-Builder8000，它主要跟MT6000和MT8000型产品来配套使用。

WEINVIEW HMI的系统组成如图4所示。