0.引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)燒結(jié)廠大多采 用了電子螺旋秤進(jìn)行生石灰配料，以提高配料精度和 生產(chǎn)水平。安鋼二燒360m2燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)采用計算 機(jī)控制，其中生石灰配料應(yīng)用了電子螺旋秤，較好地 滿足了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦的要求。

1.智能電子螺旋秤結(jié)構(gòu)

螺旋秤由稱量框架、荷重傳感器、SA201積算儀， 速度傳感器及螺旋給料機(jī)、星形卸灰閥及連接固定機(jī) 構(gòu)、軟連接機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、機(jī)架等部分組成，如圖1 所示。其中主體部分螺旋秤架是由一臺螺旋給料機(jī)和 配重架組合而成，采用一組十字簧片組與支架連接， 構(gòu)成秤架的支承點，秤架的平衡靠調(diào)整配重架上的配 重塊來實現(xiàn)。

1.1積算儀

積算儀為引導(dǎo)式菜單操作，具備報警提示、脈沖 輸出功能，并可實現(xiàn)自動模擬或?qū)嵨镄?zhǔn)以及手動/自 動空秤調(diào)零、零點自動跟蹤等功能；具備角度自動補 償、自診斷故障及停電數(shù)據(jù)保持功能；液晶顯示，同屏 顯示流量、累計量、速度（載荷或時間）等數(shù)據(jù)；壁掛式 金屬板噴塑外殼，防水、防塵、防強(qiáng)磁場干擾；具備通信、打印、4?20mA模擬電流輸出等功能。

1.2稱重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與稱重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)的連 接部位焊接加強(qiáng)板，稱重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)上端 通過固定螺栓與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端由調(diào)節(jié)定位塊調(diào)整 水平度，并與機(jī)架聯(lián)接。采用的加強(qiáng)板是一塊帶圓弧 形的鋼板或類似物，配焊方便，保證輸送機(jī)具有足夠 的強(qiáng)度和剛度；采用的調(diào)節(jié)定位塊由兩塊截面類似為 三角形的物塊組成，可方便調(diào)整螺旋給料機(jī)的水平位 置，通過固定螺栓來調(diào)整螺旋給料機(jī)的限位，設(shè)備調(diào) 整好后焊接固定，稱重傳感器和加強(qiáng)塊之間放置減振 椽膠板，消除振動影響。

1.3支撐機(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與支撐機(jī)構(gòu)的連接部位焊接加強(qiáng)板， 支撐機(jī)構(gòu)上端與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端與機(jī)架聯(lián)接，支撐 機(jī)構(gòu)通過連接軸和椽膠軸承聯(lián)接。導(dǎo)氣管安裝在出料 口端，一端與螺旋給料機(jī)聯(lián)接，另一端聯(lián)接到上級給 料機(jī)構(gòu)。采用椽膠軸承作為支撐點，利用緊固螺母和 緊固螺栓進(jìn)行固定，消除動力部分產(chǎn)生的影響。

1.4軟連接機(jī)構(gòu)

對給料機(jī)的進(jìn)出料口進(jìn)行處理，改硬連接為軟連 接，讓改造的螺旋給料機(jī)成為獨立單元，消除外界因 素對計量精度的影響。

2.電子螺旋秤的測量原理和瞬時速度的測量

2.1電子螺旋秤的測量原理

如果螺旋運輸機(jī)以勻速v傳送生石灰，螺旋葉片 間的物料一般是不均勻的，所以時間T內(nèi)的總輸送量 為：

式中，q 0)為單位長度皮帶上的瞬時物料重量^ 0)為皮帶的瞬時運行速度。

只需測出q (t)和v(t)，便可得出T時間內(nèi)的物料 總重。

2.2瞬時速度的測量

使用國內(nèi)比較先進(jìn)的電感式傳感器來檢測螺旋 給料機(jī)的瞬時運行速度。這種傳感器具有檢測可靠、 運行平穩(wěn)、維修量小等特點。傳感器安裝在螺旋軸頭， 由振蕩器、觸發(fā)電路和開關(guān)輸出裝置三部分構(gòu)成。電 源接通傳感器的供電電源為24VDC后，振蕩器開始 振蕩并產(chǎn)生一個特定的電流，使安裝在鐵氧體上的振 蕩線圈產(chǎn)生電磁場。有效的磁場集中在傳感器感應(yīng)面 的表面，如果測試目標(biāo)是由導(dǎo)電材料構(gòu)成，當(dāng)其靠近 感應(yīng)面時，目標(biāo)內(nèi)便產(chǎn)生渦流，消耗振蕩器能量，導(dǎo)致 振蕩電路衰減，振蕩器振幅因此而下降。一旦降至某 一振幅，后級觸發(fā)電路便開始工作，到達(dá)某一感應(yīng)范 圍時便可得到開關(guān)輸出。

在驅(qū)動軸上安裝一個齒盤，轉(zhuǎn)動時齒盤上裝有的 傳感器與探頭之間的間隙發(fā)生變化，在探頭的線圈內(nèi) 便感應(yīng)出交變電動勢，其頻率：

式中，z為齒盤的齒數(shù);n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。 根據(jù)所得脈沖求得頻率值f，進(jìn)而可得螺旋給料 機(jī)的瞬時速度。

3.自動配料系統(tǒng)的構(gòu)成

自動配料系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)，其核心控制為 “螺旋秤-稱重模塊-PLC-變頻器”形成的閉環(huán)控制，主 要設(shè)備包括智能電子螺旋砰、Modicon TSX Premium 稱重模塊、高速計數(shù)模塊Modicon TSX CTY41、Quan-tum PLC、施耐德變頻器、系統(tǒng)軟件CONCEPT2.6、組態(tài) 軟件IFIX3 .5以及上位機(jī)等。配料室控制模式如圖2 所示。

自動配料系統(tǒng)加電后，皮帶驅(qū)動電機(jī)開始旋轉(zhuǎn), 微機(jī)根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。料斗中的物料落在 落料區(qū)，經(jīng)皮帶運送到達(dá)稱重區(qū)，由電子螺旋秤對皮 帶上的物料進(jìn)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(jī)的接 口，經(jīng)采樣并轉(zhuǎn)換成流量信號，在上位機(jī)上顯示當(dāng)前 流量值。同時將此流量信號送至PLC接口，與上位機(jī) 設(shè)定的各種配料給定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行調(diào)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(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)整星形卸灰閥的 閥門開度，調(diào)節(jié)生石灰下料量，以調(diào)整給定量，使之與 設(shè)定值相等，完成自動配料過程。

電子螺旋秤稱量的是瞬時流量，上位機(jī)給出的是 設(shè)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(yīng)用最為廣泛的PID調(diào)節(jié), 根據(jù)流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn) 行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關(guān)系在時域 中可表示為：

系統(tǒng)流量PID閉環(huán)控制原理如圖3所示。在生產(chǎn) 過程進(jìn)行自動調(diào)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(jī)設(shè)定總流量及主、 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(diào)速的結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡單、 穩(wěn)定性好、工作可靠和調(diào)整方便等優(yōu)點。

4.稱重模塊、PLC、變頻器之間的通信

由于Modicon公司的Quantum系列PLC支持 Modbus、Modbus plus、遠(yuǎn)程 I/O、Ethernet、Interbus、Lon- Works等多種網(wǎng)絡(luò)連接，且其CPU模塊上一般都集成 了 Modbus和MB+兩個通信端口，故選用該系列PLC (可節(jié)省一通信模塊)。另外，為該系列PLC設(shè)計的稱重 模塊具有較強(qiáng)的功能，比如該模塊上集成了 RS-485 串口，可直接與稱重傳感器進(jìn)行串行通信，保證了信 號的傳輸精度，提高了可靠性；該模塊還集成了 PID 調(diào)節(jié)器，可直接進(jìn)行物料給定的閉環(huán)運算，并通過底 板并行總線與CPU模塊交換數(shù)據(jù)。

施耐德變頻器ATV58系列提供了 3種通信功能: 集成在本機(jī)上的Modbus協(xié)議接口（一般用于連接操 作面板);通過附加通信卡實現(xiàn)的高速通信接口(如FI- FO、Modbus plus、Interbus-s、AS-I、Profibus 等）；通過附 加通信卡實現(xiàn)的低速通信接口（如Uni-Telay、Modbus 等)。設(shè)計中，選用Modbus plus通信卡VW3-A58302。

上位機(jī)采用研華工控機(jī)，并安裝Windows NT下 的FIX實時監(jiān)控組態(tài)軟件作為監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù) 管理軟件系統(tǒng)的開發(fā)平臺。該計算機(jī)通過MB+網(wǎng)絡(luò)適配器SA85與MB+網(wǎng)絡(luò)通信。

其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組件包括MB+站分支電纜（9針D 型節(jié)點電纜)、MB+分支器（干纜分支器)、MB+網(wǎng)線電 纜、中繼器(RR85)、Modicon Ethernet to Modbus plus 網(wǎng) 橋等。

上位機(jī)、PLC、變頻器等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址均需在硬 件上設(shè)置，而且每一站點的地址是唯一的。上位機(jī)的 網(wǎng)絡(luò)地址是通過插在上位機(jī)擴(kuò)展槽中的SA85網(wǎng)絡(luò)適 配器來設(shè)置的；PLC的網(wǎng)絡(luò)地址是通過CPU模塊后的 2個旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行設(shè)置；變頻器的網(wǎng)絡(luò)地址是通過插 在變頻器上的Modbus plus通信卡(VW3-A58302)的撥 碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。

5.軟件配置

IFIX 3.5軟件是運行于WIN2000以上的操作平 臺上的真正的32位應(yīng)用程序。其強(qiáng)大且實用的各種 功能，使最終的用戶程序十分貼切地滿足應(yīng)用現(xiàn)場對 上位機(jī)系統(tǒng)的各種監(jiān)視、控制和管理方面的實際要 求，并在顯示、控制及通信的速度、實時性和兼容性等 方面都有優(yōu)秀的表現(xiàn)。

6.結(jié)語

該自動配料系統(tǒng)采用智能電子螺旋秤控制方案，具有功能強(qiáng)大、方便靈活、可靠性高、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點，大大提高了配料精度，便于計量的微機(jī)化控制，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。