配料系統

自動配料系統的種類

1，主從式分佈控制微機配料控制系統

這種全自動配料控制系統的設計是採用主從式結構，將多台單片微機連接成功能強大的系統，可應用於大型混凝土配料站，同時配料的物料可以多達9～12種。

2，失重秤自動配料系統

在化工、建材、冶金等行業經常要進行多種物料的連續配料，因此經常使用失重秤。由於失重秤秤體是基於斗式秤的結構，能直接進行砝碼標定，通過對秤斗各瞬間 重量的測試計算出實際排料量，再進行閉環調整，從而可以達到較高的控制精度，一般而言累計精度為0.5%.由於是斗式結構，標定，這種系統維護也比皮帶秤 容易得多.

3，率值配料系統

率值配料不是一個新概念。早在1987年河南硅酸鹽學會的劉篤新工程師在《河南建材》上發表的《關於水泥生料配料公式研究》中就提出了率值配料的概念，1991年還出版專著《水泥生料配料的率值公式法》，詳細探討了生料反饋回調的各種方法，證明在原材料成分波動時單控制生料CaO、Fe2O3不能穩定生料三率值，進一步明確了率值配料的概念。他沒有止步於揭示鈣鐵控制的缺陷，而是進一步研究了6種回調方法，提出了鈣鐵控制下保證率值合格的最佳回調方法，最大限度地避免了鈣鐵控制的缺陷。水泥廠目前普遍採用的回調方法實際上就是劉篤新工程師倡導的方法。此後，率值配料的理論並沒有新的突破。目前率值配料的基本假定是：要實現率值配料必須要測定出生料硅、鐵、鋁、鈣4種化學成分。

監控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數進行檢測和監視；

畫面顯示：通過計算機顯示器可顯示配料過程中有關控制參數的運行狀況，以及顯示實時配料曲線和表格；

列印管理：可隨時列印配料報表，以便保存和查詢；

通訊功能：工控機與PLC和儀錶之間進行可進行雙向數據及信息交換；

數據處理：配料系統可自動對採集的信號進行運算處理，並輸出到相應的控制量；

控制功能：根據操作前相應的設定值，自動控制設備的正常運行，包括PID調節；

報警功能：上位機以畫面方式和聲光信號方式對各種參數超限或設備狀態異常進行報警。

配料系統結構是怎樣的？

本配料系統由一套PLC配料系統和一套上位機監控配料系統組成。PLC配料系統由碩人時代STEC系列控制器和儀錶及通訊電纜組成，STEC控制器之間用 乙太網通訊，控制器還提供RS232、RS485介面和ADSL、GPRS、CDMA、光纖等通訊，上位機監控配料系統採用 Windows操作配料系統，安裝碩人時代SRDev2.0編程軟體及HOMS5.0組態軟體。

比PLC更具優勢的：（支持普通電腦）+板卡+放大器模式，性能穩定，性價比高，精度高。

自動配料系統的恆流量控制採用PID調節，流量計量控制是計量偏差與變頻調速的結合。依據系統工藝流程介紹了配料系統的流量控制方式和系統控制過程，詳細講述了PLC的選型及PLC配料系統變頻控制中的硬體設置、參數設定和軟體設計過程。

自動配料系統是精細化工廠生產工藝過程中一道非常重要的工序，配料工序質量對整個產品的質量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統，各條配料輸送生產線嚴格地協調控制，對料位、流量及時準確地進行監測和調節。系統由可編程式控制制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制網路，通過現場匯流排連接現場儀器儀錶、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設備。在自動配料生產工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機輸送的物料進行計量。PLC主要承擔對輸送設備、秤量過程進行實時控制，並完成對系統故障檢測、顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調節皮帶機轉速的作用。

配料系統的軟體組成：常規的配料系統軟體部分是針對配料工段進行監控和自動化配料而設計開發的可視化電腦操作系統。具有操作簡單方便、可靠性強、人機界面友好、功能完備等特點，可廣泛應用於飼料、糧食、製藥、冶金、化工等需要電腦自動配料的行業，智能化信息化水平高：上位機具有配方庫管理功能；智能報表軟體為生產管理提供大量數據信息，如配料結果列表、原材料消耗列表、生產量列表、配方使用結果記錄等，可按時間、配方等生產班報、日報、月報和年報等統計及列印功能。同時提供兩種用戶自定義報表組件，一種是採用水晶報表進行二次設計；另外一種是把數據無縫嵌入到EXCEL報表中。另外，系統可與其他管理系統進行數據交互，滿足深層次的數據分析要求。上位將每次運行各路的累計量、配比、運行起止時間等參數存儲，以便查詢。配料系統的軟體部分可自動完成系統配料工藝流程，計算機畫面實時顯示配料系統(工作流程，軟體操作簡單，畫面逼真。同時具有如下特點：上位機軟體設置運行密碼和重要參數密碼修改保護，且用戶實現分級管理，可任意定義人員的許可權。

該配料系統的核心硬體均採用進口或國產優質產品，其中控制儀錶採用優質稱重控制儀錶，它具有高精度，高可靠性，抗干擾能力強等特點。感測器選用高精度稱重模塊。稱重模塊安裝簡單、維護方便，為系統長期穩定性提供了可靠的保證。因此我們的配料系統精度高、速度快、穩定性能好，自動化程度高。

1.自動配料系統的構成

自動配料系統由5台電子皮帶秤配料線組成，編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、，其中1#～4#為一組，1#為主料秤，其餘三台為輔料秤。當不需要添加輔料時，5#電子秤單獨工作輸送主料。系統具有恆流量和配比控制兩種功能。對於恆流量控制時，電子皮帶秤根據皮帶上物料的多少自動調節皮帶速度，以達到所設定流量要求。以主秤（1#）系統工藝流程來分析，工藝流程如圖1所示。

自動配料系統加電后，皮帶驅動電機開始旋轉，微處理機根據當前操作控制電機轉速。料斗中的物料落在落料區，經皮帶運送到達稱重區，由電子皮帶秤對皮帶上的物料進行稱重。稱重感測器根據所受力的大小輸出一個電壓信號，經變送器放大，輸出一個正比於物料重量的計量電平信號。該信號送至上位機的介面，經採樣后並轉換成一個流量信號，在上位機上顯示當前流量值。同時將此流量信號送至PLC介面，與上位機設定的各種配料給定值進行比較，然後進行調節運算，其控制量送至變頻器，以此來改變變頻器的輸出值，從而改變驅動電動機的轉速。調整給定量，使之與設定值相等，完成自動配料過程。

流量就是一定時間內皮帶上走過的物料量。電子皮帶秤稱量的是瞬時流量，上位機給出的是設定流量，二者在實時計量中有所偏差。在流量實際控制中採用工業控制中應用最為廣泛的PID調節，根據流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關係在時域中可用公式表示如下：

公式中e（t）表示誤差、控制器輸入，u（t）是控制器的輸出，kp為比例係數，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數。圖2為系統流量PID閉環調節結構圖。在生產過程進行自動調節時，以主料成分的流量計量為依據，根據生產工藝要求通過上位機設定出總流量及主、輔料配比參數，按配方比例摻雜其餘輔料。流量計量控制是計量偏差與變頻調速的結合，具有結構簡單、穩定性好、工作可靠和調整方便等優點。

當自動配料系統)開始工作時，啟動配料生產線。首先系統程序進行初始化，通過上位機或觸摸屏設置配料配比，檢查料斗有無物料。若無物料，向料斗送料，啟動配料生產線，由電子皮帶秤進行稱重並實時計量，CPU計算得實時流量及累計流量。若設定流量與實際流量有偏差，調節器根據系統控制要求比較設定值與實際流量的偏差，經PID調節改變輸出信號以控制變頻器對輸送電機的速度調節，從而實現恆流量控制。根據配比各輔料同時混合計量，並按配方工藝要求添加。系統主程序控制流程如圖：

自動配料系統)中主、輔料秤由可編程式控制制器（PLC）和上位機實現兩級控制。現以1#～4#四台電子皮帶秤的PLC控制分析為例，每一電子皮帶秤有一台皮帶驅動電機，兩個料位感測器，一個速度感測器，一個稱重感測器，一台變頻器，它們構成了被控對象。電動機的啟、停由開關量控制，PLC數字量輸出信號作為變頻器的控制端輸入信號，經變頻器調製輸出高頻脈衝給皮帶驅動電機。料位感測器檢測料斗有無物料，速度感測器測量電機的轉速。系統需8個數字量輸入信號，25個開關量輸入信號和24個開關量輸出信號，I/O點總數量為57。I/O點數量和類型如表1所示。

公司的SIMATICS7-/300，屬於模塊化小型PLC系統，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。

根據系統被控對象的I/O點數以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，選用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP。CPU315-2DP是唯一帶現場匯流排（PROFIBUS）SINECL2-DP介面的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的裝載存儲器，可用存儲卡擴充裝載存儲容量最大到512KB，最大可擴展1024點數字量或128個模擬量。根據統計出的I/O點數選擇一個直流32點和一個16點的SM321數字量輸入模塊和一個32點SM322繼電器輸出模塊。

3.2變頻器選型及其功能設定

三菱公司提供了FR-A540系列變頻器與該公司的標準電機相匹配時的技術參數。採用三菱的標準電機，1#皮帶機額定功率2.2KW，2～4#皮帶機額定功率為0.4KW，額定電壓380V，額定電流5A，轉速1420r/min，調速範圍120～1200r/min。三菱FR-A540變頻器自帶有PID調節功能，根據自動配料系統生產工藝要求進行PID控制，需要檢測設定的部分參數設定如下：

① Pr.1=50 Hz， Pr.2= 5 Hz，本系統Pr.18=120 Hz不變。

② Pr.19=9999，與電源電壓相同

③ Pr.7=2s，加速時間（7.5K以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s）

Pr.8=2s，減速時間（7.5K以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s）

④ Pr.9 由電機額定值決定

⑤ Pr.14=0，適用恆轉矩負載

⑥ Pr.79=3，外部/PU組合操作模式

⑦ Pr.183=8，實現RT開關=REX開關

⑧ Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132 、Pr.133、Pr.134根據現場PID調節具體要求來設定。

STEP7是西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言，它是一種可運行於通用微機中，在WINDOWS環境下進行編程的語言。通過STEP7編程軟體，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，並通過轉接電纜可直接送入PLC的內存中執行，而且在調試運行時，還可在線監視程序中各個輸入輸出或狀態點的通斷情況，甚至進行在線修改程序中變數的值，給調試工作也帶來極大的方便。

STEP7將用戶程序分成不同的類型塊。程序塊分為兩大類：系統塊和用戶塊。用戶塊包括：OB=組織塊，FB=功能塊，FC=功能，DB=數據塊。主程序可以放入“組織塊”（OB）中，而子程序可以放入“功能塊”（FB或FC）中。

在本系統中，PLC的主要任務是接受外部開關信號（按鈕、繼電器觸點）和感測器產生的數字信號的輸入，判斷當前的系統狀態以及輸出信號去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件，以完成相應的控制任務。除此之外，另一個重要的任務就是接受工控機（上位機）的控制命令，以進行自動配料控制。

自動配料程序共有OB1及FC1至FC6等7個“塊”。OB1是主程序，通過6個“CALL”調用語句，依次調用FC1至FC6等功能模塊，達到組織整個程序的目的。程序中6個功能塊的任務分配如下所示：

FCl負責系統開始運行以及運行方式的設定;FC2負責對系統的停止;

FC3負責計量泵和計量泵配比控制;FC4負責故障、事故處理控制;

FC5負責對變頻器的控制;FC6負責指示燈的顯示控制。

5.結束語

PLC代替了傳統的機械傳動及龐大的控制電器，實現了電氣的自動化控制。通過對皮帶電動機的變頻調速，達到節約能源和提高配料精度。

本文的創新點是：自動配料系統採用PLC控制方案，具有功能強大、方便靈活、可靠性高、低成本、易維護等優點，大大提高了配料精度，便於計量的微機化控制，實現網路化生產管理，通過投產使用取得了良好的經濟效益。此項目的經濟效益為20萬元。

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