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                電子皮帶秤集散配料控制系統設計

                發布時間:2019-04-15  來源:  作者: 查看:

                電子皮帶秤集散配料控制系統設計

                電子皮帶秤是一種無需對質量細分或者中斷輸送帶的運動,而對輸送帶上的散裝物料進行連續稱量的自動衡器。電子皮帶秤一般由秤體(秤架、稱重托輥、輸送皮帶)、稱重傳感器、速度傳感器、電機、稱重控制儀表等組成。按照承載器的不同,可將電子皮帶秤分為稱量臺式承載器和輸送帶式承載器兩種;按照帶速不同,可分為單速(恒速)皮帶秤和變速(調速)皮帶秤兩種。電子皮帶秤的準確度等級分為0.5、1、2三個等級。電子皮帶秤在冶金、礦山、化工、水泥、電力、高速公路等對輸送帶散裝物料計量和配料中得到了廣泛的應用。

                集散控制系統(Distributed Control System,DCS)又稱為計算機分布式控制系統,它是利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術。它是計算機技術、通信技術、控制技術和CRT顯示技術(簡稱4C技術)相互滲透發展的產物。集散控制完全適用現代工業的生產和管理需求,它的出現是工業控制的里程碑。電子皮帶秤與集散控制系統相結合,組成基于電子皮帶秤的集散配料控制系統,具有稱重計量和配料控制精度高,管理控制集中方便,故障風險分散等優點,進一步提高了電子皮帶秤的應用水平。

                1. 集散控制系統的體系結構

                集散控制系統由集中管理部分、分散控制檢測部分和通訊部分組成。集中管理部分可分為運行員操作站、工程師工作站和管理計算機;分散控制監測部分按功能可分為控制站、監測站;通信部分用于完成控制指令以及各種信息的傳遞和數據資源的共享。

                DCS的典型體系結構如圖1所示。按照DCS各組成部分的功能分布,所有設備分別處于四個不同的層次,自上而下分別是:現場控制級,過程控制級,過程管理級和經營管理級。與這四層結構相對應的四層局部網絡分別是現場網絡(Field Network, Fnet),控制網絡(Control Network, Cnet),監控網絡(Supervision Network, Snet)和管理網絡(Management Network, Mnet)。

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                圖1  集散控制系統的體系結構

                1.1  現場控制級

                現場控制級設備直接與生產過程相連。典型的現場控制級設備主要有各類傳感器、變送器和執行器。它們將生產過程中的各種工藝變量轉換為適宜于計算機接收的電信號(如常規變送器輸出的4~20mA DC電流信號或現場總線變送器輸出的數字信號),送往過程控制站或數據采集站;過程控制站又將輸出的控制器信號(如4~20mA DC信號或現場總線數字信號)送到現場控制級設備,以驅動控制閥或變頻調速裝置等,實現對生產過程的控制。

                1.2  過程控制級

                過程控制級主要由過程控制站、數據采集站和現場總線接口等組成。過程控制站接收現場控制級設備送來的信號,按照預定的控制規律進行運算,并將運算結果作為控制信號,送回到現場的執行器中。過程控制站可以同時實現反饋控制、邏輯控制和順序控制等功能。

                1.3  過程管理級

                過程管理級的主要設備有操作站、工程師站和監控計算機。

                操作站是操作人員與DCS相互交換信息的人機接口設備,是DCS的核心顯示、操作和管理裝置。一般配有具有較強圖形處理功能的微型機、以及相應的外部設備,如CRT或LCD顯示器、大屏幕顯示器(選件)、打印機、鍵盤、鼠標等。開放型DCS采用個人計算機作為人機接口。

                工程師站是為了便于控制工程師對DCS進行配置、組態、調試維護而設置的工作站。一般由PC配置一定數量的外部設備組成,例如打印機、繪圖儀等。

                監控計算機的主要任務是實現對生產過程的監督控制,如機組運行優化和性能計算,先進控制策略的實現等。一般來說,監控計算機由超級微型機或小型機構成。

                1.4  經營管理級

                經營管理級是全廠自動化系統的最高層,只有大規模的集散控制系統才具備這一級。

                2. 集散配料控制系統設計

                2.1  系統組成結構

                集散配料控制系統由主控制臺(PLC、稱重控制顯示器),變頻器柜、工控機(服務器)、現場操作箱,現場總線,恒速皮帶秤給料電機、調速皮帶秤運行電機,恒速秤、調速秤和螺旋秤/減量秤組成。采用SIEMENS S7系列可編程控制器和DXK2002稱重顯示控制器作為下位機,研華610工控機做上位機,構成集散控制系統。局域網采用B/S模式,上位機為工控機(服務器),下位機為各客戶終端機等。其組成結構如圖2所示。

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                圖2  配料系統結構示意圖

                2.2  系統工作原理

                被稱物料分別通過調速皮帶秤、恒速皮帶秤、螺旋秤或減量秤進行稱重,稱重傳感器將物料的重量轉換成電信號傳送給稱重控制顯示器(DXK-2002)進行放大、濾波、A/D轉換和微處理器進行數據處理,一方面通過儀表顯示器顯示,另一方面由RS485/RS232接口通過現場總線傳送到工控機進行報表生成并打印輸出,也可以通過局域網傳送到客戶機。配料系統的原理如圖3所示。

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                圖3  配料系統原理框圖

                可編程控制器(PLC)輸出控制指令給變頻控制器控制調速秤的運行電機和恒速秤的給料電機的轉速,用來控制皮帶秤的配料速度。

                主控制臺輸出4~20mA模擬量/開關量,控制配料系統外部PLC/DCS。

                2.3  系統性能特點

                (1)采用專門的動態秤儀表作為下位機,數據實時處理能力強。A/D轉換精度高(至少12位),優于計算機插入式板卡、分布式模塊、PLC等通用產品(A/D轉換一般低于12位,數據處理誤差大于1%),配料控制精度優于1%。

                (2)除具備DXK-2002動態稱重顯示控制器的一切功能外,還通過計算機擴展了更多的功能。

                (3)配備杰出的專用軟件,有好的圖形用戶界面,現代風格的彈出菜單,先進的數據庫管理,能查詢和打印各種歷史數據圖表。

                (4)既能通過各臺稱量儀表對每一臺秤進行操作,也能通過計算機對各臺秤集中操作,系統參數有現場和遠程兩種設置方式。

                (5)物料的期望目標給定值可不停機在線修改,單位可任選t/h或kg/s,可分別對每臺儀表設置任意一種物料的目標量值,或通過計算機設置各種物料配比。

                (6)稱重儀表具有“外給定”功能,可接受來自本配料系統之外表征目標量值的信號(如來自PLC的4~20mA信號)。

                (7)同時適應兩類工作方式:料倉直接供料(托料-調速配料-調節秤的運行速度)或經各種給料機供料(恒速配料-調節給料機以控制秤的進/出料速度)。

                3. 集散配料控制系統軟件設計

                集散配料控制系統的軟件一般包括系統軟件和應用軟件兩部分。由于集散配料控制系統采用分布式結構,在其軟件體系中除包括上述兩種軟件外,還增加了諸如通信管理軟件、組態生成軟件及診斷軟件等。根據該系統的特點,重點介紹一下應用軟件中的順序控制算法和組態軟件。

                3.1  順序控制算法與PLC編程

                在集散配料控制系統中,配料程序設計的好壞是決定系統是否成功的關鍵。配料程序由可編程控制器(PLC)提供,而PLC采用的是順序控制算法。所謂順序控制就是按照預先規定的順序(邏輯關系),逐步對各階段進行信息處理的控制方法。順序控制分為時間順序、邏輯順序和條件順序控制三類。

                邏輯順序控制系統執行指令是按先后順序排列的,但和時間無嚴格關系。如在反應器進料系統中,當進料使反應器內料位達到某一值時,才能開啟攪拌電機。這里進料量的變化會影響達到預定料位的時間,而開啟攪拌電機的條件是料位達到預定值。邏輯順序控制系統在工業生產過程的配料系統中應用較廣泛。

                PLC編程是采用梯形邏輯圖來描述順序控制系統的邏輯順序關系,它是由繼電器梯形圖演變而來,具有直觀、易懂、能為廣大電氣技術人員所掌握等特點,在集散控制系統和PLC編程中得到廣泛應用。典型的梯形邏輯圖如圖所示。左邊為梯形邏輯圖,右邊的程序是用助記符列出的對應邏輯關系。

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                圖4  典型的梯形邏輯圖

                3.2  組態軟件

                DCS組態是指根據實際生產過程控制的需要,利用DCS所提供的硬件和軟件資源預先將這些硬件設備和軟件功能模塊組織起來,以完成特定任務的過程設計,習慣上稱作組態或組態設計。軟件組態的內容比硬件配置還豐富,它具有數據庫生成、歷史數據庫(包括趨勢圖)的生成,圖形生成,控制組態等,常用的組態軟件有組態王等。控制站組態流程如圖5所示,操作站的組態流程如圖6所示,系統信息實時/歷史曲線如圖 7所示,下位機實時運行狀態監視界面如圖8所示。

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                圖5  控制站組態流程

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                圖6  操作站組態流程

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                圖7  系統信息實時/歷史曲線

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                圖8  下位機實時運行狀態監視界面

                5.  結語

                由于基于電子皮帶秤的集散配料控制系統具有系統構成靈活、操作管理便捷、控制功能豐富、信息資源共享、安裝調試簡單、安全可靠性高和性能價格比高等優點,因此,深受廣大用戶的歡迎,在冶金(焦化、燒結、球團、噴煤、原料等)、電力、路橋、建材、化工、輕工等行業得到廣泛的應用。

                文章來源:中國衡器網

                作者:畢思武

                 

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