耐火材料配料系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王國(guó)壯

（安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院 安徽馬鞍山 243000）

現(xiàn)代許多產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，需要按一定的比例要求先將多種原材料進(jìn)行混合，再進(jìn)行配制加工。這種先進(jìn)行原料的比例混合再加工的過程稱之為工業(yè)配料。在工業(yè)配料進(jìn)程中，決定產(chǎn)品質(zhì)量的首要因素就是物料的混合比例是否精確［1］。例如在建筑行業(yè)中，所采用的再生磚的要成分包括磚塊、碎混凝土塊、石子、塊石以及廢鋼筋、鐵絲等各種廢棄物，在生產(chǎn)過程中需要摻入一定比例的其他原料，而配料的精確度直接關(guān)系到再生磚質(zhì)量的好壞。

1 配料系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)配料系統(tǒng)來講，原料的儲(chǔ)存、供給、稱量、混合、運(yùn)送以及設(shè)備的通信、控制這幾個(gè)部分是必不可少的［2］。其中原料的供給、稱量以及設(shè)備的通訊和控制組成了系統(tǒng)控制部分。

1.1 給料系統(tǒng)

給料系統(tǒng)一般有下列幾種：

電磁閥給料系統(tǒng)。這種配料方式一般是針對(duì)液體的配比控制。一般電磁閥只有兩個(gè)狀態(tài)，達(dá)不到精確配比的要求。而比例閥可以根據(jù)控制單元的模擬量信號(hào)，調(diào)節(jié)開口的大小，適合精確配料的場(chǎng)合。

電磁振動(dòng)給料系統(tǒng)。該系統(tǒng)中核心裝置是電磁振動(dòng)供料機(jī)。在生產(chǎn)過程中，原料以一定的速度通過電磁振動(dòng)供料機(jī)自動(dòng)進(jìn)入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于原料可以實(shí)現(xiàn)勻速供給的目的，所以其廣泛用于顆粒料的給料系統(tǒng)。

料門給料系統(tǒng)。對(duì)于料門給料系統(tǒng)，一般由料門的開口幅度控制供料的速度和精度。有的配有大小兩個(gè)料門，有的是料門的開口有大有小。當(dāng)要求配料速度較快時(shí)，使料門開口幅度最大。當(dāng)達(dá)到某一值后，逐漸減小料門的開口幅度，使配料速度下降。然后進(jìn)入精確配料階段，到達(dá)系統(tǒng)給定值后，關(guān)上全部料門，整個(gè)過程結(jié)束。它主要用于細(xì)粉料的配料。

在本項(xiàng)目中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由電磁閥給料系統(tǒng)來進(jìn)行原料供給。

1.2 稱量系統(tǒng)

稱量系統(tǒng)是自動(dòng)配料系統(tǒng)能否滿足要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，稱重傳感器是將壓力值轉(zhuǎn)變成電流值或電壓值的元件。它主要由電阻應(yīng)變式、固態(tài)壓阻式、壓電式傳感器等多種，但至今仍被廣泛應(yīng)用的還是電阻應(yīng)變式。對(duì)于稱重儀表來講，它主要將稱重傳感器送來的電信號(hào)顯示、計(jì)算，并可將計(jì)算的結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，或者將其送入上級(jí)控制環(huán)節(jié)，由上級(jí)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行采集、記錄。

1.3 中心控制及通訊系統(tǒng)

對(duì)于當(dāng)今成熟的配料系統(tǒng)而言，其主要由智能稱重儀表、PLC、上位機(jī)等幾部分組成。智能稱重儀表主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，完成信號(hào)的采集、處理、計(jì)算功能，實(shí)際上智能儀表本身就是一個(gè)小型的單片機(jī)系統(tǒng)。智能儀表將信號(hào)處理之后，將控制信號(hào)送入PLC中，由PLC完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。上位機(jī)可以是觸摸屏，也可以是計(jì)算機(jī)，其主要功能就是通過良好的人機(jī)交互界面來完成對(duì)配料設(shè)備、配料生產(chǎn)過程的監(jiān)控，并可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)控制，修改配料系統(tǒng)參數(shù)，并可完成配方的管理、報(bào)表的打印、故障狀態(tài)的報(bào)警等功能。

2 可編程控制器設(shè)計(jì)與選型

2.1 PLC處理器模塊選擇

在PLC處理器模塊選擇時(shí)，首先要保證所選PLC能很好的完成項(xiàng)目的功能，在此基礎(chǔ)之上，還應(yīng)考慮價(jià)格因素。結(jié)合本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們選取的CPU模塊的型號(hào)為CPU224XP CN，其特點(diǎn)如下：

輸入/輸出點(diǎn)數(shù)：14/10；

可擴(kuò)展模塊：7；

程序容量：4096（字）；

通訊端口：兩個(gè)RS485通訊口，有多種通訊方式可選擇，可采用PPI、MPI、PROFIBUS、MODBUS等進(jìn)方式進(jìn)行組網(wǎng)。

2.2 I/O模塊選擇

在此系統(tǒng)中，CPU自帶的輸入輸出模塊點(diǎn)數(shù)不足，不能滿足系統(tǒng)使用要求，故我們要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，即加入數(shù)字量和模擬量的擴(kuò)展模塊。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)數(shù)，在此，我們共使用了EM223CN和EM221CN兩個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊以及1個(gè)EM235模擬量輸入輸出混合擴(kuò)展模塊。其中EM223CN為八輸入八輸出的數(shù)字量擴(kuò)展模塊，EN221CN為4輸入4輸出的擴(kuò)展模塊。EM235可接收4路模擬信號(hào)輸入和輸出1路模擬信號(hào)。

3 稱重傳感器選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的要求，我們選用METTLER-TOLEDO公司生產(chǎn)的IL系列稱重傳感器。它的特點(diǎn)是精度高，響應(yīng)特性好，線性范圍寬，穩(wěn)定性好，表面鍍鎳，適用于大臺(tái)面，有沖擊力的皮帶秤等場(chǎng)合。其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.1 稱重傳感器的連接方式

本項(xiàng)目中的粘土和粘合劑都是在料斗中完成稱量工作的，而要想使得秤體平衡通常情況下要采用三只稱重傳感器。傳感器在稱重時(shí)的輸出值容易收到拱橋電壓的影響。要想保證在同等質(zhì)量的時(shí)候能有相同的輸出，這就要求采用高性能的電壓電源來進(jìn)行供電。同時(shí)，這三只傳感器在要在料斗下方相隔120°均勻分布，其連接方式如圖1、圖2所示。

表1 IL系列稱重傳感器技術(shù)參數(shù)

圖1 傳感器的連接圖

圖2 稱重連接方式轉(zhuǎn)換圖

其中RWI為微調(diào)電阻，UO并聯(lián)輸出電壓，U為拱橋電壓，UO1為第I只傳感器的等效輸出電壓，RO1為第I只傳感器的等效輸出阻抗。在采用微調(diào)補(bǔ)償后，并聯(lián)電橋電路的輸出電壓同所稱原料的重量呈現(xiàn)正比關(guān)系。

3.2 稱重顯示器選擇

IND320是梅特勒-托利多公司生產(chǎn)的一種新型配料儀表。IND320的輸出信號(hào)穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快。同時(shí)該控制器為不同的配料場(chǎng)合內(nèi)部預(yù)先設(shè)定了多種配料模式可供選擇，方便客戶直接使用。另外，它能兼容多種通訊協(xié)議，可以很方便的跟其他設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，達(dá)到中控室遠(yuǎn)程控制的目的。

在IND320控制儀表的使用中，其最典型的連接方式如下圖3所示。

圖3 控制儀表的典型連接方式

4 變頻器的選用

MICROMASTER420是西門子公司為交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速開發(fā)的產(chǎn)品［3］。它有多種型號(hào)的產(chǎn)品供用戶選擇，主要用于交流異步電動(dòng)機(jī)的額定功率較小的調(diào)速領(lǐng)域。

該變頻器采用數(shù)字控制，內(nèi)部集成了微處理器。同時(shí)它的輸出器件是絕緣柵雙極型晶體管，使其工作的穩(wěn)定性與可靠性大大提高。在內(nèi)部，它采用了多種保護(hù)措施，有效的保護(hù)了自身和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全。在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，電子器件的開關(guān)頻率具有可調(diào)性，有效較少了電機(jī)的噪音。

5 觸摸屏的選用

為了方便系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和便于現(xiàn)場(chǎng)人員的操作，我們使用威綸通的觸摸屏作為上位機(jī)的控制設(shè)備。威綸通觸摸屏共有3個(gè)接口，其中兩個(gè)為RS485，一個(gè)為RS232串口通訊。一般都是用RS485串口與PLC進(jìn)行通訊工作。其配套的設(shè)計(jì)軟件是由該公司最新研發(fā)的人機(jī)交互軟件Easy-Builder8000，它主要跟MT6000和MT8000型產(chǎn)品來配套使用。

WEINVIEW HMI的系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 WEINVIEW HMI組態(tài)軟件的系統(tǒng)組成

本文依據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，對(duì)本項(xiàng)目的硬件組成進(jìn)行了設(shè)計(jì)。按照所采用的輸入設(shè)備輸出設(shè)備對(duì)可編程控制器進(jìn)行了選型，結(jié)合對(duì)傳感器的分析和技術(shù)條件，確定了所采用的傳感器和控制儀表，并對(duì)生產(chǎn)過程中采用的其他設(shè)備進(jìn)行了確定，搭建了生產(chǎn)所需的硬件平臺(tái)。