基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)研究

閆明輝，賈曉梅，馬添翼

(沈陽工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

摘要：針對傳統(tǒng)輸煤電子皮帶秤校驗(yàn)困難的實(shí)際情況，提出了利用PLC軟測量技術(shù)研究輸煤電子皮帶秤的監(jiān)測方法，給出了監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和監(jiān)測原理，設(shè)計(jì)出基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：電子皮帶秤；監(jiān)測系統(tǒng);可編程控制器

收稿日期：2015-04-08

作者簡介：閆明輝(1992-)，男，遼寧沈陽人。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.04.016

中圖分類號：TH715

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1603(2015)04-0370-04

Abstract：According to the check difficult of the traditional coal electronic belt scale,this paper put forward to a monitoring method used for the coal electronic belt scale with soft measurement technology of PLC.The structure of the monitoring system and monitoring principle were given,and the monitoring screen of the system was designed based on soft measurement technology of PLC.The system possesses many characteristics such as a simple structure,reliable operation,and accurate measurement etc.

給煤機(jī)是火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)的重要輔助設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)中給煤量的連續(xù)均勻調(diào)節(jié)和給煤量的實(shí)時(shí)監(jiān)視與計(jì)量。目前300 MW 以上的鍋爐都采用直吹式制粉系統(tǒng)，而燃燒控制系統(tǒng)要求鍋爐的給煤量完全由給煤機(jī)決定，因此給煤機(jī)的控制性能很重要。電子皮帶秤用于散裝物料的動(dòng)態(tài)計(jì)量，其標(biāo)定方法簡便、測量精確穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程中物料的統(tǒng)計(jì)，在火電廠中用于輸煤皮帶傳輸機(jī)上流過的煤料作連續(xù)動(dòng)態(tài)計(jì)量與顯示。國內(nèi)外機(jī)組已大量采用電子皮帶秤式給煤機(jī)控制系統(tǒng)，如國內(nèi)機(jī)組引進(jìn)的美國STOCK 公司生產(chǎn)的成套電子皮帶秤式給煤機(jī)，它包括給煤機(jī)微機(jī)控制器、皮帶、清掃機(jī)構(gòu)調(diào)速控制及各種傳感器等。但這種傳統(tǒng)的電子皮帶秤，鏈碼校驗(yàn)笨重，計(jì)量方法單一、可靠性差、標(biāo)定方法繁瑣，使用中運(yùn)行維護(hù)量大。這里采用基于PLC與組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的新型電子皮帶秤能克服傳統(tǒng)電子皮帶秤的缺點(diǎn)，達(dá)到精度較高的計(jì)量效果。

1傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由標(biāo)定鏈碼、稱重儀表、測速輪、稱架及稱重傳感器組成，如圖1所示。

該系統(tǒng)信號攝取不科學(xué)，四路稱重信號并聯(lián)接入，只取最大的。龐大的標(biāo)定鏈碼使后續(xù)有大量的機(jī)械電氣維護(hù)。停運(yùn)時(shí)空跑皮帶，放下鏈碼標(biāo)定，既產(chǎn)生側(cè)向力影響標(biāo)定精度，又磨損皮帶。每次皮帶運(yùn)行完成都產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，積累多了誤差會很大。當(dāng)皮帶跑偏時(shí)測速不準(zhǔn)，滾輪磨損后刮傷皮帶。系統(tǒng)無冗余備用功能，只有485通信口。目前電子皮帶秤所要求的最大誤差不能超過0.25，該傳統(tǒng)電子皮帶秤誤差達(dá)到0.5，因此不能滿足目前火電廠輸煤系統(tǒng)對皮帶秤的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1　傳統(tǒng)電子皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2基于PLC的智能電子皮帶秤監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

2.1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

為了實(shí)現(xiàn)智能電子皮帶秤對煤量的計(jì)量、顯示與控制，監(jiān)測系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)軟測量控制，采用觸摸屏作為操作顯示界面，完成瞬時(shí)煤量與累計(jì)煤量顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及越限報(bào)警記錄。系統(tǒng)能夠通過PLC程序完成煤量的瞬時(shí)值及累計(jì)值的計(jì)算，并依此控制給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速?；谏鲜鏊枷?，構(gòu)建的基于PLC軟測量技術(shù)的智能電子皮帶秤構(gòu)成如圖2所示。

圖2　智能型電子皮帶秤

圖中主稱架用于正常運(yùn)行中的計(jì)量，為稱重系統(tǒng)提供精確的重量數(shù)值，采用4個(gè)稱重信號分別進(jìn)入智能稱重采集模塊，能夠?qū)?00 kg的稱重傳感器重量標(biāo)定到以克為單位。副稱架用于代替循環(huán)鏈碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，同時(shí)它也可作為主稱架的備用稱架。智能稱重采集模塊完成皮帶秤的重量采集及信號處理，其內(nèi)部設(shè)有處理器，完成稱重信號的零點(diǎn)和量程標(biāo)定。速度測量采用大滾筒滾輪，保證與皮帶100%接觸，防止因皮帶跑偏影響計(jì)量。配備的編碼器能夠?qū)L輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為脈沖信號。皮帶秤計(jì)量由德國西門子PLC軟件實(shí)現(xiàn)，完成皮帶秤的靜態(tài)標(biāo)定、動(dòng)態(tài)標(biāo)定、速度標(biāo)定、瞬時(shí)流量計(jì)算、累計(jì)流量計(jì)算及故障檢測報(bào)警等功能。觸摸屏作為皮帶秤的操作界面，顯示直觀，操作方便，與PLC配合可實(shí)現(xiàn)報(bào)警記錄、歷史事件和數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)曲線和歷史報(bào)表等功能。完成的監(jiān)控組態(tài)畫面如圖3所示。

圖3　智能型電子皮帶秤監(jiān)控畫面

圖3中電子皮帶秤的煤料計(jì)量所選擇的標(biāo)定方式采用簡易型的掛碼來進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，掛碼標(biāo)定在現(xiàn)場只需要一個(gè)人采用自動(dòng)掛碼機(jī)構(gòu)就能進(jìn)行自動(dòng)掛碼操作。為了克服誤差獲得較高的標(biāo)定精確度，掛碼的位置掛在離稱重傳感器最近的承重托輥上，通過掛碼標(biāo)定與實(shí)物標(biāo)定進(jìn)行對照，計(jì)算出修正系數(shù)，從而獲取較好的標(biāo)定效果，采用該方法所得到的誤差小于0.25，滿足現(xiàn)場要求。

2.2智能電子皮帶秤特點(diǎn)

基于上述分析，得出該智能型電子皮帶秤具有如下特點(diǎn)：

1)采用4個(gè)稱重傳感器構(gòu)成全懸浮稱重橋架，4組稱重托輥，無耳軸支點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)部件，保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，只需8只螺栓安裝固定。4個(gè)稱重傳感器傳感器的重量信號在智能稱重采集模塊中取加權(quán)平均，消除皮帶偏載時(shí)對測量產(chǎn)生的誤差，得到準(zhǔn)確的重量信號。

2)采用主副2臺稱架，對皮帶秤進(jìn)行動(dòng)態(tài)掛碼標(biāo)定，能夠在皮帶走煤的情況下(真正的動(dòng)態(tài))進(jìn)行標(biāo)定。以動(dòng)態(tài)掛碼標(biāo)定取代循環(huán)鏈碼，能夠消除鏈碼對皮帶的磨損、減輕維護(hù)工作、減少維護(hù)費(fèi)用、減小標(biāo)定誤差。

3)能夠自動(dòng)判斷皮帶停止?fàn)顟B(tài)，并進(jìn)行每隔20 min自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)，消除稱重傳感器零點(diǎn)漂移對稱重的影響。

4)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量失準(zhǔn)及時(shí)校準(zhǔn)

皮帶秤是動(dòng)態(tài)計(jì)量，受各種因素影響，出現(xiàn)計(jì)量失準(zhǔn)的情況是經(jīng)常性的。傳統(tǒng)的皮帶秤只能靠人工查詢誤差,不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量失準(zhǔn)。而智能皮帶秤在皮帶運(yùn)行中實(shí)時(shí)比對主副秤的偏差判斷計(jì)量失準(zhǔn)，自動(dòng)選擇切換并報(bào)警，不會造成延誤。

5)在皮帶傳輸物料時(shí)進(jìn)行實(shí)物校驗(yàn)，符合現(xiàn)場實(shí)際情況，準(zhǔn)確性好。在皮帶正常傳輸物料時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)過程自動(dòng)伴隨在皮帶傳輸物料過程中。皮帶傳輸物料的狀況和張力變化符合實(shí)際情況，所以校驗(yàn)準(zhǔn)確性好，穩(wěn)定可靠。

6)觸摸屏作為計(jì)量裝置的人機(jī)界面，除具有良好和操作顯示功能外，還具有實(shí)時(shí)記錄和歷史記錄、故障類型與故障時(shí)間記錄。

7)稱重儀表用PLC代替，計(jì)量功能由數(shù)字信號傳輸和處理，計(jì)量精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，同時(shí)還為上煤量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)提供各種通信接口(RS485或以太網(wǎng))。

3PLC軟測量任務(wù)與程序設(shè)計(jì)

軟測量是指根據(jù)容易可測量的輔助變量與較困難的待測變量的數(shù)學(xué)關(guān)系，依據(jù)一種最優(yōu)準(zhǔn)則，利用一些計(jì)算方法，用軟件完成待測變量的估計(jì)與測量，以達(dá)到良好效果。利用PLC軟測量技術(shù)設(shè)計(jì)出的智能型電子皮帶秤稱重儀表，它由2臺全懸浮稱架安裝在一條皮帶上，并由智能采集、處理、顯示等環(huán)節(jié)組成。它具有計(jì)量精準(zhǔn)、穩(wěn)定可靠、標(biāo)定簡單等特點(diǎn)。

在該軟測量系統(tǒng)中PLC的主要任務(wù)有4個(gè)，一是完成皮帶秤的靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定；二是完成接收編碼器的脈沖信號，并通過程序計(jì)算得到煤料的移動(dòng)速度；三是計(jì)算出皮帶上的瞬時(shí)煤量和累計(jì)煤量；四是根據(jù)實(shí)際瞬時(shí)煤量與DCS發(fā)出的煤量給定值的偏差，來調(diào)節(jié)給煤機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)PLC采用西門子公司S7-200 CPU224XP型，S7-200功能強(qiáng)大易于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的控制、計(jì)量與報(bào)警。圖4為PLC煤料計(jì)量初始化程序梯形圖。

圖4　PLC煤料計(jì)量初始化程序

4結(jié)語

該系統(tǒng)稱重信號接入方式科學(xué)，采用四路稱重信號分別接入，加權(quán)平均；系統(tǒng)無標(biāo)定鏈碼、無機(jī)械和電氣維護(hù)量，使后續(xù)維護(hù)方便；標(biāo)定方法采用動(dòng)態(tài)標(biāo)定，皮帶運(yùn)行時(shí)點(diǎn)擊一個(gè)按鈕就完成標(biāo)定，完全模擬實(shí)物，省時(shí)省力；在功能實(shí)現(xiàn)上利用PLC程序來完成各種監(jiān)控任務(wù)。系統(tǒng)還具有豐富的通信接口，可以與DCS通信連接，能實(shí)現(xiàn)與鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，大大提高鍋爐運(yùn)行的可靠性和可控性，從而達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益及管理效果。因此開發(fā)這種基于PLC的智能電子皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為國內(nèi)許多火電廠的迫切要求。

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Research on Monitoring System of Intelligent Electronic Belt

Scale Based on Soft Measurement Technology of PLC

YAN Ming-hui1,JIA Xiao-mei1,MA Tian-yi1

(School of Automation Control Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,China)

Key words： electronic belt scale；monitoring screen；PLC

(責(zé)任編輯佟金鍇校對張凱)