何先木重慶鋼鐵股份有限公司

給煤機電子稱量系統(tǒng)的優(yōu)化

何先木
重慶鋼鐵股份有限公司

本文介紹了重慶鋼鐵股份有限公司煉鐵廠給煤機電子稱重微機控制系統(tǒng)存在的一些問題而進行的優(yōu)化設計，主要以S7-300PLC、SIEAREX FTC皮帶專用稱重模塊作為核心控制器，配合測速編碼器以及稱重傳感器組成更穩(wěn)定可靠的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)給煤量的精確控制。

PLC；SIEAREX FTC稱重模塊；測速編碼器

1.引言

目前我廠采用的微機控制器是根據(jù)生產(chǎn)工藝和功能的要求向生產(chǎn)廠家定制的，具有較強的針對性，但同時也造成了其通用性不強的缺點，增加了維護檢修和更換配件等困難；其控制板是由實現(xiàn)PID、運放、信號轉(zhuǎn)換等多個功能模塊構(gòu)成，而每個模塊都是一個故障點，出現(xiàn)問題不易排查，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定；并且定制開發(fā)成本較高，使其價格昂貴，綜上所述原因我們有必要采用成本較低、性能更優(yōu)越、通用性強、便于維護和更換的PLC和皮帶專用稱重模塊SIEAREX FTC，并用性能更優(yōu)越的測速編碼器代替現(xiàn)有測速電機對現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。

2.SIEAREX FTC稱重模塊

SIWAREX FTC是一種專門用于皮帶連續(xù)稱重的PLC功能模塊，可以集成在西門子自動化系列產(chǎn)品（SIMATIC）的系統(tǒng)中，具有與西門子SIMATIC統(tǒng)一的編程組態(tài)平臺，可編程能力強，模塊與CPU之間為標準導軌安裝，安裝和更換方便，便于維護；SIWAREX FTC已經(jīng)在工廠內(nèi)調(diào)節(jié)好。因此，無需使用任何調(diào)節(jié)重量，就可以將秤調(diào)節(jié)到它的理論設置；而且，模塊也能在不需要重新調(diào)節(jié)秤的情況下隨意更換。對于調(diào)試，存在一個適用于Windows操作系統(tǒng)的專用程序SIWATOOL FTC，該程序使得在不需要理解自動化技術的條件下就能調(diào)試秤；稱重傳感器、電源和串行接口的連接全部都能通過40針標準端口連接器來完成，減少通訊和控制系統(tǒng)的硬接線回路，使系統(tǒng)更簡單穩(wěn)定；稱重模塊直接與傳感器相連接，可以將采集的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字模式，與S7-300的CPU之間采用數(shù)字量傳輸，實現(xiàn)高速、高精度的稱重計量，且自帶診斷功能，如實時檢測傳感器回路阻抗阻值，實現(xiàn)預維護；SIWAREX FTC具有兩個串行接口，一個是RS 485接口，用于連接數(shù)字遠程顯示器，另一個是RS 232接口，可以連接一臺PC，用于設置SIWAREX FTC參數(shù)。通過RS 232接口的SIWATOOL程序，可實現(xiàn)對應參數(shù)定義，從而就可以對SIWAREX FTC進行優(yōu)化配置，使它適用于不同的自動稱重工序。

3.給煤控制系統(tǒng)設計

3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本控制系統(tǒng)的硬件設備組成主要是西門子S7-300PLC，同品牌專用于給料機稱重的SIWAREX FTC型號的稱重模塊和變頻器，以及作為測量設備的重量檢測傳感器和速度檢測傳感器等組成。模塊與CPU之間為標準導軌安裝，模塊與傳感器通過40針前端連接器連接，通過RS485連接顯示器，用作現(xiàn)場指示，采用RS232連接PC，實現(xiàn)與上層組態(tài)軟件的通信。下圖1所示為系統(tǒng)的主要構(gòu)成和簡易硬件連接：

圖1 硬件結(jié)構(gòu)連接圖

3.2 系統(tǒng)的工作原理

給料皮帶秤架上的稱重傳感器和皮帶電機的測速編碼器的測量信號接入FTC稱重模塊，由稱重模塊進行AD轉(zhuǎn)換和濾波等計算處理后，由PLC總線直接傳給S7-300 PLC的CPU，通過S7-300 PLC實現(xiàn)PID控制功能，根據(jù)生產(chǎn)需要的設定值和傳感器實時反饋信號值相比較形成閉環(huán)控制，通過稱重模塊的模擬輸出端子輸出4～20mA（分別對應變頻器輸出頻率的上下限）控制信號送入變頻器，進而根據(jù)控制需要調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對給煤量的精確控制。通過PLC外接的觸摸屏可以顯示稱重過程參數(shù)并進行操作在本系統(tǒng)中PLC輸入端子可以與開關串聯(lián)，輸出端子接繼電器或小功率接觸器，控制電路完全由PLC程序完成，減少繼電器等硬件連接，節(jié)約成本和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于PLC可實現(xiàn)多路PID控制，因此可以同時帶多個稱重模，實現(xiàn)多臺稱重設備的控制，節(jié)約了控制成本。通過總線可以將PLC連接至計算機，由組態(tài)軟件實現(xiàn)對控制過程的監(jiān)控，并且能夠遠程操作控制指令。

3.3 系統(tǒng)的工作方式

該系統(tǒng)工作方式主要有兩種分為遠程遙控和就地操作，用轉(zhuǎn)換開關實現(xiàn)切換。

（1）遠方遙控方式

遠程遙控是給煤機控制系統(tǒng)主要的工作方式，通過中控室操作系統(tǒng)運行，可以通過組態(tài)監(jiān)測畫面中的信號給定控制實現(xiàn)給煤機的啟動停止和給煤率的控制，實現(xiàn)給煤量的控制。

（2）就地操作方式

為保證在PLC或與上層通信出現(xiàn)故障情況下不影響正常生產(chǎn)，將轉(zhuǎn)換開關置于就地位置通過現(xiàn)場操作箱來實現(xiàn)設備的啟動運行和停止。

4.結(jié)語

用SIWAREX FTC稱重模塊與PLC作為電子稱量系統(tǒng)的控制器，有效解決了當前控制器存在的通用性不強，更換與維護困難，定制成本高等缺點，測速編碼器代替現(xiàn)有的測速電機，提高了速度信號精度。經(jīng)過優(yōu)化設計的系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和精確性，同時有效的節(jié)約了成本。

[1]李鴻儒.西門子系列變頻器及其工程應用.北京：機械工業(yè)出版社，2013.8

[2]王振力，劉博.工業(yè)控制網(wǎng)絡.人民郵電出版社，2011年，第一版

[3]劉鍇，周海.深入淺出西門子自動化產(chǎn)品系列叢書.北京航空航天大學出版社，2004.8