定量給料係統的設計-基於PLC配料

定量給料機是對散狀物料進行連續稱量給料的理想設備，是集輸送、稱重計量和定量控製為一體的高科技產品，是根據我國現有工藝工況改進後的新一代產品，它以技術先進、穩定可靠、性價比高、經久耐用而著稱。能適應各種生產環境，對各種塊、粒狀物料（如石灰石、鐵粉、粘土）和粉狀物料（如粉煤灰、水泥）等進行連續給料、計量，為各種工業現場的生產控製、管理提供準確的計量數據。配有RS485上位機通訊接口，可與中央控製機組成DCS係統。 調速式定量給料機是我公司在消化吸收德國申克DEL型定量給料機的先進技術，結合國內建材行業使用稱重設備的實際情況，進行國產化設計成功的一種集多種先進技術於一體的新型產品。它與微機、負荷傳感器、速度傳感器組合成微機控製配料係統或定量給料秤。該係統組成後，其主要性能達到國際八十年代後期的先進水平，可對各種塊、粒狀非粘結性物料進行計量和定量給料控製，廣泛用於水泥、礦山、化工、冶金、能源、糧食等工業部門。而定量給料機中定量給料係統是最為關鍵的設計。針對傳統控製中存在的自動化程度低的問題，開發研製了基於PLC的PID控製算法的物料定量給料係統計量裝置，能夠有效的滿足工業物料定量給料過程的實際情況，下文闡述了該控製係統的結構及PLC的硬件組成;根據工藝過程的技術要求，從控製係統的硬件配置到應用程序的設計。應用結果表明該係統性能穩定、運行可靠、人機界麵直觀靈活，控製係統實現的各項功能均滿足工藝要求，取得了良好的應用效果。 

定量給料係統的設計：
在生產領域中，各種原料之間的配比精度對生產過程的穩定和產品的質量、產量有重要的影響。定量給料係統已廣泛應用於水泥建材、冶金化工、電力煤炭等行業粉體連續輸料的K8凯发登录入口測量與定量給料的工業環節，如水泥廠人窯煤粉的定量給料及輸送就是一個典型的例子，其供料過程中的穩定性、均勻性等問題是影響計量精度的主要因素。由於它用途廣泛，對提高給料係統的自動化程度就有著重要的現實意義。 

定量給料係統是根據國內外智能配料係統的發展狀況和趨勢，結合企業提出的具體要求的基礎上設計的配料係統計量裝置;它采用可編程序控製器作為整個控製係統的核心，具有原理先進、結構簡單、給料均勻可靠、測量準確等特點。 

1 係統結構及設計 

可編程控製器在機電一體化產品中應用範圍極廣，其主要特點是:工作可靠、可與工業現場信號直接輸人輸出連接、組合靈活、編程容易、安裝簡單、維修方便、運行迅速，為繼電器邏輯控製所望塵莫及。 

該計量裝置控製對象和參數多，工作條件惡劣，且要求具有一定的管理功能，為提高係統的可靠性，便於維護 ，擬采用以可編程控製器為核心，以觸摸屏計算機作為交互界麵，配以各種輸人輸出專用模塊和專用信號調理電路組成一個完整的控製係統。

1.1 係統測控時序 

係統在料位最低點①時，控製輸出裝料生成指令，裝料閥接受打開指令後打開，係統進人體積給料期。經過一個時間延遲後，裝料閥全部打開，並發出裝料閥全開反饋信號給控製係統，經過一個設定的時間延遲後，硫化空氣打開，係統進人快速加料階段。當物料加到料位最高點④時，稱重係統檢測到料鬥滿料信號而輸出裝料閥關閉指令，裝料閥接受指令開始關閉，係統運行到裝料閥全關點⑤時，輸出蝶閥關閉信號，到此係統裝料過程結束，進人出料階段。經過一段穩定時間後係統運行到重量給料開始點⑥，此時體積給料結束，係統進人到重量給料階段，測量和控製周期開始，持續到給定的下一個料位最低時，係統又發出裝料控製的指令。以此循環交替進行給料作業。 
 

在點②處裝料閥全開、點③處硫化空氣閥打開①-⑤為係統加料周期，同時裝料和出料;⑤-①為出料周期，係統隻有出料;①-⑥為體積測量方式，此時出料量隻是速度控製;⑥-①為重量測量方式，測量和控製的階段。 

1.2 計最裝置電氣控製係統 

計量裝置電氣控製係統由上位機係統和下位機係統兩部分構成。 

1.2.1 上位機係統 

觸摸屏計算機作為上位機，主要實現監督控製級和管理級的功能。及時處理用戶的輸人指令並顯示運行信息。由於觸摸屏計算機自帶了與PLC通信的功能，而不用編寫專用的通信程序，隻要設計良好的界麵，使用十分方便。 

1.2.2 下位機係統 

下位機係統主要由以下幾部分組成: 

① 可編程控製器。可編程控製器是下位機係統的控製中心，一方麵擔負著與上位機的通信功能;另一方麵根據上位機的指令，控製各執行機構的動作。考慮到係統的負載情況和控製的需要，選用了三菱公司的FR -540 -5.5K-CH的變頻器。其輸出額定功率為9.1 kV，適應的電機為5.5 kW。控製方式為柔性PWM (V/F控製)。運行頻率的輸出控製由模擬量進行(0一5 V)，此模擬量值由PLC的2D/A模塊給定。 

② 接收調理電路。接收現場傳送來的差分信號並將其轉換成開關信號後送給PLC的高速計數器計數。 

③ 轉速檢測模數轉換電路。將電機運行的速度轉換成數字量送給PLC。 

④ 電參數檢測功能模塊。將電機運行的電流、功率、效率等轉換成數字量並經銘5接口送給PLC和上位機。 

⑤ 數模轉換功能模塊。將經PLC計算後的轉速控製數據轉換成模擬信號送給變頻器以控製下料電機的轉速，從而達到給料量控製的目的。 

⑥ 重量檢測模塊。稱重傳感器是傳統的電阻應變式壓力傳感器，采用的是ET一3型壓力傳感器。但其輸出範圍隻有0一21.6 m V(供電電壓為直流12V ),輸出電阻為351 Sl，無法直接采樣進行A/D變換。采用了AD623芯片將此信號放大50倍。 

1.3 機械本體與機電接口 

現場 部 分 主要是機電一體化的執行機構，主要包括機械本體、動力部分、測量傳感部分、執行機構、驅動部分等要素，各要素之間通過接口相聯係。 

① 加料電磁閥及蝶閥。由PLC的輸出繼電器的閉、合，來控製加料電磁閥的通斷，通過該執行機構實現料鬥中物料間隙自動加人。 

② 測量傳感部分。對係統運行中所需要的重量信息進行檢測，變成電信號，經信號調理電路處理後以差分信號發送到控製室。 

③ 粉料輸送螺旋及驅動機構。它是係統的主要執行機構，通過它的運行，實現物料的進給。該螺旋主軸以變頻電動機為動力，通過一級擺線針輪減速器減速後拖動主軸運行，變頻電動機的運轉速度由變頻器控製。 

④ 粉料壓實及驅動機構。它是係統物料的主要執行機構，通過它的運行，實現物料的壓實。該機構以電動機為動力，通過二級擺線針輪減速器減速後拖動壓料機構運行。 

2 可編程控製器PID算法[5] 

PID 控 製 具有原理簡單、使用方便、適應性強、魯棒性強等特點，計量裝置利用PLC的控製計算能力取代模擬調節器，直接通過數字運算，使被調量保持在給定值。係統PID算法如下:
式中:EVn為當前偏;Dn為微分運算值;EVn-1為前一次偏差;Dn_1為上一次微分運算值;SV為設定值;KP為比例常數;PVn為當前采樣值;α為輸人濾波常數;PVnf為當前濾波輸人值;Ts為采樣時間;PVnf-2為前一次當前濾波輸人值;T1為積分時間;PVnf-2為前二次當前濾波輸人值;Td為微分時間;△MV為操作值的變化;KD為微分增益;MVn為當前輸出操作值。 

當前濾波器輸入值PVnf大於設定值時，執行正作用PID算法，反之執行反作用PID算法。 

PID指令的許多參數都可以由用戶根據自己的需要設置或設定，從控製開始到PID循環達到裝置控製要求的困難是找到一個好的控製起始點。調節PID值時一定要保證操作的安全性，以避免對設備的損壞。對FX2 N係列PLC可以進行預調節以便為PID控製過程快速賦初值。一個簡單的方法就是每次改變固定比例的參數值，如每次增加或減少10%。 

3 結束語 

計量裝置根據人機工程學的原理進行計量裝置界麵設計，采用彩色液晶顯示和專門的機櫃設計，以保證操作的方便和正確;以PLC為控製中樞，以螺旋輸送等為物料的推進器，配以相關的執行驅動器件，使係統可自動運行。整個係統給料量進行閉環控製，采用麵向對象的編程方法，和麵向過程的編程方法相結合，進行優化的接口和流程設計，可以方便地進行功熊擴展;並且具有遠程通信接口，在需要時可以組成網絡，以適應工廠現代化發展的需要，配料精度達到0.5%級。該裝置已在企業應用，運行狀況良好。 


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