以浙江水泥廠配料係統為基礎，針對原有核子秤係統存在的缺陷，給出了電子皮帶秤係統的改造方案。結合可編程控製器控製係統的優點和電子秤高精度、高可靠性的特點，詳細介紹了係統的軟硬件配置。通過實際應用，證明該改造方案具有諸多優點。改造後，係統的穩定性和精度大大提高，取得了良好的控製效果。
在20世紀50年代和60年代，固體物料的連續測量設備主要是機械皮帶秤。20世紀60年代末，電子皮帶秤開始應用，然後迅速占領了整個市場，完全取代了機械皮帶秤。80年代末，國內一些鋼廠、電廠開始引進核皮帶秤，打破了電子皮帶秤一統天下的局麵。由於核子秤和電子秤的測量原理不同，核子秤和電子秤在不同的測量過程中各有優勢。例如，由於核子秤的汙染和精度問題，國外工業化國家的水泥廠和我國引進先進技術和設備的水泥廠都沒有采用核子秤作為配料係統的進料計量裝置[1]。以水泥配料係統為例，主要介紹了生料磨計量配料控製係統中核子秤改造為電子秤的總體方案和係統設計。
1.工藝流程
該配料係統為半幹式生料磨計量配料控製係統，由四個生料磨組成，采用一個磨、三個秤、四個通道進行計量配料控製。其中，1#和2#生料磨常用的物料為砂頁岩、石灰石、鐵粉；3#生料磨常用的原料有砂頁岩、石灰石、白雲石。4#生料磨常用的原料有石灰石、白雲石、鐵粉。圖1是原料研磨機之一的示意圖。原料磨由三個料倉進料，即需要安裝三個皮帶秤。原料磨每小時總產量為0-60t/h[5][6]。
目前的係統是核子秤計量係統，計劃改為電子皮帶秤。核皮帶秤和電子皮帶秤都是測量帶式輸送機輸送物料的設備。從原理上看，兩種設備有一個共同點:為了得到被輸送物料的重量K8凯发登录入口，既要檢測皮帶的物料負荷，也要檢測皮帶的速度信號，然後將兩個信號相乘得到瞬時K8凯发登录入口，再通過積分或累加運算得到一段時間內被輸送物料重量的累計值；檢測皮帶速度的方式相同，采用磁阻脈衝式和光電脈衝式速度傳感器。區別在於核皮帶秤通過物料對輻射的吸收來確定載荷信號，而電子皮帶秤通過稱量設定長度內物料的重量來確定載荷信號。
2、原係統缺陷分析
在精度方麵，對於電子皮帶秤，K8凯发登录入口越高，通常可以達到的精度越高。對於核皮帶秤，由於放射源強度的限製，在大K8凯发登录入口、高負荷的情況下，探測器通過物料接收到的射線強度太弱，無疑影響測量精度。
就安全而言，電子皮帶秤不存在安全問題。核皮帶秤配有核輻射源，通常使用銫(CS137)，其輻射強度一般點源為3.7×109貝克勒爾(100毫居裏)，線源為6×108貝克勒爾(16毫居裏)。因此，在使用核帶秤之前，有必要向所有工作人員普及核輻射儀器和防護知識；核輻射儀器的使用應有完善的規章製度和嚴格的安全防護措施。訂購核輻射儀器前，應向衛生、防疫和公安部門提出申請，並征得同意。安裝後，應經衛生、防疫、公安部門檢查，並出具使用證明後，方可使用；應配備專用輻射劑量測量儀器，並指定專人負責維護。勞動者應享受特殊保健，並定期體檢。
3.控製係統總體方案設計
常規電子皮帶秤的測量係統由秤體(給料機)、負荷傳感器、速度傳感器、變頻器、積分器、工控機等組成。配料控製係統通過積分器或計算機的PID調節，使物料的實際K8凯发登录入口達到設定的K8凯发登录入口，從而達到自動配料的目的。
該控製係統是直接數字控製(DDC)控製係統。在下控製中，傳感器、變頻器和積分器形成閉環反饋，可以自動調節達到上設定值。下位控製的核心是積分器，本質上是一個由單片機構成的配料係統專用的配料控製器。上位控製是工控機。上位機提供人機界麵、實時數據顯示、趨勢、報表等。並根據生產要求實現最佳配比。高位和低位通過直接交換模擬信號和數字信號以及數據通信來交換數據[2][4]。
該方案中，一個帶負載傳感器和變頻器的積分器隻能控製一個測量標尺，但單個積分器成本高，係統中有12個標尺，所以積分器在整個係統中的成本太高。而且累加器一般都是專用設備，嚴重依賴設備廠家，不方便備貨。
根據積分器的控製功能和實際情況，我們提出了另一種解決方案，即使用可編程控製器代替積分器。用PLC代替積分器有其獨特的優勢，如:靈活的係統配置，根據需要增加io通道；該係統可靠性高，信號響應快。功能強大，可以根據需要擴展控製器的功能；可以適當減輕上位控製計算機的負擔，一個PLC可以進行多個PID運算，而不是多個積分器；
價格優越，備件方便。
在該係統中，速度信號是脈衝信號，因此脈衝計數模塊需要在PLC中配置。負載信號是弱電信號，需要放大轉換成標準信號。變頻器可以接收標準的4~20mA信號或0~10V信號，由於電流信號抗幹擾能力強，所以采用4~20mA作為控製信號。此外，秤體配有一些糾偏限位開關，可用於係統報警。
在可編程控製器和上位控製計算機之間傳遞。
4.係統的軟硬件設計
1)係統硬件配置。
2)係統軟件配置。
上位監控計算機采用HMI組態軟件WINCC，下位PLC為S7300係列，因此編程采用STEP7。下位PLC要完成的主要任務如下:(1)現場采集速度信號、負荷信號和皮帶糾偏狀態信號；2)將負載信號和速度信號相結合，得到秤體上的瞬時K8凯发登录入口；3)執行PID運算，得到變頻器的給定速度信號；④檢查相關信號狀態，符合報警條件時發出報警信號。
通信采用PROFIBUS或MPI，通信速度可達12M/S，足以滿足係統的實時性要求[3][7]。
5.控製效果對比分析
皮帶秤核子秤改為電子皮帶秤後，目前係統的測量精度為+0.5%，大大超過了廠家要求的1%的測量精度。由於電子皮帶秤的稱重原理是通過皮帶測量物料的重量，所以皮帶輸送機的條件，如皮帶張力、皮帶硬度、皮帶跑偏、滾筒錯位、滾筒偏心等，對稱重精度有一定的影響，但隻要進行相關的校準和維護，測量精度可以進一步提高。然而，與原來的核子秤係統相比，測量精度有了很大提高。主要原因是核皮帶秤是根據射線吸收原理進行測量的，材料特性的變化，如品種、成分、含水量以及皮帶上截麵形狀的變化，對測量精度有影響。例如，稱重材料發生變化時，需要重新校準。當材料含水量變化10%時，可能會造成0.5%的誤差，以此類推。原係統雖然標稱精度為+1%，但實際使用中達不到這個精度。電子皮帶秤的維護除了提高精度外，還有它的優點，不需要專門的人來維護。
在電子皮帶秤的方案中，由於采用了PLC作為控製器，與原來的積分器相比，PLC的運算速度更快，計算精度更高，結構更靈活，功能更強大。它對提高係統的測量精度和降低係統的硬件成本起著重要的作用。表2列出了修改前後係統控製效果的比較。
6.結論
水泥配料係統改造成電子皮帶秤後，計量係統工作正常，達到甚至超過了廠家的技術要求。當然，核皮帶秤改為電子皮帶秤並不意味著電子皮帶秤優於核皮帶秤，而是不同的應用需要不同的計量秤。核皮帶秤也有它的優點，比如安裝簡單，維護方便。讀者在選擇型號時應根據具體情況區別對待。

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