水泥行業(yè)對微機配料系統(tǒng)的要求是:能適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，運行穩(wěn)定，抗干擾能力強，計量準確，有數(shù)據(jù)加工處理能力，易于維修，同時具有良好的經(jīng)濟性。我們設(shè)計了一種基于工業(yè)現(xiàn)場總線的新型微機配料系統(tǒng)，取得了良好的效果。  

1　微機配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 

　　微機配料控制系統(tǒng)由配料控制計算機和電氣控制柜2個基本部分組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
　　 




圖1　微機配制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 

配料控制計算機通過RS485通訊接口和電氣控制柜內(nèi)的遠端數(shù)據(jù)采集模塊進行通訊，RS485也是一種簡單的工業(yè)現(xiàn)場總線標準，具有良好的抗干擾性和可擴展性，在微機的標準RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊，構(gòu)成微機的RS485接口，采用這種通訊結(jié)構(gòu)后，微機和它所控制的設(shè)備只有簡單的幾根線連接，避免了STD總線配料系統(tǒng)將過多的連線引入微機造成的干擾，因此配料控制計算機可采用工業(yè)PC或通用型微機。 
　　

電氣控制柜由遠端數(shù)據(jù)采集與控制模塊4050、4017、電源板、脈沖觸發(fā)板和可控硅等組成，所有的元器件全部裝在1臺立式電氣柜內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護。 
　　

4050和4017是自行研制的遠端數(shù)據(jù)采集與控制模塊，與研華系列的4017和4050，完全兼容，可以方便地互換使用，只是為了適應(yīng)配料現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，在設(shè)計上強化了防塵措施和抗干擾措施。 
　　

4017是8路模擬量輸入模塊，12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片確保了數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度，從而使配料系統(tǒng)可以很精確地測出很小的料重。模擬量輸入部分采用光電隔離芯片，進行光電隔離，消除了干擾信號對模塊內(nèi)部的影響。 
　　

4050是8路開關(guān)量輸入輸出模塊，4050的輸出信號驅(qū)動觸發(fā)脈沖放大板，控制電振機和開關(guān)門電動機的動作，實現(xiàn)上料、下料控制，另外可根據(jù)需要，擴展其他控制，如磨機軸溫、磨音監(jiān)測和音響報警等。 
　　

4050和4017都通過RS485總線與配料控制微機相連，由于采用總線式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要，很方便地添加或減少模塊。只要用2根導(dǎo)線與總線掛接，在標準卡槽上安裝或拆除模塊即可。 
　　

觸發(fā)板采用NE555集成電路構(gòu)成移相觸發(fā)電路。觸發(fā)電路輸入端采用TLP521光耦芯片來隔離輸入信號，輸出端采用MOC3020光耦接通可控硅觸發(fā)電路，最大限度地實現(xiàn)了前級和后級的電隔離。觸發(fā)板輸入信號和輸出信號都可以通過發(fā)光二極管直觀地顯示出來，使維修非常方便。 
　　

電控柜內(nèi)所有的模塊、模板都由單獨的電源供電，避免了相互之間的干擾。 
　　

由于采取了上述一系列措施，整個系統(tǒng)工作非常穩(wěn)定。 
　　

以失重秤(減量法斗式秤)為例，其工作原理為: 
　　

將工藝設(shè)定參數(shù)，如產(chǎn)量、各路配比等輸入配料控制計算機，配料控制計算機計算出具體的各路每次下料量，當配料控制計算機運行配料程序后，通過RS485總線向4050模塊發(fā)出控制信號，4050的輸出驅(qū)動觸發(fā)板，使可控硅導(dǎo)通，上料電振機振動，開始上料。同時料斗質(zhì)量數(shù)據(jù)通過傳感器輸入4017模塊，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)RS485口傳入配料控制機，由配料控制計算機與工藝設(shè)定值進行比較，當料重達到設(shè)定值后，向4050發(fā)出信號，停相應(yīng)的上料電振機，當全部電振機停止后，驅(qū)動開門電動機，將配好的料放到皮帶上，完成一個循環(huán)。生產(chǎn)過程中的累積數(shù)據(jù)，存儲在配料控制計算機上，隨時可由管理機讀取。 

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計 

　　配料程序采用VC++高級語言編寫，全部源程序最后編譯成一個Windows操作系統(tǒng)下的可執(zhí)行文件，2M左右大小，可以方便地復(fù)制、刪除。配料系統(tǒng)開機時在Windows 9X或Windows NT操作系統(tǒng)下執(zhí)行即可。 
　　

配料程序由以下的子程序組成: 
　　

系統(tǒng)初始化子程序、重量信號采集子程序、標秤子程序、配料量計算子程序、配料比誤差補償子程序和故障報警子程序。這里介紹4個子程序。 
　　

1)配料計算子程序 
　　

根據(jù)管理機下達的工藝參數(shù)或手動輸入的工藝參數(shù)，自動計算出各路物料每次下料的質(zhì)量，以及上料和放料時應(yīng)達到的稱重值。操作人員輸入的配料比，各路相加之和必須為100%，否則提示操作者是否重新輸入。 
　　

2)質(zhì)量信號采集子程序 
　　

由于上料、下料都有沖擊干擾，因此當采集質(zhì)量信號時，進行數(shù)字濾波，該程序完成濾波過程。 
　

3)配料量誤差補償子程序 
　　

配料循環(huán)開始時，各路上料電振機將相應(yīng)料倉中的物料通過振動加到對應(yīng)的料斗中，計算機同時對各路料斗中的物料質(zhì)量進行檢測，當達到配料比例時，停止對應(yīng)料斗的上料過程，待所有各路料斗的物料穩(wěn)定后，測量料斗的質(zhì)量，分別儲存起來，然后啟動開門電動機，將料斗中的物料放落下來，進行配料，完成一個配料周期。 
　　

此時，電振機、電動機都停止運行，再測量各路料斗的質(zhì)量，與上完料后的各個料斗的質(zhì)量相減，得出的即是本次該物料的配料質(zhì)量。 
　　

由于上下物料時有沖擊，測量出的料斗質(zhì)量不可能正好達到配料比例要求，不足或超過部分，作為誤差，將在下次下料時予以補償。 
　　4)報警子程序 
　　

稱重過程中，在一段時間內(nèi)，若某一路上料或下料的工序無法完成，說明上料或下料的通道有障礙，相應(yīng)的報警指示燈亮，并發(fā)出聲音信號，提醒操作人員及時處理。 

3　微機配料系統(tǒng)的安裝調(diào)試及使用效果 

以河北遷安沙灤水泥廠生料配料系統(tǒng)安裝調(diào)試過程為例，說明微機配料系統(tǒng)的實際使用情況。該生料系統(tǒng)共有6臺斗秤(其中1臺未用)，配料工藝要求如表1所示。  

其中3路斗秤采用100kg秤體(30kg傳感器)，另3路采用500kg秤體(50kg傳感器)，傳感器采用電流輸出拉力傳感器，輸出為4～20mA標準信號，由于秤體本身有杠桿作用，所以每臺秤的最大稱量能力都遠遠大于實際需求。這樣做一是為將來該廠技術(shù)改造后提高產(chǎn)量留有余地，二是避免非正常生產(chǎn)狀態(tài)下?lián)p壞傳感器，因為停產(chǎn)檢修時秤體可能受到多人的踩踏和工具的磕碰，較小的傳感器易發(fā)生過載損壞，我們在實際調(diào)試中多次遇到這種情況。 
　　

由于4017的輸入信號是0～5V電壓信號，所以應(yīng)該在信號輸入端子上并聯(lián)250Ω電阻，將傳感器的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，但由于使用的傳感器量程偏大，在測量小料重時電壓信號的變化范圍較小，有可能影響測量精度，可根據(jù)情況，將并聯(lián)電阻改為500Ω，以增大電壓的動態(tài)范圍。 
　　

當傳感器、電動機、電振機分別接到電氣控制柜對應(yīng)的端子后，即可進行標秤，首先執(zhí)行配料程序，在標準的下拉菜單中選擇“測量皮重”，然后根據(jù)每路下料量的大小選擇20kg或40kg的砝碼放在秤盤上，同時輸入砝碼的質(zhì)量，待計算機上顯示的傳感器電壓值穩(wěn)定后，按“回車”鍵，計算機自動形成“電壓-料重”變換系數(shù)，這樣即可將傳感器信號轉(zhuǎn)換成料重數(shù)據(jù)。 
　　

標秤完畢后，輸入表1所示的工藝參數(shù)要求。其中周期應(yīng)選得長一些，這樣系統(tǒng)有充分的穩(wěn)定時間，而且每次下料量較大，可避免過小的下料量所造成的誤差，因斗秤系統(tǒng)是瞬時放料，每次放料過多，容易放到皮帶以外，因此周期一般取15～20s，失重秤可取25～30s。 
　　

此時選擇“運行”，即可進行正式生產(chǎn)。全部安裝調(diào)試過程不超過2h，廠方采用化驗法來驗收配料系統(tǒng)的配料精度，在正式生產(chǎn)后的第1個8點班，每隔0.5h取樣化驗1次，其中主要指標CaO含量值應(yīng)控制在(42.83±0.3)%，不合格試樣僅3個，合格率由原來的50%左右提高到80%以上，廠方非常滿意。相比之下，該廠的熟料系統(tǒng)采用STD總線機控制系統(tǒng)，從安裝到完全正常生產(chǎn)，整整花了3個月時間。可見該配料系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于STD總線機配料系統(tǒng)。 

4　構(gòu)成集散系統(tǒng) 

　　在配料控制計算機上插入以太網(wǎng)卡，通過工業(yè)以太網(wǎng)將配料計算機和若干臺管理計算機連接起來，就構(gòu)成了一個如圖1所示的兩級集散系統(tǒng)。 
　　

由若干臺生產(chǎn)管理計算機構(gòu)成控制管理級，用來控制生產(chǎn)計劃、完成數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量控制、工藝設(shè)定等功能，將來可擴展到銷售、財務(wù)等管理功能。 
　　

由生料配料控制計算機、熟料配料控制計算機構(gòu)成基礎(chǔ)控制級，用來控制電氣柜，完成數(shù)據(jù)采集、上料、放料，實現(xiàn)自動配料。 
　　控制管理級計算機和基礎(chǔ)控制級計算機之間，通過以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這樣就為整個廠管理上檔次提供了一個經(jīng)濟型解決方案。