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本文出自河北某電子技術(shù)有限公司，介紹了原料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)的方案。

一、簡介

本文介紹了河北某電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的原料連續(xù)稱量配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與功能描述，該配料系統(tǒng)采用先進(jìn)的 SIEMENS（西門子）PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及 PANTHER 電子稱量設(shè)備。其主要組成部分包括動(dòng)力部分、控制部分、喂排料部分及稱量部分等，是為浮法玻璃生產(chǎn)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制控制系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1.料倉部分設(shè)計(jì)：

配料車間使用排倉式儲(chǔ)料，共設(shè)粉料倉 8 個(gè)、碎玻璃料倉 1 個(gè)，粉料倉的出口處有活化漏斗（碎玻璃和石灰石用絲杠閘門），料倉的活化漏斗出口處通過軟連接至喂料機(jī)的入口處，系統(tǒng)將根據(jù)料倉物料流動(dòng)情況來決定活化漏斗的啟動(dòng)情況，保證物料供給的正常。

2.喂料部分

喂料部分包括活化料斗和喂料設(shè)備（電磁振動(dòng)給料機(jī)或螺旋輸送機(jī),根據(jù)物料的實(shí)際量程選擇不同的規(guī)格）

芒硝加料團(tuán)破碎機(jī)。

3.秤量部分設(shè)計(jì)

秤量部分采用三傳感器電子斗秤，秤斗上安有除塵口并與集料皮帶導(dǎo)料槽相通,以防止粉塵的外泄。秤量系統(tǒng)采用“減量法”秤量方式。排料采用電磁振動(dòng)給料機(jī)。排料應(yīng)有分時(shí)操作的功能，使物料均勻的鋪成夾層狀態(tài)。芒硝和煤粉先入預(yù)混機(jī)混合，預(yù)混機(jī)同其他物料同時(shí)排料。碎玻璃均勻的撒在混合料上。

電子秤的靜態(tài)精度：國家Ⅲ秤標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)計(jì)量部門檢定）

電子秤的動(dòng)態(tài)精度：95%以上的單料誤差≤3 個(gè) d

4.物料的混合控制

配合料皮帶將物料通過中間復(fù)合秤放入混合機(jī)內(nèi)，完成物料的混合操作?；旌狭嫌苫旌蠙C(jī)排入料倉經(jīng)流槽至混合料皮帶機(jī)送入窯頭料倉，混合機(jī)型號(hào)3750L。

5.砂巖在線測水

選用在線測水技術(shù)，混合機(jī)加水系統(tǒng)應(yīng)與在線測水相連接，按照設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)加水量，測水裝置不應(yīng)有放射污染。

6.控制系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)具有全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)的功能。系統(tǒng)的控制由料倉的出口直至將合格的混合料送到窯頭料倉。

配料部分、混合部分和輸送部分的控制全部來自配料控制室，控制室內(nèi)有模擬顯示屏及工業(yè)電視來監(jiān)視全部的生產(chǎn)過程。

控制室應(yīng)有混合機(jī)、配料皮帶機(jī)、混合料皮帶機(jī)等設(shè)備的電流表，該系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有連鎖功能。
稱量控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）采用上位機(jī)+可編程控制器的形式，應(yīng)具有以下功能：

稱量控制系統(tǒng)應(yīng)有掉電保護(hù)功能；

上位機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)；

系統(tǒng)具有自診斷功能；

具有過沖量自動(dòng)修正和點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)料功能；

配方及設(shè)定值的管理及傳送；

自動(dòng)控制混合機(jī)加水；

超差報(bào)警及故障打?。?/span>

友好的人機(jī)界面，多種使用權(quán)限多種口令限制；

顯示、打印當(dāng)前配方和生產(chǎn)報(bào)表；

顯示、打印、存儲(chǔ)各種物料的班、日、月的單耗和總耗；

7.配料控制系統(tǒng)工作條件

1、 水壓：0.3 MPa，水溫：85℃
2、 蒸汽壓力：0.3 MPa
3、 壓縮空氣壓力：0.5 Mpa
4、 電源：三相 380V；單相 220V 50HZ

三、配料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原則
系統(tǒng)在設(shè)備選型和實(shí)施過程中遵循以下下原則：

通用性：在選型過程中充分考慮備件購買的方便性，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下盡量選擇通用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)性：在選型和編程中使用標(biāo)準(zhǔn)方法以盡可能得到系統(tǒng)設(shè)備廠商的將來可能提供的升級支持可靠性：盡可能的增加異常檢測，同時(shí)考慮非關(guān)鍵設(shè)備故障時(shí)系統(tǒng)的容錯(cuò)性，提高系統(tǒng)可靠性；對于關(guān)鍵設(shè)備，使用冗余方法，將故障停機(jī)時(shí)間縮短到最小
四、原料配料控制系統(tǒng)硬件簡介

卓越的控制方式
可以選擇為全自動(dòng)控制方式、半自動(dòng)控制方式及手動(dòng)控制方式。

全自動(dòng)控制方式：在這種方式下計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，PLC 作為一個(gè)站，系統(tǒng)起停由計(jì)算機(jī)控制，配方數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)寫入，計(jì)算機(jī)把數(shù)據(jù)傳送給 PLC 進(jìn)行啟動(dòng)配料設(shè)備、自動(dòng)喂排料、各種原料稱量校驗(yàn)、加水汽混合，皮帶傳送進(jìn)倉，并對配料過程進(jìn)行監(jiān)控及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、制表、打印報(bào)單。

半自動(dòng)控制方式：在不用計(jì)算機(jī)情況下，PLC 能獨(dú)立工作，配方料單由 SIMATIC 2OP7 觸摸屏輸入，PLC 自動(dòng)完成啟動(dòng)配料設(shè)備、自動(dòng)喂排料、各種原料稱量校驗(yàn)、加水汽混合，皮帶傳送進(jìn)倉，此種方式不能打印報(bào)單。

手動(dòng)控制方式：操作臺(tái)設(shè)有手動(dòng)方式開關(guān)，可以通過選擇開關(guān)選擇

手動(dòng)方式，通過手動(dòng)按鈕啟停各類設(shè)備，啟動(dòng)配料設(shè)備、手動(dòng)喂排料、手動(dòng)加水汽混合，皮帶傳送進(jìn)倉。

本配料控制系統(tǒng)是一個(gè)三級冗余的控制系統(tǒng)，將系統(tǒng)按模塊分隔，互相聯(lián)系，又可以自然地分開，計(jì)算機(jī)自動(dòng)方式是要經(jīng)常使用的方式，操作者只需按啟動(dòng)或停止按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)各類設(shè)備，自動(dòng)的將一批批混合好的物料送至窯頭料倉，并帶有數(shù)據(jù)管理功能。

可靠的動(dòng)力部分
動(dòng)力部分包括 4 個(gè)控制柜，分別為 D1～4 柜。D1 柜為總電源開關(guān)柜；D2 柜為喂排料電磁振動(dòng)給料機(jī)驅(qū)動(dòng)柜，外配交流電源穩(wěn)壓器，對輸入電源進(jìn)行穩(wěn)壓，減小電磁振動(dòng)給料機(jī)對上級電源的沖擊；D3 柜為除塵風(fēng)機(jī)、配料輸送帶、混合料輸送帶及預(yù)混機(jī)、白云石、純堿、絞刀、及加水泵控制柜；D4 柜為混合機(jī)控制柜（軟啟動(dòng)）。

針對計(jì)算機(jī)、PLC、稱重儀表等設(shè)備，設(shè)置 1 臺(tái) UPS，保證了計(jì)算機(jī)、PLC、儀表的電源質(zhì)量。

先進(jìn)的控制部分
控制部分包括 T1～4 柜。T1～2 柜為八種原料喂排料控制及稱重顯示；T3 柜為 SIMATIC OP7、測水儀表安裝柜；T4 柜為模擬盤、PLC 及其外圍繼電器電路。
PLC 采用 SIEMENS（西門子）SIMATIC S7-300，CPU315，是適用于中、大型規(guī)模的可編程控制制器，它具有高速、堅(jiān)固、通訊能力強(qiáng)、人機(jī)界面操作良好的特點(diǎn)。

SIMATIC S7-300 通過其 MPI（多點(diǎn)接口）可以與編程器或 PC 機(jī)，操作員面板 SIMATIC OP27 連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)操作員控制和監(jiān)控功能。在計(jì)算機(jī)中可以存儲(chǔ)每批、每班、每日、每月的配料情況及報(bào)警信息?？梢源鎯?chǔ)、調(diào)顯或打印各種物料的班、日、月單耗和總耗。

SIMATIC S7-300 通過其 PROFIBUS-DP 與各分稱、測水儀表連接形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

SIMATIC S7-300 通過其 I/O 接口及其外圍繼電器矩陣對各類設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)配料線自動(dòng)控制。

SIMATIC S7-300 設(shè)有 SIMATIC OP27 良好的人機(jī)界面，在不用計(jì)算機(jī)情況下，操作員可以通過它進(jìn)行料方設(shè)定，干混、加水及加汽時(shí)間設(shè)定，報(bào)警確認(rèn)等，操作方便。
模擬盤用高亮度的 LED 顯示整個(gè)配料控制系統(tǒng)自動(dòng)控制過程中的配料流程、各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的位置及工作狀態(tài)，清晰明朗，一目了然。操作臺(tái)對各類設(shè)備起停均設(shè)有自動(dòng)方式、控制室手動(dòng)方式及現(xiàn)場手動(dòng)方式,便于設(shè)備的啟動(dòng)及檢修。

可靠的喂排料部分

配料控制系統(tǒng)平臺(tái)共設(shè)九種原料配料裝置，分別為砂巖粉、長石、白云石、純堿、芒硝、碳粉、石灰石、水、碎玻璃。

硅砂及純堿料倉底安裝有 VBA 系列料斗活化器，它具有良好的閘閉作用，它周期性振動(dòng)，能有效地消除各種料倉的起拱、堵塞和粘倉現(xiàn)象。在振動(dòng)過

程中，松散物料的內(nèi)摩擦力得到補(bǔ)償，對料倉倉壁的外摩擦力減小，提高了料倉的使用壽命。

白云石、純堿喂料采用絞刀方式，可緩沖白云石料對稱斗的沖擊，防止白云石料“放炮”的現(xiàn)象，其它原料喂排料均采用 DMA 電磁振動(dòng)給料機(jī)，它

可以把顆粒狀及粉狀物料從存儲(chǔ)倉或漏斗中均勻地、連續(xù)定量地傳送給皮帶。電磁振動(dòng)給料機(jī)由可控硅控制板驅(qū)動(dòng)，通過控制其振幅大小，來控制物料流量。它可以瞬時(shí)的改變和啟閉料流，所以給料精度高。
為保證排料時(shí)料流的平穩(wěn)，在部分原料：長石、石灰石、純堿、中間倉的秤斗上安裝有 K36 旋風(fēng)式氣震器，排料時(shí)間歇?jiǎng)幼?，使秤斗產(chǎn)生抖動(dòng)，以消除斗壁的粘料及斗內(nèi)蓬料。喂排料均設(shè)有手動(dòng)及自動(dòng)兩種方式。
芒硝、碳粉兩種原料先排入小混合機(jī)進(jìn)行預(yù)混后，再排向配料輸送帶。

排料采取延時(shí)排放方式，排放于配料輸送帶，進(jìn)入中間站前各種物料分層疊加，有利于物料充分混合。

精確的稱量部分
稱量部分設(shè)十一個(gè)稱量單元，分別為砂巖（1）、砂巖（2）、白云石、石灰石、長石、純堿、芒硝、碳粉、水、碎玻璃及中間站總校驗(yàn)。每個(gè)稱量單元由三個(gè)電阻應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)和稱重顯示儀表 PANTHER（磐獅）組成。

PANTHER（磐獅）稱重顯示儀表具有如下特點(diǎn)：
7 位熒光段碼顯示器，亮度高；
一體化 PCB 板結(jié)構(gòu)，模塊化樹形結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定菜單；

雙向 ProfiBus 總線接口，稱重?cái)?shù)據(jù)傳送功能；標(biāo)準(zhǔn)模擬傳感器輸入接口，可驅(qū)動(dòng) 8 只 350 歐姆的傳感器；最大顯示分度數(shù) 10，000d；寬電源電壓 85～364V，100VAC、120VAC、230VAC；

PANTHER 的設(shè)計(jì)符合有關(guān)國際計(jì)量和電氣安全標(biāo)準(zhǔn)，以及電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。 稱量方式采用減量法（WIGHTOUT）稱量，單速喂料，雙速排料。“減量法”

亦稱二次稱量方式，首先單速進(jìn)行喂料操作，其喂料值要大于實(shí)際配方值，所有秤喂料操作結(jié)束后，示儀清零進(jìn)行排料操作，排料分為快排和慢排兩個(gè)過程，快排縮短了稱量周期，而慢排保證了稱量精確度。稱量部分設(shè)中間站，即把所有生料合起來進(jìn)行一次稱量，在進(jìn)入混合機(jī)前進(jìn)行最后一次檢驗(yàn)，核對分稱和值與中間站稱量值，以避免錯(cuò)料入倉。

先進(jìn)的測水設(shè)備

針對砂巖含水量的波動(dòng)，測水裝置采用先進(jìn)的德國進(jìn)口電容測水儀，裝置穩(wěn)定性好、精確度高，安全無放射輻射、測水范圍 0～15%，測水精度 0.1%。可根據(jù)不同產(chǎn)地的砂巖預(yù)存多大 100 條修正測水曲線，以達(dá)到精確的測量，和方便用戶變料。

優(yōu)越的加水方式

加水方式為水稱加水方式。

水稱加水方式是根據(jù)混合料要求的水分值和各原料所測的水分值計(jì)算出所補(bǔ)充的水重量，通過快慢喂水閥向水稱稱斗注水，進(jìn)行稱量，當(dāng)達(dá)到要求時(shí)喂水閥關(guān)閉。此種方式加水量精確。

五、原料配料控制系統(tǒng)軟件功能簡介

1、稱量管理

配方編輯。提供配方數(shù)據(jù)的喂料值，含水率，排料值，慢排（喂）值，允許誤差，懸浮量的編輯和保存

配方下載。提供配方數(shù)據(jù)下載到控制器中

配方打印?？筛鶕?jù)用戶需求，提供配方打印參數(shù)設(shè)置。提供混合機(jī)干混時(shí)間，混合機(jī)濕混時(shí)間，混合機(jī)排料時(shí)間，中間倉排料時(shí)間，預(yù)混混合時(shí)間，預(yù)混排料時(shí)間，喂料超限時(shí)間，排料超限時(shí)間，加汽時(shí)間，加汽引入水份的編輯，保存和下載。

測水設(shè)備設(shè)置。提供測水設(shè)備的使用不用選擇，水份波動(dòng)上下限，水份默認(rèn)值的編輯，保存和下載。

過沖量自動(dòng)修正和點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)料功能。能夠以操作員設(shè)置的懸浮量為基礎(chǔ)，系統(tǒng)通過計(jì)算實(shí)際懸浮量進(jìn)行修正，對于懸浮量設(shè)置過小采用點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)料，已保證稱量準(zhǔn)確?；旌蠙C(jī)加水自動(dòng)補(bǔ)償。根據(jù)實(shí)測砂巖含水率的變化，自動(dòng)調(diào)整混合機(jī)加水的設(shè)定值。

2、配料系統(tǒng)監(jiān)控

提供各臺(tái)秤的毛重，稱量的監(jiān)控

提供混合機(jī)，預(yù)混機(jī)的工作狀態(tài)和相關(guān)門的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控

提供皮帶、除鐵器、除塵器的工作狀態(tài)監(jiān)控

提供各種物料的喂、排料狀態(tài)監(jiān)控

提供混合機(jī)干混、濕混、加水、加汽、排料狀態(tài)監(jiān)控

使用工業(yè)攝象機(jī)對混合料輸送皮帶上的物料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

3、系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)控

系統(tǒng)提供如下報(bào)警：

喂（排）料超差

排除廢料

預(yù)混機(jī)門未關(guān)好

預(yù)混機(jī)門未開好

混合機(jī)排門未關(guān)好

混合機(jī)排門未開好

中間倉門未關(guān)好

中間倉門未開好

皮帶未啟好

喂料時(shí)間過長

排料時(shí)間過長

物料含水超限

物料含水波動(dòng)超限

翻板不在位

儀表未及時(shí)切換凈重、毛重

配料儀表通訊故障

計(jì)算機(jī)與控制器通訊故障

4、實(shí)時(shí)打印

系統(tǒng)提供可選的實(shí)時(shí)打印功能，可由用戶設(shè)置。如果用戶選擇了實(shí)時(shí)打印功

能，在每批料配料完成后打印該批料的實(shí)際配料數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)檢測到每個(gè)報(bào)警發(fā)

生后也自動(dòng)打印報(bào)警數(shù)據(jù)。

5、歷史數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)由于采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和微軟的 ActiveX 技術(shù)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的管理，系統(tǒng)提供如下歷史數(shù)據(jù)管理功能：

歷史報(bào)警查詢：可根據(jù)用戶輸入的任意時(shí)間段，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和打印。

歷史配料數(shù)據(jù)查詢。可根據(jù)用戶輸入的任意時(shí)間段，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和打印。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出?？筛鶕?jù)用戶輸入的任意時(shí)間段，將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出。系統(tǒng)支持Office 系統(tǒng) Excel 和 Access 格式的導(dǎo)出,歸檔。數(shù)據(jù)刪除?？筛鶕?jù)用戶輸入的任意時(shí)間段，將歷史數(shù)據(jù)刪除。

6、系統(tǒng)權(quán)限管理
系統(tǒng)支持多級權(quán)限，可以由系統(tǒng)管理員增加、刪除操作員，并指定操作員權(quán)限。在使用系統(tǒng)時(shí)，首先要登錄系統(tǒng)，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶使用。
7、系統(tǒng)冗余

系統(tǒng)以 SIMATIC S7-300 作為邏輯控制單元，以 OP27 和工業(yè)計(jì)算機(jī)作為操作終端。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠保證在上位機(jī)故障時(shí)，通過 OP27 進(jìn)行配方的輸入和配料狀態(tài)的監(jiān)控，保證正常配料。在上位機(jī)正常工作時(shí)，又能通過 OP27 檢驗(yàn)上位機(jī)的工作狀態(tài)。

 

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