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1前言
耐火材料是高溫工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的基本材料，其在鋼鐵及有色金屬等冶金行業(yè)，石化、玻璃、陶瓷加工生產(chǎn)領(lǐng)域中起著不可替代的重要作用，耐火材料質(zhì)量的好壞將決定其生成的產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。在耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程中，配料是其生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)，配料生產(chǎn)中各個(gè)原材料的重量值將直接影響耐火材料的耐火效果。傳統(tǒng)的配料生產(chǎn)采用的是人工配料的形式，手工稱(chēng)量各種原材料的重量后混合攪拌，工序煩瑣，計(jì)量不精確，配料的數(shù)據(jù)記錄不方便，效率低下，同時(shí)耐火材料的粉塵對(duì)工人的危害較大。隨著耐火材料需求量的增加，人工配料的生產(chǎn)方式已經(jīng)很難在配料效率和精度上滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)現(xiàn)代化、高精度自動(dòng)配料系統(tǒng)迫在眉睫。
目前，國(guó)內(nèi)外在自動(dòng)配料系統(tǒng)中應(yīng)用的控制方式主要有兩大類(lèi)：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制和可編程控制器PLC控制[1]。單片機(jī)控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，單片機(jī)稱(chēng)量配料系統(tǒng)是以單片機(jī)為運(yùn)算和控制單元，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換將重量信號(hào)傳遞給單片機(jī)，經(jīng)計(jì)算后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將控制信號(hào)傳遞給被控對(duì)象（電機(jī)或氣動(dòng)單元），最終完成自動(dòng)配料稱(chēng)重。但是由于耐火材料的生產(chǎn)環(huán)境極其惡劣，對(duì)單片機(jī)的性能要求十分苛刻，同時(shí)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)成本較高和周期相對(duì)較長(zhǎng)。隨著數(shù)字控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)的高速發(fā)展，可編程控制器PLC在邏輯運(yùn)算速度、通訊及控制等方面有了突飛猛進(jìn)的提高，在電氣控制、變頻器控制、智能控制等機(jī)電一體化領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用?？删幊炭刂破鞯目垢蓴_能力極強(qiáng)，能夠在環(huán)境較為惡劣的工況下連續(xù)工作，同時(shí)其擴(kuò)展能力非常強(qiáng)大，輸入端
通過(guò)稱(chēng)重模塊精準(zhǔn)的采集配料重量，經(jīng)PLC高速運(yùn)算后，可直接通過(guò)輸出端控制被控對(duì)象（電機(jī)或氣動(dòng)單元）。為了提高配料稱(chēng)量精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配方設(shè)定，計(jì)量統(tǒng)計(jì)等可視化人機(jī)操作界面，設(shè)計(jì)了一套基于維控LEVI7080觸摸屏為顯示單元，維控LX3V-1616MT可編程序控制器和LX3V-2WT稱(chēng)重模塊為運(yùn)算處理單元的自動(dòng)配料系統(tǒng)，通過(guò)控制氣動(dòng)格柵控制下料的速度，控制傳送帶來(lái)完成配料生產(chǎn)。
2配料系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
2.1配料系統(tǒng)工作流程
配料系統(tǒng)由6個(gè)錐形原料倉(cāng)組成，每個(gè)原料倉(cāng)下端安裝4個(gè)稱(chēng)重傳感器，采用減重式計(jì)量方法。原料倉(cāng)的出料口依據(jù)耐火材料的配料不同，分別采用氣動(dòng)格柵和螺旋給料機(jī)進(jìn)行下料。整個(gè)配料系統(tǒng)由一個(gè)傳送帶將下料口出來(lái)的指定重量的原材料運(yùn)輸?shù)交炝蟼}(cāng)。操作流程如下：首先標(biāo)定稱(chēng)重傳感器并進(jìn)行去皮操作，然后給6個(gè)料倉(cāng)分別加滿(mǎn)原料，在觸摸屏設(shè)定6個(gè)倉(cāng)的配料重量，啟動(dòng)配料系統(tǒng)，可以6個(gè)倉(cāng)依次下料，也可以6個(gè)倉(cāng)同時(shí)下料，下料的同時(shí)稱(chēng)重傳感器將重量信號(hào)實(shí)時(shí)的傳輸給PLC，PLC與設(shè)定值比較，控制下料口完成快加、慢加、停加操作，傳送帶一直運(yùn)轉(zhuǎn)，直到下料口停止工作后30S停止運(yùn)轉(zhuǎn)，配料完畢，進(jìn)入混料攪拌生產(chǎn)。
2.2配料系統(tǒng)主要功能
傳感器的校準(zhǔn)標(biāo)定：配料前對(duì)傳感器的零點(diǎn)跟蹤、濾波方式、重量校準(zhǔn)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。重量標(biāo)定步驟是先按清零，在放置砝碼，設(shè)定砝碼重量，最后標(biāo)定，建議砝碼重量不要超過(guò)60公斤。
物料參數(shù)的設(shè)定：設(shè)定每種物料的名稱(chēng)，物料目標(biāo)重量；粗加提前值=目標(biāo)值-粗加量；精加提前值=目標(biāo)值-精加量。
配料系統(tǒng)的控制方式：配料系統(tǒng)分為依次配料和同時(shí)配料兩種方式，同時(shí)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)、啟動(dòng)、停止、急停等按鈕。依次配料啟動(dòng)后，可在觸摸屏上選擇依次下料的料倉(cāng)。在配料過(guò)程中，如果按下停止按鈕，配料系統(tǒng)會(huì)停止下料，傳送帶會(huì)在30s后停止，再次按下啟動(dòng)按鈕后，配料系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)完成上次未完成的下料工作。如果配料過(guò)程中，出現(xiàn)緊急情況，可按下急停按鈕，急停按鈕分別設(shè)置在料倉(cāng)的兩側(cè)各一個(gè)，便于工作人員及時(shí)操作，系統(tǒng)立即停止工作。
配料實(shí)時(shí)顯示：配料系統(tǒng)的觸摸屏實(shí)時(shí)顯示每個(gè)料倉(cāng)的原材料重量值，同時(shí)顯示當(dāng)前料倉(cāng)的配料動(dòng)作，傳送帶、氣動(dòng)格柵和螺旋給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)會(huì)根據(jù)對(duì)料倉(cāng)的缺料及變頻器的工作異常發(fā)出報(bào)警功能。
配方選擇及數(shù)據(jù)記錄功能：整個(gè)配料系統(tǒng)可根據(jù)不同的耐火材料設(shè)置36組不同的配方，操作人員可根據(jù)配料情況進(jìn)行配方選擇，同時(shí)設(shè)置了密碼管理，避免配方泄露。配料系統(tǒng)實(shí)
時(shí)記錄配料的使用情況，其中包括各種原材料的總重量，配料成品的總重量，配料工人的配料總量，可按天或按月提取，便于結(jié)算和統(tǒng)籌。
2.3配料系統(tǒng)的觸摸屏界面開(kāi)發(fā)
觸摸屏是實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作人員和配料稱(chēng)重系統(tǒng)之間的人機(jī)交互界面，操作人員可通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、原材料的剩余情況、系統(tǒng)的報(bào)警狀況等；觸摸屏可對(duì)配料系統(tǒng)的稱(chēng)重傳感器數(shù)據(jù)以及限位開(kāi)關(guān)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、保存，以便后期查詢(xún)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性和可讀性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觸摸屏界面主要分為：主界面-用于顯示配料系統(tǒng)全部功能觸摸按鍵；系統(tǒng)校準(zhǔn)標(biāo)定界面-用于設(shè)定傳感器零點(diǎn)漂移、濾波系數(shù)及校準(zhǔn)標(biāo)定；系統(tǒng)監(jiān)控界面-設(shè)定配料系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、依次和同時(shí)下料選擇等功能，并實(shí)時(shí)顯示各個(gè)原料倉(cāng)的物料剩余情況；同時(shí)監(jiān)控傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)及混料倉(cāng)的實(shí)時(shí)位置；配料設(shè)定界面-用于設(shè)定各個(gè)原料倉(cāng)的下料重量、快加值、慢加值、倉(cāng)位的選擇等功能；配方界面-用于設(shè)定耐火材料配方的名稱(chēng)、原材料的種類(lèi)及重量；統(tǒng)計(jì)界面-用于顯示當(dāng)天、當(dāng)月的配料總數(shù)、某個(gè)原材料的消耗總數(shù)、某個(gè)操作工人的配料總數(shù)等數(shù)據(jù)。
2.4配料系統(tǒng)的PLC程序開(kāi)發(fā)
配料控制系統(tǒng)是由PLC與稱(chēng)重模塊通訊來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，因此通訊程序作為主程序的第一步；第二步完成通訊連接后進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)子程序；第三步進(jìn)行重量采集，由觸摸屏設(shè)置配料參數(shù)，PLC調(diào)用快加下料子程序，當(dāng)與觸摸設(shè)定慢加值一致時(shí)，PLC調(diào)用慢加子程序。在此期間傳送帶始終運(yùn)行直到配料結(jié)束后30S。配料系統(tǒng)可由觸摸屏設(shè)置依次配料或同時(shí)配
料，設(shè)定后PLC根據(jù)設(shè)定結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的子程序。
2.5提高配料稱(chēng)重系統(tǒng)精度的有效方法
由于耐火材料部分原材顆粒度很小，黏度很大，極易粘黏在原料倉(cāng)的內(nèi)壁上，影響下料速度，需在原料倉(cāng)下料口上方外壁處安裝振動(dòng)器，可有效地防止內(nèi)壁粘料的情況，從而保證下料速度。
由于料倉(cāng)的在下料時(shí)會(huì)導(dǎo)致料倉(cāng)晃動(dòng)，因此在傳感器安裝時(shí)應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的安裝配件，精準(zhǔn)的測(cè)量安裝位置，使4個(gè)傳感器合理的分配全部料倉(cāng)重量，在安裝時(shí)采用3只固定安裝，1只浮動(dòng)安裝的安裝方法。
下料速度的快慢是影響下料精度的重要因素，下料速度的快慢是由PLC控制螺旋給料機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此控制螺旋給料機(jī)的控制方式十分重要，經(jīng)試驗(yàn)論證采用PLC控制變頻器的方式效果最佳，同時(shí)可通過(guò)更改變頻器的參數(shù)來(lái)控制電機(jī)的停車(chē)快慢。
由于變頻器對(duì)系統(tǒng)的干擾較大，因此在傳感器信號(hào)傳輸過(guò)程中，應(yīng)采用帶屏蔽的功能的接線(xiàn)盒，并對(duì)變頻器控制柜做好接地處理。
3結(jié)論
為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)配料稱(chēng)重系統(tǒng)的可行性及精準(zhǔn)度，在大石橋某耐火材料廠(chǎng)涂抹料生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)際應(yīng)用了本系統(tǒng)，運(yùn)行之后的效果每1000公斤的涂抹料配料中，誤差不超過(guò)5公斤，滿(mǎn)足耐火材料的配料要求，由此可以看出本文設(shè)計(jì)的耐火材料的配
料稱(chēng)重系統(tǒng)大大提高了生產(chǎn)效率及配料精度。

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