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0　引言

目前耐火廠配料工藝基本上分三大類: 第一類采用人工配料, 配料自動(dòng)化程度低, 費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 需要工人數(shù)量較多; 第二類采用傳統(tǒng)的繼電器 -接觸器控制系統(tǒng), 自動(dòng)化程度有所提高,但是不能隨配方的改變而改變 ,不靈活 ; 第三類采用 PLC 控制系統(tǒng), 據(jù)有關(guān)資料記載, 這種控制系統(tǒng)至少增加了 2 個(gè)稱重模塊和 1個(gè)模擬量模塊, 增加了系統(tǒng)的初期投資, 造價(jià)較高。針對(duì)以上問題 ,筆者開發(fā)了一套基于 PLC的配料系統(tǒng) ,其下位機(jī)可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立控制, 當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響下位機(jī)的正常工作。同時(shí)上位機(jī)也可以對(duì)下位機(jī)進(jìn)行管理和監(jiān)控 。

該配料系統(tǒng)由 PLC 根據(jù)裝在料車上的定位機(jī)構(gòu)對(duì)料車進(jìn)行定位 ,同時(shí) PLC 接收料車上料斗二次儀表傳回的當(dāng)前料重 ,PLC 根據(jù)料車的位置結(jié)合料車料斗當(dāng)前重量對(duì)原料倉(cāng)閘門和放料閘門進(jìn)行控制 ,整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行由裝料制度和配方驅(qū)動(dòng), 自動(dòng)化程度高,可適應(yīng)不同配方制度的改變而靈活改變, 不需要額外的投資 ,造價(jià)低。

1　系統(tǒng)工藝要求

包鋼集團(tuán)耐火廠配料車間立體上分 3 層 , 如圖 1所示。上層為來(lái)料料倉(cāng), 數(shù)量為 30 個(gè), 每個(gè)料倉(cāng)盛有一種料( 散料或液體) ,每 2 個(gè)料倉(cāng)間隔 1 m ;中間層為小車和導(dǎo)軌 , 小車可以在導(dǎo)軌上自由移動(dòng)到任何一個(gè)來(lái)料料倉(cāng)口和卸料口處 , 小車自重為325 kg , 小車上有 2 個(gè)料倉(cāng)( 一個(gè)大料倉(cāng), 稱重上限為 700 kg ;一個(gè)小料倉(cāng) , 稱重上限為 300 kg) ; 最下層為位于導(dǎo)軌下面的卸料口 ,數(shù)量為 5 個(gè), 每 2 個(gè)卸料口間隔為 5 m ,其中最外邊 2 個(gè)卸料口沒有利用。配料要求每次配料品種數(shù)為9種或低于9 種, 大料倉(cāng)和小料倉(cāng)的配料不能混合, 卸料時(shí)大料倉(cāng)和小料倉(cāng)的配料分開卸料。配料配方可以改變 。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2. 1　硬件選擇

系統(tǒng)整個(gè)硬件部分分為 3 層, 如圖 2 所示。

第一層為集中控制臺(tái)( 上位機(jī)) 。上位機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 在 KINGVIEW 開發(fā)環(huán)境下 ,開發(fā)出一套耐火散料監(jiān)控程序, 作為實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)出指令的中樞。

上位機(jī)可以使操作人員完成配方的設(shè)定和料制的設(shè)定,對(duì)每天的工作任務(wù)進(jìn)行設(shè)定,也可以進(jìn)行手動(dòng)、 自動(dòng)的切換 。

第二層為現(xiàn)場(chǎng)控制層( 下位機(jī)) 。考慮到現(xiàn)場(chǎng)約有 50 個(gè)輸入點(diǎn)和 50 個(gè)輸出點(diǎn) 、 2 路模擬量輸入和1路模擬量 輸出, 現(xiàn)場(chǎng)控 制層采用 PLC226XP 作為控制核心 ,該模塊集成了 2 個(gè)模擬量輸入和 2 個(gè)模擬量輸出, 擴(kuò)展 3 個(gè)EM223 模塊, 配合二次稱重儀表, 根據(jù)集中控制臺(tái)的指令、規(guī)定的工藝要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 。

依照上位機(jī)的配方設(shè)定和料制設(shè)定 ,下位機(jī)首先到目標(biāo)位置停車, 然后接收料斗稱重信號(hào)判斷大料倉(cāng)和小料倉(cāng)是否達(dá)到要求重量 ,如果達(dá)到目標(biāo)重量,則由變頻器驅(qū)動(dòng)小車到下一目標(biāo)位置裝料 ,照此下去直到完成第一配方, 然后到目標(biāo)地址卸料 ,完成一車任務(wù)。再按照下一配方裝料 ,直到所有配方以及料制完成 ,停車。

第三層為現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器。傳感器主要由編碼器、限位開關(guān) 、操作按鈕、料斗稱重儀表組成。編碼器主要用來(lái)檢測(cè)料車的位置, 限位開關(guān)主要用于限制料車脫軌,操作按鈕主要用于進(jìn)行手動(dòng)控制和切換 ,料斗稱重儀表用來(lái)測(cè)定每一種料的重量。執(zhí)行 器主 要為 料 車運(yùn) 行 變頻 器, 采用MM430 實(shí)現(xiàn)料車的穩(wěn)定運(yùn)行和停車, 各料倉(cāng)閘門電磁閥實(shí)現(xiàn)各料倉(cāng)閘門的開啟、關(guān)閉等。

2. 2I/O 點(diǎn)的分配

針對(duì)工藝和現(xiàn)場(chǎng)要求 , 對(duì)輸入 、輸出點(diǎn)作出如表 1 分配。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3. 1　整體設(shè)計(jì)思想

該配料系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想是要求具有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)分為全自動(dòng)系統(tǒng)和半自動(dòng)系統(tǒng)。全自動(dòng)系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行由裝料制度和配方驅(qū)動(dòng); 半自動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)位自動(dòng)尋址找到目標(biāo) ,手動(dòng)完成裝料和卸料 。手動(dòng)控制系統(tǒng)分為上位機(jī)手動(dòng)系統(tǒng)和操作臺(tái)手動(dòng)系統(tǒng), 上位機(jī)手動(dòng)系統(tǒng)可以通過上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制; 操作臺(tái)手動(dòng)系統(tǒng)主要通過操作臺(tái)上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制 ,主要用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或緊急情況。同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)影響到手動(dòng)控制系統(tǒng) , 即使自動(dòng)控制系統(tǒng)有故障 ,原手動(dòng)控制仍可使用 。軟件設(shè)計(jì)流程如圖 3 所示 。

3. 2　全自動(dòng)控制流程

在實(shí)際生產(chǎn)過程中, 每天工人一上班需要明確今天的工作量。首先需要有配方 ,配方?jīng)Q定了每次每車依次需要裝哪幾種料 、 該種料需裝的重量 ,比如1# 配方: 2 #位大斗 50 kg ,小斗 60 kg ; 5 #位大斗55 kg ,小斗 65 kg ; 7# 位大斗 46 kg ,小斗 56 kg 等 。然后需要哪一種配方的料多少車、 從哪一個(gè)卸料口往下卸料, 比如 : 一號(hào)倉(cāng)、2#配方、 5 車; 二號(hào)倉(cāng) 、 1 #配方 、 3 車等 。最后統(tǒng)計(jì)總的工作量。

基于這樣一種思想, 筆者開發(fā)了自動(dòng)控制系統(tǒng) 。首先要進(jìn)行配方設(shè)定 ,也即配方尋址,由于該系統(tǒng)需要 10 個(gè)配方,而每個(gè)配方需要 45 個(gè)字節(jié) ,所以要預(yù)留近 500個(gè)地址空間 ; 然后進(jìn)行料制設(shè)定 ,由于該系統(tǒng)需要 10 個(gè)料制, 而每個(gè)料制需要 4 個(gè)字節(jié), 所以要預(yù)留近 50 個(gè)地址空間。當(dāng)配方和料制設(shè)定都完成后 , 可以自動(dòng)運(yùn)行, 在無(wú)人干擾的情況下 , 完成一天的工作量 。圖 4 為全自動(dòng)控制程序流程和算法 。

4　結(jié)語(yǔ)

本文介紹的基于PLC 的配料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了耐火廠散料配料工藝的自動(dòng)化生產(chǎn),投資少 ,故障率低 ; 在不增加稱重模塊的基礎(chǔ)上完成了配料工藝的實(shí)時(shí)控制 ,減少了運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)人員。該系統(tǒng)自2008 年1 月投產(chǎn)以來(lái) , 工人由原來(lái)的 8 人( 每組4人 ,共 2 組) 減少到現(xiàn)在的 2 人, 工作量由原來(lái)的一天10 車增加到現(xiàn)在的每天 30 車, 生產(chǎn)效率大幅度提高,運(yùn)行費(fèi)用大幅下降。經(jīng)過近 2年的工作, 運(yùn)行良好 ,無(wú)故障, 廢料率降低, 初步估算該系統(tǒng)每年可為包鋼集團(tuán)節(jié)約各種費(fèi)用 80 萬(wàn)元 。

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