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1問題的提出
某化工企業(yè)的一套年產(chǎn)10萬t復(fù)合肥生產(chǎn)裝置，為防止生產(chǎn)出來的粒狀肥料在存儲運(yùn)輸過程中出現(xiàn)結(jié)塊、粉化現(xiàn)象，粒狀肥料從滾筒篩出來之后，首先通過安裝有皮帶秤的皮帶輸送機(jī)計量瞬時粒狀肥料的質(zhì)量，在此之后將其輸送至包裹機(jī)內(nèi)。與此同時，將皮帶秤得到的質(zhì)量信號傳送到PLC（可編程序控制器）。經(jīng)過PLC中組態(tài)程序運(yùn)算處理后，分別輸出4~20mA的電流信號控制螺旋輸送機(jī)和柱塞泵的變頻器的輸出頻率，進(jìn)而實現(xiàn)精準(zhǔn)撲粉、定量充注防結(jié)油的目的。皮帶秤自動撲粉注油系統(tǒng)示意圖如圖1所示。該企業(yè)復(fù)合肥生產(chǎn)裝置的實際運(yùn)行環(huán)境雖然配備有收塵設(shè)備，但是仍然帶有一定的粉塵且易吸潮，這就造成皮帶輸送機(jī)的皮帶及其托輻積料、皮帶跑偏，進(jìn)而影響皮帶秤計量的精準(zhǔn)度，最終就造成撲入的防結(jié)粉、充注的防結(jié)油不是過多就是過少，使這兩類輔料出現(xiàn)過多消耗，或是過少造成粒狀肥料得不到完全包裹，進(jìn)而造成在存儲運(yùn)輸中出現(xiàn)結(jié)塊和粉化現(xiàn)象。另外，購買的防結(jié)粉本身有結(jié)塊，因螺旋輸送機(jī)進(jìn)口狹小，也會造成撲粉減少甚至斷粉，進(jìn)而出現(xiàn)包裹不完全的現(xiàn)象。
通過失重秤計量粒狀肥料的質(zhì)量，并結(jié)合PLC的軟件組態(tài)程序計算出向包裹機(jī)內(nèi)注入相應(yīng)的防結(jié)油和撲入防結(jié)粉，輸出控制信號調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率達(dá)到精準(zhǔn)撲粉注油，進(jìn)而起到防止粒狀復(fù)合肥粉化和結(jié)塊的目的。下面簡述PLC結(jié)合失重秤實現(xiàn)上述目的整個控制原理及其軟硬件構(gòu)成。
2PLC結(jié)合失重秤的硬件布置及其運(yùn)作流程
基于上面描述的狀況，結(jié)合失重秤的特點(diǎn)，在包裹機(jī)撲粉、加注防結(jié)油系統(tǒng)中，對其硬件布置做了相應(yīng)調(diào)整。首先，將用于計量粒狀肥料質(zhì)量的計量設(shè)備由皮帶秤計量改為失重秤計量。由于失重秤是靜止不動的，不存在運(yùn)動的部件，所以就不會出現(xiàn)皮帶輸送機(jī)“跑偏”及其托輻結(jié)垢等現(xiàn)象，進(jìn)而影響到皮帶秤在計量粒狀肥料時出現(xiàn)較大偏差的狀況。其次，在滾筒篩與失重秤（計量斗）之間增加了一個儲料槽，儲料槽與失重秤（計量斗）用布帶實現(xiàn)軟連接，減少儲料槽向失重秤（計量斗）進(jìn)料時的沖擊，提高失重秤的稱重精度。在儲料槽與失重秤（計量斗）之間還用一道氣動弧門控制進(jìn)入粒狀肥料的多少，也就是當(dāng)計量斗上的質(zhì)量傳感器結(jié)合質(zhì)量控制器G感知到計量斗內(nèi)粒狀肥料處于質(zhì)量下限值時，弧門打開，粒狀肥料進(jìn)入斗內(nèi)，當(dāng)G感知進(jìn)入斗內(nèi)的粒狀肥料達(dá)到上限質(zhì)量值時，氣動弧門Q立即關(guān)閉。由于在失重秤（計量斗）和滾筒篩之間增加了這個儲料槽，所以可在其槽體上安裝1臺防止肥料溢出的物位上限檢測儀H1和1臺防止積料的振動電機(jī)Z。

 圖1皮帶秤自動撲粉注油系統(tǒng) 
在防結(jié)粉的供給上，防結(jié)粉從儲槽出來之后直接就用皮帶輸送機(jī)D2進(jìn)行輸送，其夾合口可以根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ふ{(diào)整，不會出現(xiàn)螺旋輸送機(jī)斷粉的狀況。在運(yùn)行粒狀肥料撲粉、注油系統(tǒng)前，首先應(yīng)人工起動皮帶輸送機(jī)D3和包裹機(jī)，以保證粒狀肥料在整個系統(tǒng)中順利輸送。當(dāng)均勻合格的粒狀肥料從滾筒篩出來之后，進(jìn)入儲料槽中，G感知的質(zhì)量信號小于等于其相應(yīng)設(shè)定的質(zhì)量下限值時，傳送信號給PLC處理。處理之后輸出控制信號，打開儲料槽與計量斗之間的Q。同時，儲料槽上安裝好的振動電機(jī)Z開始5s的振動，使粒狀肥料快速進(jìn)入計量斗中。當(dāng)進(jìn)入的粒狀肥料達(dá)到G設(shè)定的質(zhì)量上限值時，G傳送信號至PLC,PLC就會輸出關(guān)閉Q的信號，立即關(guān)閉弧門。與此同時，G得到的粒狀肥料質(zhì)量信息傳送至PLC。PLC就會按照設(shè)定好的粒狀復(fù)合肥、防結(jié)粉、防結(jié)油配比比率，分別輸出三組控制皮帶輸送機(jī)D1、皮帶輸運(yùn)機(jī)D2和柱塞泵S的變頻器頻率的控制信號，用以調(diào)節(jié)Dl、D2和S的運(yùn)行速度。粒狀肥料和防結(jié)粉分別由D1、D2輸送至D3,再由D3經(jīng)過溜槽送入包裹機(jī)中，同時防結(jié)油由S打入包裹機(jī)內(nèi)。粒狀肥料、防結(jié)粉、防結(jié)油就會在包裹機(jī)內(nèi)按照比率充分混合，然后再送到下個工序——成品包裝。
失重秤自動撲粉注油系統(tǒng)設(shè)備流程示意圖如圖2所示⑴。失重秤結(jié)合PLC自動撲粉注油系統(tǒng)控制原理框圖如圖3所示⑴。
3PLC軟件組態(tài)程序功能及其運(yùn)行流程
為保證撲粉注油系統(tǒng)的工作連續(xù)性和配比的精準(zhǔn)度，在皮帶秤更改為失重秤之后，PLC的組態(tài)程序也有相應(yīng)的改動。運(yùn)用PLC的組態(tài)軟件并結(jié)合失重秤的運(yùn)作特點(diǎn)，編寫了三段運(yùn)行程序，下面詳細(xì)敘述其工作流程。
(1)撲粉注油配比比率控制和防粒狀肥料溢出程序。此段程序的運(yùn)作流程，首先是通過人機(jī)界面(HMI)人工寫入“質(zhì)量值①”和“質(zhì)量值②”，以及撲粉、注油比率。物位上限檢測儀輸出信號是為了防止儲料槽中的肥料溢出，由安裝在儲料槽上的H1傳送布爾量信號至PLC程序中的選擇模塊，在儲料槽物位沒有達(dá)到上限時，H1的輸出開關(guān)不會閉合。此時，選擇模塊輸出“質(zhì)量值①”，其分別傳送到乘法模塊①、乘法模塊②進(jìn)行撲粉和注油的配比運(yùn)算，并將計算的結(jié)果通過模擬信號輸出模塊①和模擬信號輸出模塊③轉(zhuǎn)換成4?20mA的信號輸出給D2的變頻器和S的變頻器,進(jìn)而控制D2、S的運(yùn)行速度。與此同時，質(zhì)量值選擇模塊輸出“質(zhì)量值①”的另一組信號，直接通過模擬信號輸出模塊②輸出信號給D1的變頻器，控制皮帶輸送機(jī)D1的運(yùn)行速度。在達(dá)到物位上限時，選擇模塊輸出“質(zhì)量值②”。因為“質(zhì)量值②”遠(yuǎn)大于“質(zhì)量值①”，于是通過同樣的后續(xù)程序的運(yùn)算，加快Dl、D2和S的運(yùn)行速度，進(jìn)而確保儲料槽不會溢出肥料，輔料配比的精度也得到了保證。

圖2失重秤自動撲粉注油系統(tǒng)設(shè)備流程示意圖撲粉注油配比比率控制和防粒狀肥料溢出程序d段功能塊圖如圖4所示KT。
(2)自動撲粉、注油系統(tǒng)的補(bǔ)料程序。此段程序的運(yùn)作流程，在該自動系統(tǒng)第一次投用或是停車前合上人工清料開關(guān)Ko清理完計量斗內(nèi)余料之后，計量斗內(nèi)已無粒狀肥料，G檢測的質(zhì)量值小于等于設(shè)定好的質(zhì)量下限值，對應(yīng)的質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)閉合，質(zhì)量上限值常閉接點(diǎn)閉合，此時中間存儲器M的“線圈”得電。M相應(yīng)的所有常開接點(diǎn)也閉合，氣動弧門打開，儲量槽的粒狀肥料進(jìn)入計量斗內(nèi)。與此同時，延時斷開定時模塊T計時開始,并立即閉合對應(yīng)的常開接點(diǎn)，振動電機(jī)Z開始振動，在運(yùn)行5s后，延時斷開定時模塊T常開接點(diǎn)斷開，電機(jī)停止振動。這樣做的目的是防止儲料槽兜料，且可以加速補(bǔ)料速度，也能使失重秤盡快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，保證計量精度。隨著儲料槽中的粒狀肥料不斷加入計量斗內(nèi)，當(dāng)G檢測到的質(zhì)量值大于設(shè)定的質(zhì)量下限值而小于設(shè)定的質(zhì)量上限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量上限值常閉接點(diǎn)閉合，質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)斷開，但由于M的自鎖常開接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，這就使M的“線圈”始終處于得電狀態(tài)，Q仍然打開繼續(xù)補(bǔ)料。隨著儲料槽中的粒狀肥料不斷加入計量斗內(nèi)，G檢測的質(zhì)量值大于設(shè)定的質(zhì)量上限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)斷開，質(zhì)量上限值常閉接點(diǎn)斷開，這時M的“線圈”處于失電狀態(tài)，Q關(guān)閉，補(bǔ)料停止，Z仍然不會振動。當(dāng)計量斗中的粒狀肥料質(zhì)量值又重新回到小于等于設(shè)定的質(zhì)量下限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)閉合的，質(zhì)量上限值常閉接點(diǎn)閉合，補(bǔ)料過程重新開始。補(bǔ)料程序段梯形如圖5所示。
（3）S、D1和D2的自動起停和人工起停程序，梯形圖如圖6所示。此段程序的運(yùn)作流程，人工起停程序，在復(fù)合肥生產(chǎn)整個裝置停止運(yùn)作時，在HMI上點(diǎn)擊K,其對應(yīng)的常閉接點(diǎn)斷開，切斷自動起?；芈?；其對應(yīng)的常開接點(diǎn)閉合，直接起動S、D1和D2,經(jīng)過D3進(jìn)入到包裹機(jī)內(nèi)，按配比比率包裹余料。余料清理完畢之后，應(yīng)立即在HMI上點(diǎn)擊K,其對應(yīng)的常開接點(diǎn)斷開，直接起動回路斷開,S、D1和D2停止運(yùn)行；其對應(yīng)的常閉接點(diǎn)復(fù)位閉合，接通自動起?；芈?，為裝置重新開車生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。當(dāng)復(fù)合肥生產(chǎn)裝置重新開車運(yùn)行或是自動系統(tǒng)第一次投用時，合格的粒狀復(fù)合肥通過儲料槽進(jìn)入計量斗（失重秤），當(dāng)G檢測到的質(zhì)量值大于等于設(shè)定好的質(zhì)量上限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量上限值常開接點(diǎn)閉合，質(zhì)量下限值常閉接點(diǎn)復(fù)位閉合。這時，Ml的“線圈”得電，Ml所對應(yīng)的所有常開接點(diǎn)閉合。由于質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，延時閉合模塊T1不會工作，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)是斷開的，SR觸發(fā)器模塊的“S”端是連通的（中間存儲器Ml的一對常開接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)），觸發(fā)器輸出為“ON”狀態(tài)，中間存儲器M2的“線圈”得電，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)閉合，S、D1和D2起動運(yùn)行。同時，補(bǔ)料也會停止（Q處于關(guān)閉狀態(tài)），計量斗內(nèi)的肥料質(zhì)量會不斷減少，當(dāng)G檢測到的實際質(zhì)量小于質(zhì)量上限值而大于質(zhì)量下限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量上限值常開接點(diǎn)斷開，質(zhì)量下限值常閉接點(diǎn)閉合。由于Ml的自鎖常開接點(diǎn)始終閉合，Ml的“線圈”仍然處于得電狀態(tài)，SR觸發(fā)器的“S”端處于連通狀態(tài)（Ml對應(yīng)的常開接點(diǎn)也仍然處于閉合狀態(tài)），質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)還是處于斷開狀態(tài)，T1不處于工作狀態(tài)，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)是斷開的，SR觸發(fā)器輸出還是為“ON”狀態(tài)，中間存儲器M2的“線圈”仍然處于得電狀態(tài)，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)閉合,使得S、D1和D2仍然處于運(yùn)行狀態(tài)。隨著計量斗內(nèi)的肥料繼續(xù)減少，當(dāng)G檢測到的實際質(zhì)量小于等于質(zhì)量下限值時，其對應(yīng)的質(zhì)量上限值常開接點(diǎn)斷開，質(zhì)量下限值常閉接點(diǎn)斷開，Ml的“線圈”失電，其對應(yīng)的所有常開接點(diǎn)斷開，SR觸發(fā)器的“S”端部不再連通（Ml的一對常開接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)），同時質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)閉會，T1I中間存儲器M作。專計時達(dá)到60s,T1常開接點(diǎn)閉T)會，SR觸發(fā)器的“R”端連通，觸發(fā)
器輸出為“OFF”狀態(tài)，M2的“線圈”處于失電狀態(tài)，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)斷開，S、D1和D2處于停止運(yùn)行狀態(tài)。

這是在粒狀肥料補(bǔ)料不及時的時候，停止輔料(防結(jié)油、防結(jié)粉)繼續(xù)加入,進(jìn)而避免了輔料的浪費(fèi)。若在60s以內(nèi)補(bǔ)料及時，也就是補(bǔ)充的粒狀肥料在計量斗屮的實吋質(zhì)量值大于質(zhì)量下限值，質(zhì)量下限值常開接點(diǎn)就會斷開，延吋閉合定時器T1就不會工作，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)斷開，SR觸發(fā)器的“R”端不會連通，不論觸發(fā)器的“S”端是否連通(Ml對應(yīng)的常開接點(diǎn)斷開或閉會)，SR觸發(fā)器的記憶功能，其輸出始終為“ON”狀態(tài)，M2的“線圈”始終是得電的，其對應(yīng)的常開接點(diǎn)也始終閉合，S、D1和D2仍然處運(yùn)行狀態(tài)。
4結(jié)語
將粒狀肥料撲粉注油系統(tǒng)中的皮帶秤更換為失重秤之后，因皮帶跑偏、托輻粘料等對粒狀肥料精準(zhǔn)稱重計量的影響，造成輔料(防結(jié)粉、防結(jié)油)浪費(fèi)或在包裹機(jī)中包裹粒狀肥料輔料分量不足的問題得到了解決。防結(jié)粉改為皮帶輸送機(jī)直接輸送，其斷粉現(xiàn)象沒有再發(fā)生。根據(jù)失重秤的特點(diǎn)，對PLC的組態(tài)程序做了相應(yīng)的修改，保證了整個系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行?？傮w來說，整個系統(tǒng)維護(hù)量得到減少，在保證粒狀肥料的品質(zhì)下，也節(jié)約了輔料的使用量。
    
 

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