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0引言
河南某有限責(zé)任公司生產(chǎn)工藝采用硫酸化焙燒工藝,焙燒爐最初給料系統(tǒng)采用橋式起重機(jī)（下稱“起重機(jī)”）配礦,圓盤給料機(jī)、皮帶輸送給料，系統(tǒng)投礦量采用皮帶秤控制進(jìn)行計(jì)量，因圓盤給料機(jī)及皮帶輸送運(yùn)行成本高,隨后進(jìn)行了工藝改造，去除了圓盤給料機(jī)及皮帶輸送系統(tǒng)，改用漿式給料系統(tǒng)，投入礦量的計(jì)量方式改為在起重機(jī)上增加稱重控制系統(tǒng)。
原料配礦倉共有3臺(tái)起重機(jī),2號(hào)起重機(jī)用于配礦,1號(hào)、3號(hào)起重機(jī)具有稱重計(jì)量功能，分別用于焙燒:□系統(tǒng)、焙燒I系統(tǒng)的供礦并計(jì)量。焙燒I系統(tǒng)、焙燒:□系統(tǒng)為2套獨(dú)立的工藝流程，利用起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)投礦量和金屬平衡核算。其中，1號(hào)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)改造后于2007年投入使用，用于焙燒:□系統(tǒng)的供礦并計(jì)量。3號(hào)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)改造后于2009年投入使用，用于焙燒I系統(tǒng)的供礦并計(jì)量。
起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)和起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)合為一體，采用PLC控制，對(duì)抓斗礦量進(jìn)行稱重計(jì)量,起重機(jī)控制系統(tǒng)接收進(jìn)、出稱重區(qū)域信號(hào),給稱重系統(tǒng)儀表發(fā)出信號(hào)，稱重儀表進(jìn)行稱重計(jì)量并打印小票。當(dāng)起重機(jī)抓斗進(jìn)、出投礦平臺(tái)區(qū)域時(shí)，起重機(jī)強(qiáng)制停車稱量，因每斗礦都要稱量，對(duì)起重機(jī)電氣制動(dòng)系統(tǒng)沖擊頻繁，故障率高,且員工操作時(shí)間增長，勞動(dòng)強(qiáng)度大。后取消了稱量時(shí)起重機(jī)強(qiáng)制停車的控制，隨之出現(xiàn)了一系列問題，從而影響生產(chǎn)系統(tǒng)投礦量和金屬平衡的核算。因此，對(duì)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)的改造及優(yōu)化迫在眉睫。
1稱重控制系統(tǒng)存在問題及改造要求
1.1存在問題
稱重控制系統(tǒng)由帶DI輸入的稱重儀表、傳感器和接線盒構(gòu)成。起重機(jī)控制系統(tǒng)判斷稱重區(qū)域,并將信號(hào)傳遞給稱重系統(tǒng),從而控制數(shù)據(jù)打印及操作。目前起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)存在問題主要有以下幾個(gè)方面：
1）    因市場(chǎng)需求極少，沒有專門用于起重機(jī)稱重系統(tǒng)的儀表，主要由吊鉤秤儀表改造而來，因此帶DI輸入的稱重儀表性能不穩(wěn)定。
2）    由于稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打印及操作的控制源來自于起重機(jī)系統(tǒng)，因此二者的工作互相制約，并不是各自獨(dú)立的系統(tǒng)，起重機(jī)在工作過程中控制系統(tǒng)動(dòng)作頻繁,對(duì)稱重系統(tǒng)造成電磁干擾，在起重機(jī)沒有進(jìn)、出投礦平臺(tái)區(qū)域時(shí)就打印稱量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致投礦量失準(zhǔn)。
3）    儀表的自動(dòng)打印程序中存在一些不必要的程序，如毛重強(qiáng)制解除、皮重強(qiáng)制解除、進(jìn)出Z區(qū)等功能。

1.2改造要求
1）    起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的PLC控制,PLC、接近開關(guān)及稱重儀表供電電源采用24V直流供電,電源加裝隔離變壓器、濾波器,PLC輸入點(diǎn)設(shè)置光電隔離，所有控制線和信號(hào)線采用帶鎧裝屏蔽電纜［1］。
2）    起重機(jī)稱重計(jì)量只能在稱重區(qū)域內(nèi)進(jìn)行稱量數(shù)據(jù)打印,其他區(qū)域儀表不能進(jìn)行任何打印及操作，只顯示稱量數(shù)據(jù)。
3）    實(shí)現(xiàn)打印稱量數(shù)據(jù)移動(dòng)存儲(chǔ)功能。

4）重新修改設(shè)計(jì)儀表自動(dòng)打印程序,取消不必要的程序（如毛重強(qiáng)制解除、皮重強(qiáng)制解除、進(jìn)出Z區(qū)等）。
2稱重控制系統(tǒng)改造及應(yīng)用
2.1改造技術(shù)方案
根據(jù)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)改造各功能的要求，選用西門子S7-200系列PLC、西門子MS稱重模塊、臺(tái)達(dá)觸摸屏、微型針式打印機(jī)組成獨(dú)立的起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)。在起重機(jī)行走小車的主起升系統(tǒng)上加裝稱重平臺(tái)⑵，使其對(duì)主鉤吊起的物體直接稱量，對(duì)被稱物全部采樣，無鋼絲繩配比及起吊高度誤差。稱重平臺(tái)采用4只橋式或輪輻式高精度傳感器，采用多處限位方法，保證小車安全。稱重平臺(tái)的4只傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)均衡器匹配，傳感器和MS稱重模塊連接，將傳感器的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)處理后變?yōu)橘|(zhì)量信號(hào)［3］。PLC通過基板總線和MS稱重模塊通信,從中獲取質(zhì)量信號(hào)。觸摸屏通過和PLC通訊實(shí)現(xiàn)將PLC中秤的狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示出來，并且能夠控制和修改秤的數(shù)據(jù)和參數(shù)。
2.2系統(tǒng)配置
起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)由西門子S7-200系列PLC、西門子MS稱重模塊、臺(tái)達(dá)觸摸屏、微型針式打印機(jī)組成。系統(tǒng)改造配置清單見表1。
起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)與起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，互不干擾，采用西門子PLC、稱重模塊及觸摸屏組合替代原來的稱重儀表。系統(tǒng)硬件固定，主要靠軟件實(shí)現(xiàn)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)的特殊需求和數(shù)據(jù)處理，編程靈活,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便［4］。
2.3進(jìn)、出稱重區(qū)域自動(dòng)識(shí)別

焙燒I系統(tǒng)和焙燒n系統(tǒng)投礦平臺(tái)分別位于原料倉廠房的東北角和東南角，原稱重區(qū)域設(shè)置過大，接近開關(guān)因起重機(jī)運(yùn)行存在晃動(dòng)導(dǎo)致誤動(dòng)作。現(xiàn)以起重機(jī)小車運(yùn)行軌道為X軸，大車運(yùn)行軌道為y軸,在投礦平臺(tái)正對(duì)應(yīng)的大車軌道上空焊接固定一段6m角鋼作為y軸，角鋼平面朝下，同時(shí)在大車端梁欄桿上焊接一個(gè)支架,用于安裝接近開關(guān)，接近開關(guān)與6m角鋼平面對(duì)應(yīng)，配合間隙小于等于1.5cm，與小車軌道并行焊接一段和投礦平臺(tái)長度相當(dāng)?shù)慕卿?，平面朝上，作為x軸，接近開關(guān)安裝在小車上。大車與小車區(qū)域分別安裝2只感應(yīng)接近開關(guān)，在PLC程序處理上采用與的關(guān)系，選用NPN型接近開關(guān)［5］，有效避免了單只接近開關(guān)出現(xiàn)誤動(dòng)作的弊端。起重機(jī)稱重區(qū)域見圖1。起重機(jī)大車和小車全部進(jìn)入稱重區(qū)域后計(jì)量毛重,抓斗卸料后不論大車或小車只要有一個(gè)出稱重區(qū)域即計(jì)量皮重，同時(shí)自動(dòng)打印凈重值,完成一次自動(dòng)稱量過程。

圖1起重機(jī)稱重區(qū)域設(shè)置
2.4程序編程及界面
PLC通過安裝在大車和小車上的接近開關(guān)采集
開關(guān)量信號(hào)確定行車位置，同時(shí)也通過基板總線和MS稱重模塊通信，從中獲取質(zhì)量信號(hào)。軟件編程流程見圖2。

MS稱重模塊和現(xiàn)場(chǎng)傳感器連接,將傳感器的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)處理后變?yōu)橘|(zhì)量信號(hào)［5］。
觸摸屏主畫面包括功能鍵:置零、標(biāo)定、報(bào)警、參數(shù)、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)及打印清單、累計(jì)打印、手動(dòng)打印、USB移除等。
觸摸屏主畫面能實(shí)時(shí)顯示質(zhì)量、本次凈重、總質(zhì)量,并有電源指示、大小車到位指示、打印指示、故障指示等。觸摸屏通過和PLC通訊連接，實(shí)現(xiàn)把PLC計(jì)算稱量數(shù)據(jù)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示出來,并且能夠控制和修改稱量的數(shù)據(jù)和參數(shù)，同時(shí)和打印機(jī)通訊，經(jīng)過讀取PLC的指令自動(dòng)或手動(dòng)將稱量數(shù)據(jù)打印出來。觸摸屏編程主界面見圖3。

生產(chǎn)崗位實(shí)現(xiàn)三班運(yùn)行制,結(jié)合生產(chǎn)需要，在數(shù)據(jù)子菜單內(nèi)能實(shí)現(xiàn)當(dāng)班礦量累計(jì)，當(dāng)班累計(jì)礦量界面見圖4。

 圖4當(dāng)班累計(jì)礦量界面 

2.5方案特點(diǎn)
1）    系統(tǒng)靈活，同時(shí)支持軟件不斷升級(jí)功能,符合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
2）    使用壽命長，幾乎不需要維護(hù)。而且更換模塊無需重新接線，只需用螺絲刀取下，然后換上新模塊即可。
3）    由于稱重模塊通過底板總線將質(zhì)量信號(hào)直接傳送至PLC，程序每秒刷新50次，可以保證更快的運(yùn)算速度，控制精度高。符合國家三級(jí)秤的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求,最大稱量上限5t,分度值5kg。
4）    豐富的報(bào)警功能，自動(dòng)判斷故障狀態(tài)并能夠通過觸摸屏以人機(jī)界面的形式反映出來，有利于操作和維護(hù)。
5）    實(shí)時(shí)性大大提高,且提高了生產(chǎn)率。
6）    無故障時(shí)間長。
7）測(cè)量過程受控，可標(biāo)定。
2.6應(yīng)用效果
系統(tǒng)改造后,對(duì)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)進(jìn)行了砝碼標(biāo)定，滿足要求。此外,還對(duì)起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定，用起重機(jī)稱量和汽車衡稱量進(jìn)行3次稱量對(duì)比。每次起重機(jī)累計(jì)稱量5斗礦并裝車、用汽車衡稱量，結(jié)果見表2。

由表2可知:雖然每次稱量結(jié)果對(duì)比略有偏差，但稱量結(jié)果合計(jì)對(duì)比無偏差，證明起重機(jī)稱量是準(zhǔn)確的。
改造后，該起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)符合國家三級(jí)秤的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求,滿足生產(chǎn)要求，為生產(chǎn)投礦量和金屬平衡提供了重要的依據(jù)。
3結(jié)語
在年投礦量20萬t左右的黃金冶煉廠或類似企業(yè)中，投礦量如采用起重機(jī)稱重核算的，可以采用該起重機(jī)稱重控制系統(tǒng)。本次系統(tǒng)改造中，采用西門子PLC、稱重模塊和觸摸屏組合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的稱重儀表,并且和電氣控制系統(tǒng)相互獨(dú)立,應(yīng)用這種解決方案，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),抗干擾能力強(qiáng)，為自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境,系統(tǒng)的開放性更強(qiáng),個(gè)性化需求更容易實(shí)現(xiàn)。

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