裝卸料倉自動計量裝置的研制應(yīng)用

【摘 要】鋼廠煉鐵高爐生產(chǎn)，每天都需投入 的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲藏、運(yùn)輸、過程中存在著計量困難，管理困難等問題。采用PLC技術(shù)對礦石稱重計量系統(tǒng)進(jìn)行改造。系統(tǒng)在解決控制礦石計量、輸送的同時，上位機(jī)軟件系統(tǒng)和公司的管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，方便管理人員工作，節(jié)省人力物力，實現(xiàn)無紙化辦公管理。
【關(guān)鍵詞】稱重計量系統(tǒng)；PLC技術(shù)；礦石料倉；自動；計量裝置
前 言
鋼廠煉鐵高爐生產(chǎn)，每天都需投入 的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲藏、運(yùn)輸、過程中存在著計量困難，管理困難等問題。針對常州中天鋼鐵公司船運(yùn)礦石裝卸生產(chǎn)、輸送、計量的現(xiàn)場條件，采用PLC技術(shù)設(shè)計改造了水渣料斗稱重計量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又對礦石稱重計量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。該稱重控制系統(tǒng)由料倉（料斗）、皮帶機(jī)系統(tǒng)、放料閘門、稱重系統(tǒng)、抓斗機(jī)械及輸送控制系統(tǒng)構(gòu)成礦石稱重計量輸送系統(tǒng)，完成礦石物料輸送、計量、裝、卸船工作。系統(tǒng)在解決控制礦石計量、輸送的同時，上位機(jī)軟件系統(tǒng)和公司的財務(wù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，方便財務(wù)人員工作，并節(jié)省人力物力，實現(xiàn)無紙化辦公管理。
一、應(yīng)用現(xiàn)場概況
常州中發(fā)煉鐵有限公司紅星河?xùn)|料場，位于穿廠而的過京杭大運(yùn)河旁，碼頭船運(yùn)物資通過抓斗從船上抓卸到料倉，料倉下設(shè)有運(yùn)輸皮帶機(jī)，皮帶將貨物運(yùn)送到堆料現(xiàn)場?，F(xiàn)場原有工作設(shè)施布局如圖1所示。
1、河邊碼頭料倉（料斗 ） 2、主料倉（料斗）現(xiàn)場
3、料倉下料振動篩 4、料倉下的輸送皮帶
圖1 現(xiàn)場單臺料倉（料斗）原有設(shè)施布局
二、裝卸料倉自動計量系統(tǒng)的組成與工作原理
1、系統(tǒng)組成
碼頭料倉自動計量系統(tǒng)由6個料倉組成，全部料倉計量共享一套控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)集中到主控室處理。單臺料倉計量系統(tǒng)組成如圖2所示。
圖2 料倉稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
系統(tǒng)分成稱重現(xiàn)場設(shè)備和主控室設(shè)備兩類。其中稱重現(xiàn)場由料倉秤臺、稱重裝置、自動閥門、操作箱等設(shè)備組成；由PLC控制器、工控計算機(jī)和稱重控制儀表組成主控室的控制臺。
PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
PLC的基本組成：PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。
2、系統(tǒng)工作原理與工作流程
裝卸料倉自動計量系統(tǒng)的工作流程如下：
首先，工作料倉處于等待狀態(tài)，此時放料閥關(guān)閉，振動器停止，指示燈熄滅。軟件操作人員先在計算機(jī)界面填寫供貨單位、物料名稱、運(yùn)輸船號等進(jìn)料信息，并將控制系統(tǒng)置于起始狀態(tài)，啟動控制系統(tǒng)。
抓斗或吸盤抓取物料，于料倉正上方處下料。物料經(jīng)過濾篩進(jìn)入料倉，等到物料*進(jìn)入料倉后，儀表稱重值穩(wěn)定，指示燈炫亮，通知抓斗操作人員：料倉稱重工作正在運(yùn)行，停止加料操作。同時，稱重儀表將料倉中物料的質(zhì)量稱重檢測，并累計到物料總量中。
當(dāng)上述稱重過程完成以后，控制系統(tǒng)開啟放料閥門至一檔，物料經(jīng)過放料閥門落到運(yùn)料皮帶，并由運(yùn)料皮帶將物料運(yùn)走。當(dāng)物料接近放完時，放料閥門*打開，振動器啟動，保障料倉內(nèi)物料*瀉下。
*放料后，閥門關(guān)閉，振動器停止，指示等熄滅，料倉返回等待狀態(tài)，此時系統(tǒng)又允許抓斗操作人員放料到料倉。
在整個過程中，計算機(jī)軟件全程監(jiān)控各個料倉的當(dāng)前稱量值和累計量。等到整批貨物運(yùn)輸完畢，計算機(jī)統(tǒng)計本次進(jìn)貨情況，寫入數(shù)據(jù)庫，并打印碼單。軟件還可以形成統(tǒng)計報表，便于結(jié)算和財務(wù)統(tǒng)計。
現(xiàn)場設(shè)有手動操作控制箱，具備本地和遠(yuǎn)程控制功能。本地控制時能夠?qū)崿F(xiàn)*獨
立于PLC的料倉進(jìn)料、放料要求，同時儀表能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時和累計計量。如果PLC故障狀態(tài)時，不影響上位機(jī)的正常功能，即儀表計量時仍然能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集和打印。
三、稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)
1、料斗式稱重機(jī)構(gòu)立體三維造型
如圖3所示。
圖3 料斗式秤臺機(jī)構(gòu)立體造型圖
秤臺由錐形料倉、過濾篩、料倉支撐架、稱重傳感器、振動器、電液壓推桿、位移傳感器、控制閥門等構(gòu)成。
2、裝卸料倉自動計量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)構(gòu)設(shè)計正視示意圖如圖4。
圖4 裝卸料倉自動計量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計圖
裝卸料倉自動計量裝置，包括料倉1、設(shè)置在料倉1頂部的導(dǎo)料架2和用于支撐料
倉1的支撐架3，支撐架3上制有承重梁33，料倉1頂部外側(cè)制有至少四個耳座13b，每個耳座13b和承重梁33之間設(shè)置有稱重傳感器13，導(dǎo)料架2內(nèi)壁固定設(shè)置有過濾篩21，在料倉1底部設(shè)置有放料閥門11，料倉1外壁兩側(cè)固定安裝有用于控制放料閥門11的外置式電液推桿12。
料倉1為倒錐形，料倉1兩側(cè)分別制有一個位于承重梁33上方的三向限位器15。
放料閥門11包括兩個相配合的擺動封料架17，每個擺動封料架17與一個外置式電液推桿12相連接，每個擺動封料架12外側(cè)固定安裝有三相振動電機(jī)16，放料閥門11兩端制有行程開關(guān)14。稱重傳感器13與稱重控制儀表相連接，外置式電液推桿12和三相振動電機(jī)16與控制系統(tǒng)相連接，稱重控制儀表和控制系統(tǒng)與計算機(jī)工作站相連接。放料閥門11下方設(shè)置有運(yùn)料皮帶。改造后的計量料倉現(xiàn)場工作狀態(tài)如圖5所示。
圖5 料倉計量現(xiàn)場工作狀態(tài)
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
（1）采用八面頂桿限位；
（2）傳感器采用柱式稱重傳感器；
（3）緩沖裝置采用特制金屬橡膠壓鑄而成，具有較好的緩沖效果；
（4）設(shè)有防翹限位裝置和高質(zhì)量限位開關(guān)；
（5）防滯料襯板采用含油稀土尼龍（厚度不小于20mm）；
（6）具有150%的過載能力。
（7）斗支撐架外側(cè)固定安裝有檢修欄和連接的樓梯，便于檢修維護(hù)；
（8）料倉外側(cè)對稱安裝有兩個掛鉤葫蘆，掛鉤葫蘆連接有鏈條和測重砝碼，以適應(yīng)對電子稱重裝置使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定；
（9）在料倉與承重支撐梁之間設(shè)計安裝龍門架和標(biāo)準(zhǔn)傳感器構(gòu)成現(xiàn)場檢測裝置，能讓工程人員對系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)測試與調(diào)試，保證系統(tǒng)隨時處于準(zhǔn)確度。
4、主要技術(shù)指標(biāo)
（1）料斗容積 ≥5m3
（2）稱量 10t
（3）工作電壓 220VAC
（4）計量方式 靜態(tài)計量
（5）檢定和顯示分度值 2kg
（6）綜合準(zhǔn)確度 Ⅲ級
（7）超載能力 150%
四、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行可實現(xiàn)的功能
1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)由西門子 S7-200系列PLC控制模塊，7寸、256色觸摸屏，西門子PLC通訊電纜，PLC工控軟件，觸摸屏軟件等組成。圖6為控制系統(tǒng)的主控柜。
圖6 主控柜及觸摸屏控制屏
數(shù)據(jù)管理計算機(jī)采用研華工控機(jī)，計算機(jī)軟件集成多種信息類型，包括現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、稱重數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的處理和歸檔等功能。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫獲得收貨單信息，也可以手動輸入物料名稱、供貨
單位、船號稱號等信息，建立物料管理數(shù)據(jù)庫。進(jìn)料完成后，軟件保存該次的進(jìn)貨數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳入中心數(shù)據(jù)庫。軟件支持查看和打印中鋼*格式的碼單，同時統(tǒng)計和打印發(fā)貨的總體信息。與PLC的通訊基于標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議，功能全面，數(shù)據(jù)可靠，用戶可以通過軟件上的按鈕實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的操控。軟件的界面可以根據(jù)現(xiàn)場控制需要定制。各料倉稱量控制軟件顯示如圖7。
圖7 各料倉量顯示控制軟件
2、運(yùn)行實現(xiàn)功能
（1）兩種模式：自動模式和手動模式。自動模式無需人為干涉，協(xié)同控制現(xiàn)場各個設(shè)備自動操作，記錄采集水渣料運(yùn)輸、稱重等數(shù)據(jù)；手動模式用于檢修和調(diào)試。
（2）查詢設(shè)備狀態(tài)：觸摸屏上實時顯示當(dāng)前各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如倉門的打開或閉合，皮帶的轉(zhuǎn)動等。
（3）報警功能：系統(tǒng)在運(yùn)行過程中實時監(jiān)控各現(xiàn)場設(shè)備，若出現(xiàn)異常，在觸摸屏
上發(fā)出報警信息，提醒操作員采取相應(yīng)的措施。
（4）聯(lián)網(wǎng)功能：上位機(jī)軟件和公司的財務(wù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，方便財務(wù)人員工作，并節(jié)省人力物力，實現(xiàn)無紙化辦公。
（5）報表打印功能：在收發(fā)貨完成后，打印該船只的相關(guān)記錄，如買方單位，船只名稱，貨物名稱，發(fā)貨日期，發(fā)貨數(shù)量，單價金額等。
（6）數(shù)據(jù)庫：上位機(jī)軟件建有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，方便記錄和查詢貨物信息。同時能按需要建立報表，方便統(tǒng)計查看。
五、結(jié)束語
應(yīng)用PLC技術(shù)改造的裝卸料倉自動計量裝置已在常州中天鋼鐵集團(tuán)有限公司的船運(yùn)物料裝卸中投產(chǎn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，安全省力，保證了礦石物料的裝卸生產(chǎn)的輸送、計量的正常秩序，取得了良好的使用效果，也是PLC技術(shù)應(yīng)用于稱重計量控制的成功探索。本裝卸料倉自動計量裝置可適用于碼頭、水泥、礦山、糧食、煤礦等料斗裝卸的計量控制，具有一定的推廣價值。
同時，裝卸料倉自動計量裝置已申報了國家，受理號：201020667526.2。