多功能微机自动控制配料系统

　　微机配料系统是水泥行业在生产过程控制方面应用计算机起步最早的领域，早在90年代初，国家重点支持和推荐的微机应用项目中生料微机配料的开发、应用最广。配料过程在水泥生产工艺过程中至关重要，提高配料系统控制和计量的准确度，使系统功能更加符合每一个工厂特定条件下工艺装备情况和管理者的要求，始终是我们追求的目标。总结多年来在微机配料系统开发、应用、维护中所积累的经验，向大家推荐介绍一种性能卓越的多功能微机配料系统，同时也可适用于钢铁、化工、医药等其它行业，需要多种物料有一定配比的场合。

一、多功能微机配料系统的三大特点
本系统是在用户长期使用微机控制配料系统的基础上，经过不断完善和扩充功能，不断改进和优化而来。

1. 系统可以与多种不同类型的电子秤配套
本系统的最大特点是在电子秤选配方面所表现的灵活性，它可以充分满足用户特定的配料工艺条件，自由配置各种不同类型的电子秤，组成高精度的计量控制系统。

　　电子秤的选取不仅取决于对控制精度的要求，同时在很大程度上还与各厂的生产工艺条件密切有关。对石灰石、粘土、铁粉、煤等一般颗粒状或半颗粒状物料的计量，无论采用哪一种电子秤都能很好适应。但在生料配料中若添加了粉煤灰成分，或是水泥中大量采用粉煤灰作混合材时，对于这种具有流动性的粉状物料，如果再选用皮带秤就显然不恰当了。最好的解决办法是将此类物料的计量，单独改用密封性能较好的输送设备如电子螺旋绞刀秤。对熟料而言则最好配用斗式秤，以适应熟料高温的特点。

　　采用多功能微机配料系统，用户完全可以根据自己的工艺要求，不受限制地自由选择不同的皮带秤、斗式秤和螺旋绞刀秤进行最合理的搭配、组合。也可根据用户要求配用各种调速秤，甚至是核子秤。只要通过简单的秤群定义，就能使不同类型的电子秤在各自最优的控制方式下协同运行。这种独特的设计，使多功能微机配料系统具有相当大的灵活性，它几乎能适应任何用户的不同使用条件，而不需要再对系统电控部分的软硬件作任何大的改动。

2. 双悬臂电子秤是实现高精度计量的可靠保证
　　本系统第二个特点是配用了系列化的产品──双悬臂电子秤。我们可提供三种基本配置：双悬臂皮带秤，双悬臂斗式秤和双悬臂螺旋绞刀秤。其特点是完全消除了秤的四角误差，准确度高，稳定性好。 1
就配料系统中普遍采用电子秤而言，早期的单悬臂皮带秤和斗式秤因其计量精度较低，使用中扬尘较大、可靠性较差已逐步淘汰。本系统推荐配套使用的是TDC(PCS)型双悬臂皮带秤，对于斗式秤，我们采用了特制的高精度的双悬臂传感器，而我们的螺旋绞刀秤也是装置在双悬臂的秤台之上，以达到完全相同的功效。经过较长期的运行考验，目前这类双悬臂秤的优点已经普遍被大家所接受。

3. 操作简单、功能强大的系统控制软件
　　本系统第三个特点是配备了功能强大、实用性能很好的应用软件。
我们十分重视系统软件功能上的完善，如果说硬件设计是实现系统高指标的基本条件，那么加上一个好的软件往往更能取得事半功倍的效果。我们通过长期的现场工作，深入实际，倾听用户意见乃至第一线操作人员的反馈信息，不断改进。最后完成的版本可称得上是经过了千锤百炼，其功能已得到大大加强。

二、双悬臂电子秤的计量原理
　　在工业生产中使用的电子皮带秤有好几种类型，品种繁多，但大都存在着计量准确度不易保证等问题。以推广应用较多的单悬臂皮带秤为例，该秤的计量原理是基于单杠杆的静力矩平衡，对同一物体，传感器的输出信号将随其重心位置的移动而变化。换言之，作为一种计量设备，当单悬臂秤以连续方式工作时，必须要求皮带上分布物料的重心相对于秤的支点和传感器的平衡力点的位置确定不变，否则传感器的输出信号就可能是虚假的，在闭环控制系统中也将因此而作出不正确的调节。可见，若要保证单悬臂秤的计量精度，就必须保证秤面上分布物料的重心位置保持恒定不变，由于客观存在给料设备的不稳定性、物料颗粒的不均匀性，以及皮带跑偏等种种原因，要想动态保证皮带上分布物料的重心位置不变，这在实际上是很难做到的。

双悬臂秤的结构主要由秤台和秤体两大部件组成。秤台实际是皮带输送机，也可安装其它类型的输送机，秤体是秤台的支承杠杆系统。秤台通过四个支脚和弹簧板吊挂，被悬挂在秤体的两个承重杠杆上，在未安装荷重传感器时，秤台呈悬浮状态。

双悬臂秤是全弹性支承结构的电子秤，采用双杠杆原理，计量精度较高。传感器的受力只和杠杆比和物料重量有关，而与物料在秤体皮带上的分布状态无关。秤体机架坚固、耐磨损，秤的初期性能可以长期保持稳定、可靠。双悬臂秤的静态计量准确度优于0.5%，动态优于1.0%。

双悬臂电子秤是一种系列化产品，它的品种齐全。电子皮带秤共有六种规格，相应提高了物料计量精度，适合单秤台时产量1～60吨。斗式秤也有多种规格。对于粉煤灰等粉状物料的配料可用双悬臂绞刀秤，在高温条件下使用还可采用钢板秤或者圆盘秤结构。其中，绞刀秤不适合间断给料运行方式，而只能采用连续调节控制。

三、系统配置及主要性能
　　多功能微机配料系统包括双悬臂全弹性支承电子秤，工业控制机、专用接口控制电路和净化电源等四大部分组成。系统应用软件功能齐全，汉字显示，图形清晰，操作简单。

　　工业控制机、彩色显示器、电路部分和净化电源安装在一个标准机柜内，机柜分为8路、12路、16路三种规格。在不使用DA调节功能时最多可配置16台TDC(PCS)双悬臂皮带秤。也可用一台微机控制两台磨机生产，开启和停止均为独立控制，互不影响。在一机两磨时，每台磨最多可配用8台秤。

　　当用户选用连续给料方式运行时，需要启用系统的DA调节功能。若使用调速秤，每台秤需要使用两个A/D输入端口采样，一台秤实际要占用两个通道，因此最多可全部使用8台DA调节的调速秤。
系统进入运行状态后，对不同类型的秤执行两个不同的控制过程：
1. 对带有电振给料机的双悬臂皮带秤，采取连续运行、间断给料的方式运行，由微机检测秤的负载，通过开关量输出控制电振机的通断，控制给料。
2. 对其它类型的调速皮带秤或绞刀秤，则是利用微机同时检测秤体负载和秤的运行速度，通过模拟量输出信号控制给料量大小或秤台输送机构的转速，进行连续PID自动调节。

尽管以上两种方式的控制过程完全不同，但参与配比的各种物料秤均能联动工作，以保证配比稳定。对操作者而言，只需使用前在秤群定义中加以简单设定而已。

系统主要性能如下：
1. 计量精度与秤面上物料分布状态无关，无四角误差。也即计量精度与给料均匀与否无关，与皮带或绞刀的运转速度稳定与否无关，因而不要求物料具有线性的输送特性。

2. 在间断给料的皮带秤或斗式秤控制中，采取延时称重方式，保证计量准确，避免应物料冲击和滞后造成的误差，动态精度优于其它类型的皮带秤。根据使用实践，一般只需要用标准砝码进行静态标定后，就可投入正常运行。不强调必须通过实物动态标定，就能确保计量精度，大大方便了操作。

3. 采用随动跟踪技术，保证配比连续稳定。
无论在何控制方式下运行，在设定控制目标值与实际给料量之间，不可避免地总会存在一定误差。误差的积累势必会影响物料配比的连续稳定性。为消除这一误差的影响，本系统采用随动跟踪技术将上一秤（周期）的误差累计到下一秤（周期）的随动目标值中进行逐秤补偿，使误差对设定配比的影响减至最小。

4. 随着系统运行的时间加长，秤体、传感器、放大电路等设备，器件会发生时间漂移和温度漂移，造成计量不准。本系统采用定时中断方式，实现自动检零和扣除秤底，始终保证计量的准确性。
5. 系统在生产工艺过程中出现故障后即时发出报警，并判断故障原因以及故障发生部位。如断料、堵料、空仓、过载、堵转等。系统发出报警后处于待命状态，配料过程暂停，完全避免了某种物料出现断料的可能。

四、功能丰富的控制软件
　　多功能微机配料系统的软件功能丰富，可以满足用户多方面的要求。系统具有完善的运行、报警记录，各项数据均能在线查询和打印，并且扩充了通道切换、班次自动转换等辅助功能。
1. 完善的数据库和报表功能。
本系统具有较完整的数据记录、统计报表功能，满足企业生产管理需要。各类报表包括：
班运行报表：包括每班开始、结束运行的时间，按配方设定控制目标值，各台秤的运行数据，配料产量和磨机平均台时产量等。

日报表和月报表：内容同上，还可分班次进行统计。

累计统计报表：指定起讫日期、时间内的单秤和累计产量，按物料的分类统计和配比。

报警记录报表：包括报警分类统计、报警次数和报警等待时间，即微机发出报警至操作者作出键盘响应的累计时间。

2. 修改配方、查询和打印报表均能在线进行。
　　操作者可在线对正在使用的配方进行修改或重新输入，经确认后系统即按新配方运行。
上述各类报表均可实现在线查询和打印，不必退出控制运行过程。在线查询中还包括各秤的动态补偿系数等项内容，便于操作者掌握系统运行情况。

3. 多样化的数学计算方法。
　　本系统程序经过改进，提供三种不同的AD采样电压与重量之间的数学计算方法，可供用户选择。
“线性回归”能较好地克服电子皮带秤在标定过程中因外部因素，例如振动引起的随机误差，使整定结果有更好的适应性。“曲线拟合”对校正传感器的非线性特别有效，可根据不同情况比较选用。以上均适用于各类皮带秤。
　　对于连续PID调节方式的控制通道，系统还允许将其设定为用“吸收值法”计算输送机负载，该通道就可以配用核子秤计量。本系统多功能的特点在此得到最充分的体现，以满足用户的特殊需要。
改变计算方法后可直接运行，不必重新标定。

4. 高性能的实时补偿功能。
　　其一，本系统软件设计中对于间断给料运行方式的皮带秤，控制运行过程的每一个周期设计为12秒，理论值每小时运行300秤，人工输入重量或用百分比设定产量时均按此计算。由于运行过程中包含自动检零，特别是在配用微机速度较慢时，周期可能延长，或因报警而使系统处于等待状态，都会造成运行秤数不足，实际配料量将低于目标值。

　　我们引人“产量修正系数”的概念，可对此进行自动补偿。在运行中磨机的实际台时产量与设定值相比，一般偏差均能控制在小于0.5%的范围内。
　　其二，在给料过程中，电子秤不可避免会受到物料冲击的影响，这种冲击量的大小与物料粒度、粘滞性和料仓压力有关，都是随机变化的。对此，我们采用了自适应调节技术，使系统的控制性能得到进一步提高。

5. 灵活的通道切换功能。
　　当正在使用的某一个A/D、D/A模拟量通道，D/O开关量输出通道出现故障时，用户可随时调用“秤群定义”子菜单操作功能，简单地把故障通道修改为备用通道号，并将其硬件连接线切换到相应的端子上，系统就能即刻恢复继续运行。该功能在电振触发板，或微机I/O板卡个别通道出现问题时，处理故障特别方便而快捷。

6. 实用的班次自动转换功能。
　　用户可根据本厂作息制度设定交接班时间，三班制、四班制或四班三运转等具体交接方式。系统在运行中能按照设定的排班表自动转换班次，即使在两次运行中存在停磨的间隔时间也无妨。有了这个功能，日报表和月报表中的分班次统计就能轻而易举地实现，并且准确无误不受人为操作的影响。

五、系统的通讯联网功能
　　随着自动化技术在水泥行业中的不断普及，有不少工厂已经在生产过程中采用了PLC控制系统。多功能配料控制系统可作为它们的子系统，通过通讯接口使之与全厂控制系统联网。这样就可以充分利用原有配料系统的成熟技术，避免不必要的二次开发。针对中小水泥企业的特点，综合考虑系统的实用性和可靠性，我们选择确定如下方案：
　　本配料系统的运行具有集中和分散两种操作方式：在集中方式下，配比设定、物料瞬时量和累计量显示，包括来自配料系统的报警和报警应答都能在主控室的监控机上实现；而对不经常使用的秤体标定、系统检测等功能则仍在配料机上进行。在分散方式下，配料微机的主要运行参数都能在系统主机上进行监视和记录。这样涉及系统和软件的修改工作量最小，完全能满足使用要求。

　　利用PLC作为通讯控制中心，主控机与配料系统微机通过PLC进行实时的双向数据传输。既充分利用了PLC通讯接口的高可靠性能，又能避免上位机组态软件对系统动态数据交换DDE之间接口的限制，简单而实用。
在通讯连接上采用了自行研制的完全电隔离的RS-422长线驱动接口，使两机之间的接地很容易处理，并能实现带电插拔，在线更换。

　　在软件上增加数据校验，加强对通讯出错诊断，保证传输信息正确无误。同时，在通讯一旦出错时，配料微机仍能按原指令继续运行。在系统集中控制状态下，还设置了实时时钟校对功能，以保持双机时钟同步。