裝卸料倉自動計量裝置的研制應用

【摘 要】鋼廠煉鐵高爐生產(chǎn)，每天都需投入大量的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲藏、運輸、過程中存在著計量困難，管理困難等問題。采用PLC技術對礦石稱重計量系統(tǒng)進行改造。系統(tǒng)在解決控制礦石計量、輸送的同時，上位機軟件系統(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。
【關鍵詞】稱重計量系統(tǒng)；PLC技術；礦石料倉；自動；計量裝置
前 言
鋼廠煉鐵高爐生產(chǎn)，每天都需投入大量的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲藏、運輸、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礦石裝卸生產(chǎn)、輸送、計量的現(xiàn)場條件，采用PLC技術設計改造了水渣料斗稱重計量控制系統(tǒng)的基礎上，又對礦石稱重計量系統(tǒng)進行了改造。該稱重控制系統(tǒng)由料倉（料斗）、皮帶機系統(tǒng)、放料閘門、稱重系統(tǒng)、抓斗機械及輸送控制系統(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，上位機軟件系統(tǒng)和公司的財務系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時更新網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，方便財務人員工作，并節(jié)省人力物力，實現(xiàn)無紙化辦公管理。
一、應用現(xiàn)場概況
常州中發(fā)煉鐵有限公司紅星河東料場，位于穿廠而的過京杭大運河旁，碼頭船運物資通過抓斗從船上抓卸到料倉，料倉下設有運輸皮帶機，皮帶將貨物運送到堆料現(xiàn)場?，F(xiàn)場原有工作設施布局如圖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)場設備和主控室設備兩類。其中稱重現(xiàn)場由料倉秤臺、稱重裝置、自動閥門、操作箱等設備組成；由PLC控制器、工控計算機和稱重控制儀表組成主控室的控制臺。
PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，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、外部設備接口、擴展接口等）、外部設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設備與控制裝置構(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)，此時放料閥關閉，振動器停止，指示燈熄滅。軟件操作人員先在計算機界面填寫供貨單位、物料名稱、運輸船號等進料信息，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)過濾篩進入料倉，等到物料*進入料倉后，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)過放料閥門落到運料皮帶，并由運料皮帶將物料運走。當物料接近放完時，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，計算機軟件全程監(jiān)控各個料倉的當前稱量值和累計量。等到整批貨物運輸完畢，計算機統(tǒng)計本次進貨情況，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)算和財務統(tǒng)計。
現(xiàn)場設有手動操作控制箱，具備本地和遠程控制功能。本地控制時能夠?qū)崿F(xiàn)*獨
立于PLC的料倉進料、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，不影響上位機的正常功能，即儀表計量時仍然能夠進行正常的數(shù)據(jù)采集和打印。
三、稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術指標
1、料斗式稱重機構(gòu)立體三維造型
如圖3所示。
圖3 料斗式秤臺機構(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)設計
結(jié)構(gòu)設計正視示意圖如圖4。
圖4 裝卸料倉自動計量裝置結(jié)構(gòu)設計圖
裝卸料倉自動計量裝置，包括料倉1、設置在料倉1頂部的導料架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之間設置有稱重傳感器13，導料架2內(nèi)壁固定設置有過濾篩21，在料倉1底部設置有放料閥門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16，放料閥門11兩端制有行程開關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)與計算機工作站相連接。放料閥門11下方設置有運料皮帶。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）設有防翹限位裝置和高質(zhì)量限位開關；
（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；
（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，以適應對電子稱重裝置使用標準砝碼進行現(xiàn)場標定；
（9）在料倉與承重支撐梁之間設計安裝龍門架和標準傳感器構(gòu)成現(xiàn)場檢測裝置，能讓工程人員對系統(tǒng)進行隨機測試與調(diào)試，保證系統(tǒng)隨時處于*準確度。
4、主要技術指標
（1）料斗容積 ≥5m3
（2）zui大稱量 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）綜合準確度 Ⅲ級
（7）超載能力 150%
四、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行可實現(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)管理計算機采用研華工控機，計算機軟件集成多種信息類型，包括現(xiàn)場設備的運行狀態(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。進料完成后，軟件保存該次的進貨數(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的通訊基于標準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)場各個設備自動操作，記錄采集水渣料運輸、稱重等數(shù)據(jù)；手動模式用于檢修和調(diào)試。
（2）查詢設備狀態(tài)：觸摸屏上實時顯示當前各設備的運行狀態(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)在運行過程中實時監(jiān)控各現(xiàn)場設備，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的措施。
（4）聯(lián)網(wǎng)功能：上位機軟件和公司的財務系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時更新網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，方便財務人員工作，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：上位機軟件建有網(wǎng)絡數(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
應用PLC技術改造的裝卸料倉自動計量裝置已在常州中天鋼鐵集團有限公司的船運物料裝卸中投產(chǎn)使用，系統(tǒng)運行穩(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技術應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。