裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置的研制應(yīng)用

【摘 要】鋼廠煉鐵高爐生產(chǎn)，每天都需投入大量的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、過(guò)程中存在著計(jì)量困難，管理困難等問(wèn)題。采用PLC技術(shù)對(duì)礦石稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行改造。系統(tǒng)在解決控制礦石計(jì)量、輸送的同時(shí)，上位機(jī)軟件系統(tǒng)和公司的管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便管理人員工作，節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公管理。
【關(guān)鍵詞】稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)；PLC技術(shù)；礦石料倉(cāng)；自動(dòng)；計(jì)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(chǔ)藏、運(yùn)輸、過(guò)程中存在著計(jì)量困難，管理困難等問(wèn)題。針對(duì)常州中天鋼鐵公司船運(yùn)礦石裝卸生產(chǎn)、輸送、計(jì)量的現(xiàn)場(chǎng)條件，采用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)改造了水渣料斗稱(chēng)重計(jì)量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又對(duì)礦石稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。該稱(chēng)重控制系統(tǒng)由料倉(cāng)（料斗）、皮帶機(jī)系統(tǒng)、放料閘門(mén)、稱(chēng)重系統(tǒng)、抓斗機(jī)械及輸送控制系統(tǒng)構(gòu)成礦石稱(chēng)重計(jì)量輸送系統(tǒng)，完成礦石物料輸送、計(jì)量、裝、卸船工作。系統(tǒng)在解決控制礦石計(jì)量、輸送的同時(shí)，上位機(jī)軟件系統(tǒng)和公司的財(cái)務(wù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便財(cái)務(wù)人員工作，并節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公管理。
一、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)概況
常州中發(fā)煉鐵有限公司紅星河?xùn)|料場(chǎng)，位于穿廠而的過(guò)京杭大運(yùn)河旁，碼頭船運(yùn)物資通過(guò)抓斗從船上抓卸到料倉(cāng)，料倉(cāng)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(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)原有工作設(shè)施布局如圖1所示。
1、河邊碼頭料倉(cāng)（料斗 ） 2、主料倉(cāng)（料斗）現(xiàn)場(chǎng)
3、料倉(cāng)下料振動(dòng)篩 4、料倉(cāng)下的輸送皮帶
圖1 現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)料倉(cāng)（料斗）原有設(shè)施布局
二、裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的組成與工作原理
1、系統(tǒng)組成
碼頭料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)由6個(gè)料倉(cāng)組成，全部料倉(cāng)計(jì)量共享一套控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)集中到主控室處理。單臺(tái)料倉(cāng)計(jì)量系統(tǒng)組成如圖2所示。
圖2 料倉(cāng)稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
系統(tǒng)分成稱(chēng)重現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和主控室設(shè)備兩類(lèi)。其中稱(chēng)重現(xiàn)場(chǎng)由料倉(cāng)秤臺(tái)、稱(chēng)重裝置、自動(dòng)閥門(mén)、操作箱等設(shè)備組成；由PLC控制器、工控計(jì)算機(jī)和稱(chēng)重控制儀表組成主控室的控制臺(tái)。
PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。
PLC的基本組成：PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)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(guò)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(shí)際控制對(duì)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(cāng)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的工作流程如下：
首先，工作料倉(cāng)處于等待狀態(tài)，此時(shí)放料閥關(guān)閉，振動(dòng)器停止，指示燈熄滅。軟件操作人員先在計(jì)算機(jī)界面填寫(xiě)供貨單位、物料名稱(chēng)、運(yùn)輸船號(hào)等進(jìn)料信息，并將控制系統(tǒng)置于起始狀態(tài)，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。
抓斗或吸盤(pán)抓取物料，于料倉(cāng)正上方處下料。物料經(jīng)過(guò)濾篩進(jìn)入料倉(cāng)，等到物料*進(jìn)入料倉(cāng)后，儀表稱(chēng)重值穩(wěn)定，指示燈炫亮，通知抓斗操作人員：料倉(cāng)稱(chēng)重工作正在運(yùn)行，停止加料操作。同時(shí)，稱(chēng)重儀表將料倉(cāng)中物料的質(zhì)量稱(chēng)重檢測(cè)，并累計(jì)到物料總量中。
當(dāng)上述稱(chēng)重過(guò)程完成以后，控制系統(tǒng)開(kāi)啟放料閥門(mén)至一檔，物料經(jīng)過(guò)放料閥門(mén)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(shí)，放料閥門(mén)*打開(kāi)，振動(dòng)器啟動(dòng)，保障料倉(cāng)內(nèi)物料*瀉下。
*放料后，閥門(mén)關(guān)閉，振動(dòng)器停止，指示等熄滅，料倉(cāng)返回等待狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)又允許抓斗操作人員放料到料倉(cāng)。
在整個(gè)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)軟件全程監(jiān)控各個(gè)料倉(cāng)的當(dāng)前稱(chēng)量值和累計(jì)量。等到整批貨物運(yùn)輸完畢，計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)本次進(jìn)貨情況，寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并打印碼單。軟件還可以形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，便于結(jié)算和財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有手動(dòng)操作控制箱，具備本地和遠(yuǎn)程控制功能。本地控制時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)*獨(dú)
立于PLC的料倉(cāng)進(jìn)料、放料要求，同時(shí)儀表能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)和累計(jì)計(jì)量。如果PLC故障狀態(tài)時(shí)，不影響上位機(jī)的正常功能，即儀表計(jì)量時(shí)仍然能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集和打印。
三、稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)
1、料斗式稱(chēng)重機(jī)構(gòu)立體三維造型
如圖3所示。
圖3 料斗式秤臺(tái)機(jī)構(gòu)立體造型圖
秤臺(tái)由錐形料倉(cāng)、過(guò)濾篩、料倉(cāng)支撐架、稱(chēng)重傳感器、振動(dòng)器、電液壓推桿、位移傳感器、控制閥門(mén)等構(gòu)成。
2、裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正視示意圖如圖4。
圖4 裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置，包括料倉(cāng)1、設(shè)置在料倉(cāng)1頂部的導(dǎo)料架2和用于支撐料
倉(cāng)1的支撐架3，支撐架3上制有承重梁33，料倉(cāng)1頂部外側(cè)制有至少四個(gè)耳座13b，每個(gè)耳座13b和承重梁33之間設(shè)置有稱(chēng)重傳感器13，導(dǎo)料架2內(nèi)壁固定設(shè)置有過(guò)濾篩21，在料倉(cāng)1底部設(shè)置有放料閥門(mén)11，料倉(cāng)1外壁兩側(cè)固定安裝有用于控制放料閥門(mén)11的外置式電液推桿12。
料倉(cāng)1為倒錐形，料倉(cāng)1兩側(cè)分別制有一個(gè)位于承重梁33上方的三向限位器15。
放料閥門(mén)11包括兩個(gè)相配合的擺動(dòng)封料架17，每個(gè)擺動(dòng)封料架17與一個(gè)外置式電液推桿12相連接，每個(gè)擺動(dòng)封料架12外側(cè)固定安裝有三相振動(dòng)電機(jī)16，放料閥門(mén)11兩端制有行程開(kāi)關(guān)14。稱(chēng)重傳感器13與稱(chēng)重控制儀表相連接，外置式電液推桿12和三相振動(dòng)電機(jī)16與控制系統(tǒng)相連接，稱(chēng)重控制儀表和控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)工作站相連接。放料閥門(mén)11下方設(shè)置有運(yùn)料皮帶。改造后的計(jì)量料倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)如圖5所示。
圖5 料倉(cāng)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）采用八面頂桿限位；
（2）傳感器采用柱式稱(chēng)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(kāi)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(guò)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(cāng)外側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝有兩個(gè)掛鉤葫蘆，掛鉤葫蘆連接有鏈條和測(cè)重砝碼，以適應(yīng)對(duì)電子稱(chēng)重裝置使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定；
（9）在料倉(cāng)與承重支撐梁之間設(shè)計(jì)安裝龍門(mén)架和標(biāo)準(zhǔn)傳感器構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，能讓工程人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)測(cè)試與調(diào)試，保證系統(tǒng)隨時(shí)處于*準(zhǔn)確度。
4、主要技術(shù)指標(biāo)
（1）料斗容積 ≥5m3
（2）zui大稱(chēng)量 10t
（3）工作電壓 220VAC
（4）計(jì)量方式 靜態(tài)計(jì)量
（5）檢定和顯示分度值 2kg
（6）綜合準(zhǔn)確度 Ⅲ級(jí)
（7）超載能力 150%
四、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)的功能
1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)由西門(mén)子 S7-200系列PLC控制模塊，7寸、256色觸摸屏，西門(mén)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(jì)算機(jī)采用研華工控機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件集成多種信息類(lèi)型，包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的處理和歸檔等功能。用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得收貨單信息，也可以手動(dòng)輸入物料名稱(chēng)、供貨
單位、船號(hào)稱(chēng)號(hào)等信息，建立物料管理數(shù)據(jù)庫(kù)。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(kù)。軟件支持查看和打印中鋼*格式的碼單，同時(shí)統(tǒng)計(jì)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(guò)軟件上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操控。軟件的界面可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制需要定制。各料倉(cāng)稱(chēng)量控制軟件顯示如圖7。
圖7 各料倉(cāng)量顯示控制軟件
2、運(yùn)行實(shí)現(xiàn)功能
（1）兩種模式：自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。自動(dòng)模式無(wú)需人為干涉，協(xié)同控制現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備自動(dòng)操作，記錄采集水渣料運(yùn)輸、稱(chēng)重等數(shù)據(jù)；手動(dòng)模式用于檢修和調(diào)試。
（2）查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)：觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如倉(cāng)門(mén)的打開(kāi)或閉合，皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)等。
（3）報(bào)警功能：系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，若出現(xiàn)異常，在觸摸屏
上發(fā)出報(bào)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(cái)務(wù)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便財(cái)務(wù)人員工作，并節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公。
（5）報(bào)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(mǎi)方單位，船只名稱(chēng)，貨物名稱(chēng)，發(fā)貨日期，發(fā)貨數(shù)量，單價(jià)金額等。
（6）數(shù)據(jù)庫(kù)：上位機(jī)軟件建有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便記錄和查詢貨物信息。同時(shí)能按需要建立報(bào)表，方便統(tǒng)計(jì)查看。
五、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)用PLC技術(shù)改造的裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)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(jì)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(chēng)重計(jì)量控制的成功探索。本裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置可適用于碼頭、水泥、礦山、糧食、煤礦等料斗裝卸的計(jì)量控制，具有一定的推廣價(jià)值。
同時(shí)，裝卸料倉(cāng)自動(dòng)計(jì)量裝置已申報(bào)了國(guó)家，受理號(hào)：201020667526.2。