裝卸料倉自動計量裝置的研製應用

【摘 要】鋼廠煉鐵高爐生產(chan) ，每天都需投入大量的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲(chu) 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係統進行改造。係統在解決(jue) 控製礦石計量、輸送的同時，上位機軟件係統和公司的管理係統聯網，實時更新網絡數據庫，方便管理人員工作，節省人力物力，實現無紙化辦公管理。
【關(guan) 鍵詞】稱重計量係統；PLC技術；礦石料倉(cang) ；自動；計量裝置
前 言
鋼廠煉鐵高爐生產(chan) ，每天都需投入大量的礦石物料等，礦石物料的裝卸、儲(chu) 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(chan) 、輸送、計量的現場條件，采用PLC技術設計改造了水渣料鬥稱重計量控製係統的基礎上，又對礦石稱重計量係統進行了改造。該稱重控製係統由料倉(cang) （料鬥）、皮帶機係統、放料閘門、稱重係統、抓鬥機械及輸送控製係統構成礦石稱重計量輸送係統，完成礦石物料輸送、計量、裝、卸船工作。係統在解決(jue) 控製礦石計量、輸送的同時，上位機軟件係統和公司的財務係統聯網，實時更新網絡數據庫，方便財務人員工作，並節省人力物力，實現無紙化辦公管理。
一、應用現場概況
常州中發煉鐵有限公司紅星河東(dong) 料場，位於(yu) 穿廠而的過京杭大運河旁，碼頭船運物資通過抓鬥從(cong) 船上抓卸到料倉(cang) ，料倉(cang) 下設有運輸皮帶機，皮帶將貨物運送到堆料現場。現場原有工作設施布局如圖1所示。
1、河邊碼頭料倉(cang) （料鬥 ） 2、主料倉(cang) （料鬥）現場
3、料倉(cang) 下料振動篩 4、料倉(cang) 下的輸送皮帶
圖1 現場單台料倉(cang) （料鬥）原有設施布局
二、裝卸料倉(cang) 自動計量係統的組成與(yu) 工作原理
1、係統組成
碼頭料倉(cang) 自動計量係統由6個(ge) 料倉(cang) 組成，全部料倉(cang) 計量共享一套控製係統，數據集中到主控室處理。單台料倉(cang) 計量係統組成如圖2所示。
圖2 料倉(cang) 稱重係統結構示意圖
係統分成稱重現場設備和主控室設備兩(liang) 類。其中稱重現場由料倉(cang) 秤台、稱重裝置、自動閥門、操作箱等設備組成；由PLC控製器、工控計算機和稱重控製儀(yi) 表組成主控室的控製台。
PLC是一種數字運算操作的電子係統，專(zhuan) 為(wei) 在工業(ye) 環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nei) 部存貯執行邏輯運算、順序控製、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字的、模擬的輸入和輸出，控製各種類型的機械或生產(chan) 過程。
PLC的基本組成：PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲(chu) 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(nei) 部各組成單元之間通過電源總線、控製總線、地址總線和數據總線連接，外部則根據實際控製對象配置相應設備與(yu) 控製裝置構成PLC控製係統。
2、係統工作原理與(yu) 工作流程
裝卸料倉(cang) 自動計量係統的工作流程如下：
首先，工作料倉(cang) 處於(yu) 等待狀態，此時放料閥關(guan) 閉，振動器停止，指示燈熄滅。軟件操作人員先在計算機界麵填寫(xie) 供貨單位、物料名稱、運輸船號等進料信息，並將控製係統置於(yu) 起始狀態，啟動控製係統。
抓鬥或吸盤抓取物料，於(yu) 料倉(cang) 正上方處下料。物料經過濾篩進入料倉(cang) ，等到物料*進入料倉(cang) 後，儀(yi) 表稱重值穩定，指示燈炫亮，通知抓鬥操作人員：料倉(cang) 稱重工作正在運行，停止加料操作。同時，稱重儀(yi) 表將料倉(cang) 中物料的質量稱重檢測，並累計到物料總量中。
當上述稱重過程完成以後，控製係統開啟放料閥門至一檔，物料經過放料閥門落到運料皮帶，並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(cang) 內(nei) 物料*瀉下。
*放料後，閥門關(guan) 閉，振動器停止，指示等熄滅，料倉(cang) 返回等待狀態，此時係統又允許抓鬥操作人員放料到料倉(cang) 。
在整個(ge) 過程中，計算機軟件全程監控各個(ge) 料倉(cang) 的當前稱量值和累計量。等到整批貨物運輸完畢，計算機統計本次進貨情況，寫(xie) 入數據庫，並打印碼單。軟件還可以形成統計報表，便於(yu) 結算和財務統計。
現場設有手動操作控製箱，具備本地和遠程控製功能。本地控製時能夠實現*獨
立於(yu) PLC的料倉(cang) 進料、放料要求，同時儀(yi) 表能夠實現瞬時和累計計量。如果PLC故障狀態時，不影響上位機的正常功能，即儀(yi) 表計量時仍然能夠進行正常的數據采集和打印。
三、稱重係統結構與(yu) 技術指標
1、料鬥式稱重機構立體(ti) 三維造型
如圖3所示。
圖3 料鬥式秤台機構立體(ti) 造型圖
秤台由錐形料倉(cang) 、過濾篩、料倉(cang) 支撐架、稱重傳(chuan) 感器、振動器、電液壓推杆、位移傳(chuan) 感器、控製閥門等構成。
2、裝卸料倉(cang) 自動計量裝置結構設計
結構設計正視示意圖如圖4。
圖4 裝卸料倉(cang) 自動計量裝置結構設計圖
裝卸料倉(cang) 自動計量裝置，包括料倉(cang) 1、設置在料倉(cang) 1頂部的導料架2和用於(yu) 支撐料
倉(cang) 1的支撐架3，支撐架3上製有承重梁33，料倉(cang) 1頂部外側(ce) 製有至少四個(ge) 耳座13b，每個(ge) 耳座13b和承重梁33之間設置有稱重傳(chuan) 感器13，導料架2內(nei) 壁固定設置有過濾篩21，在料倉(cang) 1底部設置有放料閥門11，料倉(cang) 1外壁兩(liang) 側(ce) 固定安裝有用於(yu) 控製放料閥門11的外置式電液推杆12。
料倉(cang) 1為(wei) 倒錐形，料倉(cang) 1兩(liang) 側(ce) 分別製有一個(ge) 位於(yu) 承重梁33上方的三向限位器15。
放料閥門11包括兩(liang) 個(ge) 相配合的擺動封料架17，每個(ge) 擺動封料架17與(yu) 一個(ge) 外置式電液推杆12相連接，每個(ge) 擺動封料架12外側(ce) 固定安裝有三相振動電機16，放料閥門11兩(liang) 端製有行程開關(guan) 14。稱重傳(chuan) 感器13與(yu) 稱重控製儀(yi) 表相連接，外置式電液推杆12和三相振動電機16與(yu) 控製係統相連接，稱重控製儀(yi) 表和控製係統與(yu) 計算機工作站相連接。放料閥門11下方設置有運料皮帶。改造後的計量料倉(cang) 現場工作狀態如圖5所示。
圖5 料倉(cang) 計量現場工作狀態
3、結構設計特點
（1）采用八麵頂杆限位；
（2）傳(chuan) 感器采用柱式稱重傳(chuan) 感器；
（3）緩衝(chong) 裝置采用特製金屬橡膠壓鑄而成，具有較好的緩衝(chong) 效果；
（4）設有防翹限位裝置和高質量限位開關(guan) ；
（5）防滯料襯板采用含油稀土尼龍（厚度不小於(yu) 20mm）；
（6）具有150%的過載能力。
（7）鬥支撐架外側(ce) 固定安裝有檢修欄和連接的樓梯，便於(yu) 檢修維護；
（8）料倉(cang) 外側(ce) 對稱安裝有兩(liang) 個(ge) 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場標定；
（9）在料倉(cang) 與(yu) 承重支撐梁之間設計安裝龍門架和標準傳(chuan) 感器構成現場檢測裝置，能讓工程人員對係統進行隨機測試與(yu) 調試，保證係統隨時處於(yu) *準確度。
4、主要技術指標
（1）料鬥容積 ≥5m3
（2）zui大稱量 10t
（3）工作電壓 220VAC
（4）計量方式 靜態計量
（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、控製係統結構和運行可實現的功能
1、控製係統結構
控製係統由西門子 S7-200係列PLC控製模塊，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(wei) 控製係統的主控櫃。
圖6 主控櫃及觸摸屏控製屏
數據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，包括現場設備的運行狀態、稱重數據、數據的處理和歸檔等功能。用戶可以通過網絡數據庫獲得收貨單信息，也可以手動輸入物料名稱、供貨
單位、船號稱號等信息，建立物料管理數據庫。進料完成後，軟件保存該次的進貨數據，並將數據傳(chuan) 入中心數據庫。軟件支持查看和打印中鋼*格式的碼單，同時統計和打印發貨的總體(ti) 信息。與(yu) PLC的通訊基於(yu) 標準OPC協議，功能全麵，數據可靠，用戶可以通過軟件上的按鈕實現對現場設備的操控。軟件的界麵可以根據現場控製需要定製。各料倉(cang) 稱量控製軟件顯示如圖7。
圖7 各料倉(cang) 量顯示控製軟件
2、運行實現功能
（1）兩(liang) 種模式：自動模式和手動模式。自動模式無需人為(wei) 幹涉，協同控製現場各個(ge) 設備自動操作，記錄采集水渣料運輸、稱重等數據；手動模式用於(yu) 檢修和調試。
（2）查詢設備狀態：觸摸屏上實時顯示當前各設備的運行狀態，如倉(cang) 門的打開或閉合，皮帶的轉動等。
（3）報警功能：係統在運行過程中實時監控各現場設備，若出現異常，在觸摸屏
上發出報警信息，提醒操作員采取相應的措施。
（4）聯網功能：上位機軟件和公司的財務係統聯網，實時更新網絡數據庫，方便財務人員工作，並節省人力物力，實現無紙化辦公。
（5）報表打印功能：在收發貨完成後，打印該船隻的相關(guan) 記錄，如買(mai) 方單位，船隻名稱，貨物名稱，發貨日期，發貨數量，單價(jia) 金額等。
（6）數據庫：上位機軟件建有網絡數據庫，方便記錄和查詢貨物信息。同時能按需要建立報表，方便統計查看。
五、結束語
應用PLC技術改造的裝卸料倉(cang) 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(chan) 使用，係統運行穩定可靠，安全省力，保證了礦石物料的裝卸生產(chan) 的輸送、計量的正常秩序，取得了良好的使用效果，也是PLC技術應用於(yu) 稱重計量控製的成功探索。本裝卸料倉(cang) 自動計量裝置可適用於(yu) 碼頭、水泥、礦山、糧食、煤礦等料鬥裝卸的計量控製，具有一定的推廣價(jia) 值。
同時，裝卸料倉(cang) 自動計量裝置已申報了國家，受理號：201020667526.2。