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，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進行改造。系統在解決控制礦石計量、輸送的同時，上位機軟件系統和公司的管理系統聯網，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。
【關鍵詞】稱重計量系統；PLC技術；礦石料倉；自動；計量裝置
前 言
鋼廠煉鐵高爐生產，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、輸送、計量的現場條件，采用PLC技術設計改造了水渣料斗稱重計量控制系統的基礎上，又對礦石稱重計量系統進行了改造。該稱重控制系統由料倉（料斗）、皮帶機系統、放料閘門、稱重系統、抓斗機械及輸送控制系統構成礦石稱重計量輸送系統，完成礦石物料輸送、計量、裝、卸船工作。系統在解決控制礦石計量、輸送的同時，上位機軟件系統和公司的財務系統聯網，實時更新網絡數據庫，方便財務人員工作，并節省人力物力，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場。現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）現場
3、料倉下料振動篩 4、料倉下的輸送皮帶
圖1 現場單臺料倉（料斗）原有設施布局
二、裝卸料倉自動計量系統的組成與工作原理
1、系統組成
碼頭料倉自動計量系統由6個料倉組成，全部料倉計量共享一套控制系統，數據集中到主控室處理。單臺料倉計量系統組成如圖2所示。
圖2 料倉稱重系統結構示意圖
系統分成稱重現場設備和主控室設備兩類。其中稱重現場由料倉秤臺、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是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。
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內部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數據總線連接，外部則根據實際控制對象配置相應設備與控制裝置構成PLC控制系統。
2、系統工作原理與工作流程
裝卸料倉自動計量系統的工作流程如下：
首先，工作料倉處于等待狀態，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，并將控制系統置于起始狀態，啟動控制系統。
抓斗或吸盤抓取物料，于料倉正上方處下料。物料經過濾篩進入料倉，等到物料*進入料倉后，儀表稱重值穩定，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，控制系統開啟放料閥門至一檔，物料經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，此時系統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，計算機統計本次進貨情況，寫入數據庫，并打印碼單。軟件還可以形成統計報表，便于結算和財務統計。
現場設有手動操作控制箱，具備本地和遠程控制功能。本地控制時能夠實現*獨
立于PLC的料倉進料、放料要求，同時儀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，即儀表計量時仍然能夠進行正常的數據采集和打印。
三、稱重系統結構與技術指標
1、料斗式稱重機構立體三維造型
如圖3所示。
圖3 料斗式秤臺機構立體造型圖
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、控制閥門等構成。
2、裝卸料倉自動計量裝置結構設計
結構設計正視示意圖如圖4。
圖4 裝卸料倉自動計量裝置結構設計圖
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與控制系統相連接，稱重控制儀表和控制系統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場工作狀態如圖5所示。
圖5 料倉計量現場工作狀態
3、結構設計特點
（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成現場檢測裝置，能讓工程人員對系統進行隨機測試與調試，保證系統隨時處于*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、控制系統結構和運行可實現的功能
1、控制系統結構
控制系統由西門子 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為控制系統的主控柜。
圖6 主控柜及觸摸屏控制屏
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。進料完成后，軟件保存該次的進貨數據，并將數據傳入中心數據庫。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信息。與PLC的通訊基于標準OPC協議，功能全面，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。軟件的界面可以根據現場控制需要定制。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，協同控制現場各個設備自動操作，記錄采集水渣料運輸、稱重等數據；手動模式用于檢修和調試。
（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，如倉門的打開或閉合，皮帶的轉動等。
（3）報警功能：系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系統聯網，實時更新網絡數據庫，方便財務人員工作，并節省人力物力，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，發貨日期，發貨數量，單價金額等。
（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使用，系統運行穩定可靠，安全省力，保證了礦石物料的裝卸生產的輸送、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。