用PLC控制變頻調(diào)速技術(shù)改造傳統(tǒng)配料稱
一、概述
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，配料皮帶稱已廣泛地應(yīng)用在冶金、建材、電力、化工、食品等行業(yè)中。我國(guó)現(xiàn)在廣泛使用的配料皮帶稱控制部分還比較落后，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。 96年初我們通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，開始著手研制開發(fā)“HTP-O 2型P L C控制變頻器自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)”。
過(guò)去傳統(tǒng)配料皮帶稱多采用模擬電路控制滑差調(diào)速電機(jī)的方法進(jìn)行速度控制，由于滑差電機(jī)調(diào)速方式在低速時(shí)特性差、效率低；使用現(xiàn)場(chǎng)外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉塵很容易進(jìn)入滑差電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護(hù)麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)；另外由于采用模擬電路控制方式，控制不穩(wěn)定，精度低，調(diào)試煩瑣，使用極不方便。我們根據(jù)所掌握的資料，深入使用現(xiàn)場(chǎng)了解情況，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，采用可編程序控制器控制矢量型變頻器拖動(dòng)密封式鼠籠電機(jī)方案，以計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，以無(wú)級(jí)變速的矢量型變頻器控制封閉式鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)速方式取代老式的滑差式調(diào)速方式，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證與實(shí)驗(yàn)，終于開發(fā)成功了“ HTP－O 2型PLC控制變頻器自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)”。該項(xiàng)技術(shù)被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為《一九九八年國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目》。
二、設(shè)備的基本工作原理
我們知道，當(dāng)輸送機(jī)輸送物料時(shí)，測(cè)量皮帶稱上每單位長(zhǎng)度的載荷值
q（Kg/M）與皮帶在同一時(shí)刻的運(yùn)行速度V（M/S）相乘，所得結(jié)果即物料的瞬時(shí)流量 : q.v（ K g／S）．
因物料輸送的不均勻性和皮帶速度隨時(shí)間的變化，所以在T時(shí)間間隔的累積流量可以用以下積分式表示：
W= q（t）V（t） dt
式中：W－T時(shí)間間隔內(nèi)所輸送物料的累計(jì)量 （kg或T）；
T一物料通過(guò)稱的時(shí)間 （S或h）；
q（t）一皮帶單位長(zhǎng)度上的物料重量（kg／M 或 T／M ）；
V（t）一物料在皮帶上的運(yùn)行速度 （M／S）。
從式中可以看出，只要保證q（t）．V（t）的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定．即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運(yùn)行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定．HTP－02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)就是根據(jù)這個(gè)原理進(jìn)行工作的。
三、主要技術(shù)性能指標(biāo)
1．儀表計(jì)量精度：士0．1％
系統(tǒng)計(jì)量精度：土 0．5％
系統(tǒng)控制精度：土 1％
2．最大輸送量 1000 T／h
3．最大計(jì)數(shù)容量：999999
4．分辯率： 0.01Kg
5．顯示內(nèi)容
l）實(shí)時(shí)流量顯示 4）累積重量顯示
2）設(shè)定流量顯示 5）電機(jī)工作速度顯示
3）壓力變送器輸出值顯示 6）變頻器故障類型顯示
6. 超載、空載、上限、下限、變頻器故障聲光報(bào)警
7. 自動(dòng)／手動(dòng)控制選擇
8．標(biāo)定／運(yùn)行控制選擇
9. 背景、預(yù)壓扣除功能
10．給定流量任意設(shè)定功能
11．變頻器七大保護(hù)功能
1）過(guò)電流失速 5) 過(guò)電壓失速
2）過(guò)電流限幅 6）輸入欠壓
3）短路及接地障礙 7）瞬時(shí)停電
4）電子熱敏溫度保護(hù)
12．供電電源：AC220V士 10％， 5 O HZ土 2％
13．工作條件：儀表溫度 0－4 0 ℃ 相對(duì)濕度＜ 90％
振動(dòng) ＜ 0．5g
四、應(yīng)用范例及效果
1．廣州鋼鐵集團(tuán)有限公司燒結(jié)分廠
該廠配料生產(chǎn)線原有十三臺(tái)調(diào)速皮帶稱（采用順德倫教電器設(shè)備廠 TDG系列滑差電機(jī)調(diào)速電子皮帶稱）在使用過(guò)程中主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
1） 原系統(tǒng)使用滑差直流調(diào)速電機(jī)，由于工作現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，這些粉塵經(jīng)常進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)電機(jī)卡死、磨損等問(wèn)題，而且維修、維護(hù)麻煩，費(fèi)用高，影響正常生產(chǎn)；
2） 原設(shè)備電器控制部份采用分立元件以模擬電路原理工作，工作點(diǎn)易飄移，工作不穩(wěn)定，控制精度低，校稱維護(hù)煩瑣，影響產(chǎn)品質(zhì)量；
3） 使用滑差電機(jī)調(diào)速，動(dòng)態(tài)范圍小、低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)距小、速度不穩(wěn)定、效率低。
4） 原系統(tǒng)保護(hù)功能不完善，沒(méi)有聲光報(bào)警功能，以致經(jīng)常造成空斗、缺料、超負(fù)荷運(yùn)行，配料質(zhì)量極不穩(wěn)定，不僅易造成設(shè)備帶故障運(yùn)行，還嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。
針對(duì)上述問(wèn)題我們利用 HTP一02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造獲得成功．經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行結(jié)果表明：整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，功能完善，控制精度、工作穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)大幅提高，克服了原系統(tǒng)存在的所有問(wèn)題，還免除了過(guò)去校稱煩瑣的問(wèn)題，控制線性良好，操作使用方便，減少了故障率，另外由于采取了完善的聲光報(bào)警及保護(hù)措施，基本消除了缺料、空斗、超載運(yùn)行情況的出現(xiàn)，還避免了過(guò)去大塊物料割損皮帶和燒毀電機(jī)的現(xiàn)象出現(xiàn)，節(jié)電率達(dá) 50％，燒結(jié)礦堿穩(wěn)定度較過(guò)去提高了2．785個(gè)百分點(diǎn)。達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，為企業(yè)解決了一直困擾的技術(shù)難題．經(jīng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備投入使用后，從提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少物料損耗、減少設(shè)備故障率及維修費(fèi)用、節(jié)電 50％等數(shù)據(jù)綜合計(jì)算，年平均綜合效益在30一50萬(wàn)元，全部投資不用一年即可收回，取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益．
我們還將該廠13臺(tái)HTP-02型自動(dòng)定量給定控制儀通過(guò)RS-232接口與上位PC機(jī)連接，組成一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，使各臺(tái)控制儀的工作狀態(tài)及差數(shù)得到統(tǒng)一合理的控制，完成流量設(shè)定、自動(dòng)下達(dá)配比、故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)調(diào)整工作機(jī)臺(tái)、統(tǒng)計(jì)查詢配比記錄、原材料消耗量、打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，使企業(yè)自動(dòng)化管理水平得以提高。
2．韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)第一燒結(jié)廠
韶鋼集團(tuán)第一燒結(jié)廠配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)原采用湖南湘潭華光電子儀器廠 PCS型配料控制系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,易受現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)干擾影響，故障率高，調(diào)試校稱也很麻煩，無(wú)法解決由于機(jī)械特性不一致帶來(lái)的偏差，特別是在 9號(hào)稱上反映甚大。9 8年5月我們將一套HTP一02自動(dòng)定量給定控制儀安裝在該廠9號(hào)稱上，一次投運(yùn)獲得成功，解決了原系統(tǒng)難以克服的問(wèn)題，并且簡(jiǎn)化了校稱操作程序。自運(yùn)行至今，運(yùn)行穩(wěn)定正常，達(dá)到了生產(chǎn)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，滿足了生產(chǎn)的需要，受到廠技術(shù)部門及操作工人的一致肯定．目前我們已對(duì)該廠十臺(tái)皮帶稱用HTP一02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)進(jìn)行全面技術(shù)改造，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了良好的預(yù)期結(jié)果。
五、應(yīng)用范圍與應(yīng)用前景
自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)的需求 日益增大。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工、食品、飼料等各種行業(yè)中，在冶金行業(yè)可應(yīng)用于燒結(jié)工藝；在建材行業(yè)可應(yīng)用于對(duì)水泥生料的自動(dòng)配料；在電力行業(yè)，它可應(yīng)用于鍋爐的定量供煤；在化工、食品和飼料部門，多種原料的自動(dòng)配料也需要它。目前我國(guó)這些行業(yè)所使用的控制系統(tǒng)大都采用老式滑差調(diào)速、模擬電路控制方式，所以該系統(tǒng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，配料皮帶稱已廣泛地應(yīng)用在冶金、建材、電力、化工、食品等行業(yè)中。我國(guó)現(xiàn)在廣泛使用的配料皮帶稱控制部分還比較落后，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。 96年初我們通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，開始著手研制開發(fā)“HTP-O 2型P L C控制變頻器自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)”。
過(guò)去傳統(tǒng)配料皮帶稱多采用模擬電路控制滑差調(diào)速電機(jī)的方法進(jìn)行速度控制，由于滑差電機(jī)調(diào)速方式在低速時(shí)特性差、效率低；使用現(xiàn)場(chǎng)外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉塵很容易進(jìn)入滑差電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護(hù)麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)；另外由于采用模擬電路控制方式，控制不穩(wěn)定，精度低，調(diào)試煩瑣，使用極不方便。我們根據(jù)所掌握的資料，深入使用現(xiàn)場(chǎng)了解情況，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，采用可編程序控制器控制矢量型變頻器拖動(dòng)密封式鼠籠電機(jī)方案，以計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，以無(wú)級(jí)變速的矢量型變頻器控制封閉式鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)速方式取代老式的滑差式調(diào)速方式，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證與實(shí)驗(yàn)，終于開發(fā)成功了“ HTP－O 2型PLC控制變頻器自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)”。該項(xiàng)技術(shù)被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委列為《一九九八年國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目》。
二、設(shè)備的基本工作原理
我們知道，當(dāng)輸送機(jī)輸送物料時(shí)，測(cè)量皮帶稱上每單位長(zhǎng)度的載荷值
q（Kg/M）與皮帶在同一時(shí)刻的運(yùn)行速度V（M/S）相乘，所得結(jié)果即物料的瞬時(shí)流量 : q.v（ K g／S）．
因物料輸送的不均勻性和皮帶速度隨時(shí)間的變化，所以在T時(shí)間間隔的累積流量可以用以下積分式表示：
W= q（t）V（t） dt
式中：W－T時(shí)間間隔內(nèi)所輸送物料的累計(jì)量 （kg或T）；
T一物料通過(guò)稱的時(shí)間 （S或h）；
q（t）一皮帶單位長(zhǎng)度上的物料重量（kg／M 或 T／M ）；
V（t）一物料在皮帶上的運(yùn)行速度 （M／S）。
從式中可以看出，只要保證q（t）．V（t）的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定．即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運(yùn)行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定．HTP－02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)就是根據(jù)這個(gè)原理進(jìn)行工作的。
三、主要技術(shù)性能指標(biāo)
1．儀表計(jì)量精度：士0．1％
系統(tǒng)計(jì)量精度：土 0．5％
系統(tǒng)控制精度：土 1％
2．最大輸送量 1000 T／h
3．最大計(jì)數(shù)容量：999999
4．分辯率： 0.01Kg
5．顯示內(nèi)容
l）實(shí)時(shí)流量顯示 4）累積重量顯示
2）設(shè)定流量顯示 5）電機(jī)工作速度顯示
3）壓力變送器輸出值顯示 6）變頻器故障類型顯示
6. 超載、空載、上限、下限、變頻器故障聲光報(bào)警
7. 自動(dòng)／手動(dòng)控制選擇
8．標(biāo)定／運(yùn)行控制選擇
9. 背景、預(yù)壓扣除功能
10．給定流量任意設(shè)定功能
11．變頻器七大保護(hù)功能
1）過(guò)電流失速 5) 過(guò)電壓失速
2）過(guò)電流限幅 6）輸入欠壓
3）短路及接地障礙 7）瞬時(shí)停電
4）電子熱敏溫度保護(hù)
12．供電電源：AC220V士 10％， 5 O HZ土 2％
13．工作條件：儀表溫度 0－4 0 ℃ 相對(duì)濕度＜ 90％
振動(dòng) ＜ 0．5g
四、應(yīng)用范例及效果
1．廣州鋼鐵集團(tuán)有限公司燒結(jié)分廠
該廠配料生產(chǎn)線原有十三臺(tái)調(diào)速皮帶稱（采用順德倫教電器設(shè)備廠 TDG系列滑差電機(jī)調(diào)速電子皮帶稱）在使用過(guò)程中主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
1） 原系統(tǒng)使用滑差直流調(diào)速電機(jī)，由于工作現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，這些粉塵經(jīng)常進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)電機(jī)卡死、磨損等問(wèn)題，而且維修、維護(hù)麻煩，費(fèi)用高，影響正常生產(chǎn)；
2） 原設(shè)備電器控制部份采用分立元件以模擬電路原理工作，工作點(diǎn)易飄移，工作不穩(wěn)定，控制精度低，校稱維護(hù)煩瑣，影響產(chǎn)品質(zhì)量；
3） 使用滑差電機(jī)調(diào)速，動(dòng)態(tài)范圍小、低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)距小、速度不穩(wěn)定、效率低。
4） 原系統(tǒng)保護(hù)功能不完善，沒(méi)有聲光報(bào)警功能，以致經(jīng)常造成空斗、缺料、超負(fù)荷運(yùn)行，配料質(zhì)量極不穩(wěn)定，不僅易造成設(shè)備帶故障運(yùn)行，還嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。
針對(duì)上述問(wèn)題我們利用 HTP一02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造獲得成功．經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行結(jié)果表明：整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，功能完善，控制精度、工作穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)大幅提高，克服了原系統(tǒng)存在的所有問(wèn)題，還免除了過(guò)去校稱煩瑣的問(wèn)題，控制線性良好，操作使用方便，減少了故障率，另外由于采取了完善的聲光報(bào)警及保護(hù)措施，基本消除了缺料、空斗、超載運(yùn)行情況的出現(xiàn)，還避免了過(guò)去大塊物料割損皮帶和燒毀電機(jī)的現(xiàn)象出現(xiàn)，節(jié)電率達(dá) 50％，燒結(jié)礦堿穩(wěn)定度較過(guò)去提高了2．785個(gè)百分點(diǎn)。達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，為企業(yè)解決了一直困擾的技術(shù)難題．經(jīng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備投入使用后，從提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少物料損耗、減少設(shè)備故障率及維修費(fèi)用、節(jié)電 50％等數(shù)據(jù)綜合計(jì)算，年平均綜合效益在30一50萬(wàn)元，全部投資不用一年即可收回，取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益．
我們還將該廠13臺(tái)HTP-02型自動(dòng)定量給定控制儀通過(guò)RS-232接口與上位PC機(jī)連接，組成一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，使各臺(tái)控制儀的工作狀態(tài)及差數(shù)得到統(tǒng)一合理的控制，完成流量設(shè)定、自動(dòng)下達(dá)配比、故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)調(diào)整工作機(jī)臺(tái)、統(tǒng)計(jì)查詢配比記錄、原材料消耗量、打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，使企業(yè)自動(dòng)化管理水平得以提高。
2．韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)第一燒結(jié)廠
韶鋼集團(tuán)第一燒結(jié)廠配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)原采用湖南湘潭華光電子儀器廠 PCS型配料控制系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,易受現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)干擾影響，故障率高，調(diào)試校稱也很麻煩，無(wú)法解決由于機(jī)械特性不一致帶來(lái)的偏差，特別是在 9號(hào)稱上反映甚大。9 8年5月我們將一套HTP一02自動(dòng)定量給定控制儀安裝在該廠9號(hào)稱上，一次投運(yùn)獲得成功，解決了原系統(tǒng)難以克服的問(wèn)題，并且簡(jiǎn)化了校稱操作程序。自運(yùn)行至今，運(yùn)行穩(wěn)定正常，達(dá)到了生產(chǎn)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，滿足了生產(chǎn)的需要，受到廠技術(shù)部門及操作工人的一致肯定．目前我們已對(duì)該廠十臺(tái)皮帶稱用HTP一02型自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)進(jìn)行全面技術(shù)改造，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了良好的預(yù)期結(jié)果。
五、應(yīng)用范圍與應(yīng)用前景
自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)自動(dòng)定量給定控制系統(tǒng)的需求 日益增大。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工、食品、飼料等各種行業(yè)中，在冶金行業(yè)可應(yīng)用于燒結(jié)工藝；在建材行業(yè)可應(yīng)用于對(duì)水泥生料的自動(dòng)配料；在電力行業(yè)，它可應(yīng)用于鍋爐的定量供煤；在化工、食品和飼料部門，多種原料的自動(dòng)配料也需要它。目前我國(guó)這些行業(yè)所使用的控制系統(tǒng)大都采用老式滑差調(diào)速、模擬電路控制方式，所以該系統(tǒng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
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