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          基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能稱量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2016-12-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1 引言

          萊鋼新建3#750高爐槽下稱量系統(tǒng)中采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),通過schneider公司的智能稱重模塊和mb+網(wǎng)絡(luò)軟、硬件構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng),實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳輸,提高了入爐爐料重量信號(hào)的測(cè)量精度和測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力。較好解決了現(xiàn)場(chǎng)一次測(cè)量裝置所采集的信號(hào)在傳輸過程中受到干擾影響而產(chǎn)生畸變和失真的問題。

          2 槽下配料工藝概況

          高爐入爐爐料包括大燒結(jié)礦、小燒結(jié)礦、焦炭、燒結(jié)球團(tuán)及其它輔料,分別從原料場(chǎng)、豎爐和燒結(jié)機(jī)運(yùn)來,經(jīng)槽上輸送到各個(gè)料倉。根據(jù)入爐料單來選擇爐料的種類和重量,選中一個(gè)料倉時(shí),倉內(nèi)爐料經(jīng)振篩輸送到稱量斗稱量,稱量后經(jīng)皮帶去上料小車,送到爐頂料罐。示意圖如圖1所示:

          圖1 工藝流程示意圖

          3 智能稱量系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)

          智能稱量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線以mb+網(wǎng)和12個(gè)isp momentum weighing module為主干,構(gòu)成令牌總線,通過槽下plc的nom模塊與控制系統(tǒng)相聯(lián)。plc控制器通過noe以太網(wǎng)模塊接入3#750高爐光纖主干網(wǎng)(以太網(wǎng)),服務(wù)器與工作站均接在以太網(wǎng)上,如圖2所示。

          圖2 智能稱量系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

          12個(gè)isp momentum weighing module按邏輯環(huán)的順序依次持有令牌,誰得到令牌,便有權(quán)與控制器交換信息,包括控制指令、采集的數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)、模塊狀態(tài)等。有效的重量信號(hào)則由控制器轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器,由控制器和工作站共享,控制器利用這些信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)配料控制,進(jìn)行料空、料滿判別,爐料水分補(bǔ)正,爐料配比控制等,并在工作站的監(jiān)控畫面上顯示。

          4、智能稱量系統(tǒng)的軟件功能

          該系統(tǒng)的軟件功能包括通訊、稱量裝置設(shè)定與校驗(yàn)、智能控制、歷史記錄與打印設(shè)置等。

          4.1 通訊功能

          為適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合,系統(tǒng)預(yù)留多種通訊方式和接口,通訊接口有:用于網(wǎng)絡(luò)通訊的mb+、mb、mbtcp/ip、m1;作為現(xiàn)場(chǎng)編程接口的rs232/rj11,它可在現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)或單個(gè)模塊獨(dú)立運(yùn)行;作為現(xiàn)場(chǎng)顯示端口的rs485/rj11;一個(gè)作為現(xiàn)場(chǎng)打印口的9pin串口。該系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),通過mb+口數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,其它接口則作為應(yīng)急備用。

          該系統(tǒng)基于mb+網(wǎng),12個(gè)智能模塊組成邏輯令牌環(huán),每個(gè)模塊依次獲得令牌,當(dāng)?shù)趇個(gè)模塊得到令牌時(shí),便有權(quán)與控制器交換信息,包括控制指令、采集的數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)、模塊狀態(tài)等。有效重量信號(hào)則由控制器轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器,該模塊完成后,便將令牌傳給另一個(gè)模塊,如此循環(huán)下去。若某一個(gè)模塊出現(xiàn)故障,則將其從邏輯環(huán)中自動(dòng)清除,待其恢復(fù)后再接入邏輯環(huán)中。現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊速率為1mbps。

          4.2 稱量裝置設(shè)定與校驗(yàn)

          (1) 稱量裝置設(shè)定

          稱量間隔:為適應(yīng)不同大小的稱量斗和不同的物料,要進(jìn)行稱量間隔設(shè)定,間隔的等級(jí)從0.01、0.02、0.05、0.1 ……最大到50000kg,用戶要根據(jù)稱的額定值來選擇相應(yīng)的稱量刻度;
          稱量極限設(shè)置:系統(tǒng)給出三個(gè)選擇:2%mr、5%mr、9%mr(max range),可根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)靈活選擇。

          (2) 稱量裝置校驗(yàn):稱量裝置校驗(yàn)分三種模式,兩個(gè)階段。

          三種模式:

          ?標(biāo)準(zhǔn)模式:當(dāng)校稱載荷≥75%mr時(shí),按此模式校稱;
          ?降級(jí)模式:當(dāng)校稱載荷達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)模式要求時(shí),執(zhí)行此模式;
          ?強(qiáng)制模式:當(dāng)認(rèn)為上次校稱有問題或無效時(shí),執(zhí)行此模式覆蓋上次的校驗(yàn),該模式又分增荷和降荷兩種。

          兩個(gè)階段:

          ?零點(diǎn)校驗(yàn):稱量斗為空,根據(jù)各稱量斗的自重來調(diào)節(jié)稱的零點(diǎn);
          ?載荷校驗(yàn):用適當(dāng)?shù)妮d荷來標(biāo)定稱量裝置的線性度,可根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)條件來選擇上述三種模式之一,通常采用標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行。

          4.3 智能控制

          (1) 零點(diǎn)遷移和自動(dòng)跟蹤

          零點(diǎn)的遷移范圍有兩種:±2%mr和±5%mr。要實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤,零點(diǎn)遷移范圍必須選擇±2%mr,系統(tǒng)自動(dòng)記錄稱量斗內(nèi)每次裝入的凈荷w1和卸出的凈荷w2,然后計(jì)算差值δw, 根據(jù)δw的大小和極性自動(dòng)修正稱量裝置零點(diǎn)。
          δw=w1-w2

          (2)數(shù)字濾波

          稱量系統(tǒng)中,稱重傳感器所采集的料重信號(hào)最初是模擬信號(hào),在采集傳送過程中不可避免要受到干擾,為消除這種干擾,系統(tǒng)將信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換再進(jìn)行數(shù)字濾波處理。

          數(shù)字濾波器為兩種:fir濾波器和iir濾波器。

          (3) 測(cè)量穩(wěn)定性的自適應(yīng)

          要使測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,在一定的時(shí)間間隔(t)內(nèi)重量的變化要在允許的范圍(r)內(nèi),系統(tǒng)根據(jù)重量的變化率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié),t和r的可選值為:

          t:0.4s、0.5s、0.7s、1s;
          r:2.25d、3.25d、4.25d、6.25d、8.25d(division)。

          (4) 流量計(jì)算與上料單控制

          系統(tǒng)可對(duì)一臺(tái)稱量裝置或一種爐料(在一個(gè)或多個(gè)倉中)計(jì)算其流量的瞬時(shí)值和累計(jì)值。當(dāng)操作員在監(jiān)視畫面上填寫好上料單后,就確定了各種爐料的設(shè)定重量,系統(tǒng)計(jì)算各種爐料的累計(jì)值,當(dāng)與設(shè)定值相等時(shí)則結(jié)束該種爐料的供料。當(dāng)上料單全部執(zhí)行完畢,系統(tǒng)就等待下一個(gè)上料單。

          (5) 料流控制

          為了提高定量稱量的準(zhǔn)確性,提高稱量系統(tǒng)的工作效率,控制稱量斗的載重不超過其額定值,需要對(duì)進(jìn)入稱量斗的料流進(jìn)行控制。這里的定量稱量包括定量裝料和定量卸料兩個(gè)環(huán)節(jié)。

          裝料的稱量過程為:開始時(shí),以較大的料流裝料,系統(tǒng)輸出q1電平控制料流;當(dāng)稱量斗內(nèi)的重量達(dá)到高速料流截止點(diǎn)(high flow cut-off)時(shí),系統(tǒng)輸出q2電平,減小料流;當(dāng)稱量斗內(nèi)凈重(net weight)達(dá)到設(shè)定值時(shí),關(guān)閉料流。料流曲線如圖3所示。卸料的稱量過程與裝料相似。

          圖3 料流控制示意圖

          4.4 歷史記錄與打印設(shè)置

          為方便生產(chǎn)管理,系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中存放規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的料重?cái)?shù)據(jù),可以在工作站上顯示并提供查閱和打印。

          5 系統(tǒng)調(diào)試

          (1) 零點(diǎn)標(biāo)定 零點(diǎn)標(biāo)定要確認(rèn)稱量斗內(nèi)無載荷,清除斗內(nèi)雜物,輸入測(cè)量元件最大測(cè)量范圍,選擇scale division值,按零點(diǎn)標(biāo)定按鈕進(jìn)入標(biāo)定程序,進(jìn)程結(jié)束后,數(shù)據(jù)自動(dòng)存檔記錄;

          (2) 載荷標(biāo)定 零點(diǎn)標(biāo)定完成以后,進(jìn)行載荷標(biāo)定,按標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行,凈載荷加到75%額定值,按載荷標(biāo)定按鈕即進(jìn)入標(biāo)定程序,標(biāo)定進(jìn)程結(jié)束之后,數(shù)據(jù)自動(dòng)存檔記錄。測(cè)量完畢后,以25%額定值的幅度減載荷,直到載荷全部卸除。

          (3) 數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試 稱量系統(tǒng)標(biāo)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試,確保生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確可靠;

          (4) 邏輯環(huán)調(diào)試 人為使一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障,系統(tǒng)能否將其自動(dòng)卸除;恢復(fù)該節(jié)點(diǎn),看系統(tǒng)能否將其自動(dòng)加入邏輯環(huán);

          (5) 傳輸率和誤碼率測(cè)試 網(wǎng)絡(luò)中等負(fù)載情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收測(cè)試。

          6 結(jié)束語

          系統(tǒng)投運(yùn)以來,數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)量準(zhǔn)確,由于實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸,避免了傳統(tǒng)模擬量信號(hào)傳送過程中的長線干擾,大大提高了稱重系統(tǒng)的抗干擾能力。在測(cè)量刻度劃分、零點(diǎn)校正、測(cè)量穩(wěn)定性進(jìn)行自適應(yīng)控制,提高了定量稱量的準(zhǔn)確性。用戶反映良好,有很高的推廣價(jià)值。



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