在線加電子秤的開發與應用

浦湘凱

(中國建材國際工程集團有限公司,蚌埠 233018)

在線加電子秤的開發與應用

浦湘凱

(中國建材國際工程集團有限公司,蚌埠 233018)

該文介紹了電子稱量自動配料系統,分析了在線加電子秤的重要性,詳細介紹了設備的電氣設計和安裝以及軟件的編程和調試。生產實踐證明,該系統安全可靠。

電子秤; 電氣安裝; 軟件調試

近年來,隨著計算機技術的飛速發展,我國許多玻璃企業都先后裝備了玻璃自動配料系統,為提高玻璃生產的自動化水平、玻璃的產量和質量起到了積極的作用。原料配料系統的精度、均勻度等指標直接影響產品質量,對于玻璃行業,在一個窯期內必須日夜不斷地向熔窯連續供料,受熔窯窯齡的限制,錯失良機往往會導致錯過一個窯期。隨著市場對玻璃需求的不斷變化,有時需要改變玻璃的顏色,這就需要改變玻璃成分,加一些小料或著色劑,就要在原有配料系統上加秤。但這往往會對連續生產的玻璃生產線帶來嚴重影響,傳統意義上加秤會降低玻璃拉引量,調試只能等窯頭料倉打滿后至窯頭料倉料位下限之前1～2 h內進行。這樣不僅效率低、時間長,還會有很大風險,甚至導致很長一段時間生產不出合格的產品,給企業帶來了很大的損失。

1 電子稱量自動配料系統

1.1 系統簡介

原料電子稱量自動配料系統是利用稱重傳感器作為變換元件,把被稱物料的質量按一定的比例關系轉換成與其相應的電信號,利用稱量顯示控制儀進行模數轉換和顯示并進行數據的通訊和交換,通過計算機和PLC(可編程控制器)進行一系列過程控制和監控的裝置。該系統在Win7的計算機平臺上,采用當今先進的工控軟件(Wincc),利用動態圖形,模擬現場設備運轉狀態,圖形逼真,操作簡便,對整個原料上料及稱量系統進行自動實時監控。配料數據、配料參數、混合參數等只需在計算機上根據提示進行設定。由PLC完成全部邏輯聯鎖控制。

1.2 軟硬件環境及通訊

該系統主要由上位機(DELL)、打印機、PLC、稱量顯示儀、稱重傳感器等組成。上位機與PLC通訊采用工業以太網,PLC與儀表通訊采用Profibus DP實現了現場總線向以太網的轉移,使得通訊更可靠、穩定。系統通訊示意圖,見圖1。

1.3 軟件的功能

1)該軟件實現對玻璃原料上料、配料稱量工序、混合工序、混合料輸送工序、窯頭倉布料工序的自動控制,使用SIMATIC集成為一個標準的自動化系統。由中央控制室中的上位機通過STEP7來編程、監控、組態和診斷,真正實現了上料、配料、輸送、布料的自動化,形成了原料自動配料控制系統,提高玻璃行業自動化水平。

2)利用西門子工控軟件Wincc實現模擬現場設備運行狀態、人機對話、自動實時監控。

3)自動存儲配方及各原料生產報表,可隨時翻閱打印。

4)對稱量誤差、在線設備故障、稱量超時等系統故障報警,上位機屏幕顯示報警內容并存儲。

5)自動將測得的原料含水率模擬信號轉為數字信號后,在控制室通過二次儀表顯示,通過PLC程序實時計算原料用量。

6)通過稱量顯示儀的實時數字顯示重量,實現對物料數據實時監控。

1.4 軟件的優點

1)該軟件系統可實現兩臺上位機對兩條生產線的實時監控,互為備用,保證了系統的可靠運行。

2)該軟件系統操作簡單,易于掌握,操作員只需根據提示進行數據輸入、畫面切換、按動按鈕等工作。

3)該配料系統的操作包括自動、半自動及手動三種方式,三種操作模式可靈活切換,便于處理緊急狀況。自動運行方式下,由PLC依其內部程序對系統進行控制,其配料系統的配料參數由主機輸入后進行設定,自動方式下稱量,顯示儀上不需要任何操作。當需要打印配料參數時,只需在上位機上按下相關按鈕,配料參數自動打印。半自動方式是指上位機出現故障的情況下,通過模擬屏上的按鈕實現自動配料,只是不能修改配方和參數,可以為維修或更換上位機爭取時間。手動方式一般是在PLC出現故障或其他重大事故的情況下,無法進行正常的自動配料,這個時候通過模擬屏上的按鈕和稱重顯示儀表來進行手動配料,以保證窯頭的供料。配料系統模擬屏,見圖2。

4)系統各環節配有聲光報警及電腦屏幕自動提示報警內容。

5)根據自動測的硅砂水分進行模數轉換后自動計算出配合料水分,并通過PLC程序自動計算出硅砂的配方用量,大大提高了配料精度。

6)檢測到金屬廢料時發出聲光報警,并自動排除廢料直到無金屬檢測出。

7)實現了自動驗秤,操作員只要點動上位機上的自動驗秤按鈕,系統就會自動對各臺秤進行檢驗,并自動保存驗秤的數據,可隨時翻閱打印。

8)在配料過程中只要點擊上位機畫面上的暫停按鈕即可暫停稱量系統,恢復稱量繼續進行。配料次數可隨意設定,自動停止配料。

9)在同一系統中可對一種物料進行減量法和另外多種物料進行增量法稱量。10)設備發生故障時先報警再自動停機保護。

1.5 與國內外同類先進軟件相比

目前工業控制系統已經由現場總線逐步向工業以太網方向轉移。以太網接口通用性強,和上級管理軟件容易連接。但現在工業用儀表具有以太網接口的不多,制造廠商需要一段時間來更新。所以,現在許多系統都是現場總線和工業以太網并用。

此套系統、儀表和PLC的連接采用西門子現場總線標準Profibus,和上級系統的連接采用工業以太網。在軟件控制及使用上與同類軟件相比直觀易懂、操作者易于掌握、實際使用方便,而且功能齊全,達到了行業內先進水平,同時相對于國外同類先進軟件系統,成本節約了近50%～70%。

了解了原料電子稱量自動配料系統,下面以蕪湖信義玻璃廠為例,介紹在線加電子秤的新方法和新思路,此法在規避風險提高效率的同時,為業主大大提高了經濟效益。

2 新加電子秤相關設備的設計安裝和調試

2.1 新加電子秤的設計

從設計角度上來講,就是在配料系統中增加一臺電子秤。首先要考慮的是布局,原料車間空間狹促,新增料倉的位置、高度、樓面開孔的位置、集料皮帶的位置都需要現場實地的測量,確保新秤不與其他設備相干涉,新開孔洞必須錯開土建承重梁。如果需要搭建鋼平臺,現場務必留出行走通道及設備檢修空間。

2.2 新加電子秤的安裝

設備的安裝階段是最重要的環節,此階段不同于籌建時期的設備安裝,原料車間的粉塵、噪音會給安裝帶來一定的困難。因此,安裝人員必須做好相應的防護工作,必須在保證不影響正常生產的情況下進行作業,嚴禁觸碰其他稱量設備。安裝時本著從上到下的順序一步一步按圖施工,對易損物件做好保護,在進行電焊作業時要注意接地線務必連接在焊件上,不可隨意搭接,尤其不可就近接于其他設備上。電焊產生的強大電流足以擊穿電子秤的稱重模塊,如果這樣會使電子秤失效從而影響配料生產,一旦出現窯頭斷料的情況必將造成重大經濟損失。

2.3 新加電子秤的調試

調試階段同樣不可忽視,因為不能影響到正常的配料生產,所以調試只能安排在配料的間隙中,通常每8 h只有2 h的空檔可以使用。因為工期的原因又必須保證進度,我們制定了詳細的調試計劃,把多項工作合并后加派人手,再分成若干小組。在對喂料螺旋、振動料斗等設備進行試車的同時,對氣缸等執行元件進行調試。在對反饋信號進行比對的同時,對電子秤進行校驗。

3 新加電子秤電氣的設計安裝和調試

3.1 電氣設計

首先,電氣設計過程中應積極與廠方技術人員核對、交流。在原有圖紙上把新增及需要改動的圖紙做好標記,再一并與原控制柜相同尺寸的小安裝板上把新加秤的控制回路、端子做好后,通電調試,這樣到現場只需把安裝板裝到控制柜里,把外圍動力和控制線按圖紙接到端子上就可以了,大大的降低了出錯的幾率,也提高了速率。其次,先把圖紙傳給廠方技術人員讓他們按圖紙開好孔,放好線,做好準備工作。由于現場調試新的控制系統及軟件容易影響生產,因此PLC及系統軟件應全部在模擬的環境下調試運行,有條件的話,可以讓工廠技術人員參與模擬調試。至此,確保系統的安裝與調試不會帶來太多的麻煩。新加秤控制回路安裝板,見圖3。

3.2 電氣安裝調試

首先,把不影響原配料系統正常工作的安裝工作提前完成,如現場設備的安裝及接線、新加控制系統電氣元器件的安裝及接線、儀表的開孔及安裝等。其次,安裝改造期間不能影響熔窯的正常生產(即正常供料),調試只能等窯頭料倉打滿后至窯頭料倉料位下限之前這段時間內進行,調試時間最好控制在2 h之內。要確保在線加電子秤的成功,關鍵是要有一個全面詳細的調試計劃,并逐項與工廠技術人員核對、交流直至達成共識。先將原有控制回路挑選出來,分成幾類:1)有源輸入:接地開關等。2)無源輸入:行程開關,繼電器接點等。3)有源輸出:給料機等執行機構。4)無源輸出:執行機構等。5)其它:稱重儀表等。

在配料間隙時,根據分類分別并入新控制系統中。為安全起見,交流控制電源要取同相位,在安裝檢查完之后,逐一進行手動調試,把控制和反饋以及PLC的接點都核對正確,為自動配料調試做好準備。最后,按新加電子秤的工藝要求將新加的電子秤校驗一下,確保新加電子秤的量程和精度都能滿足生產需求。

4 軟件調試

加秤的核心在于新加的稱重儀表要與原系統通訊正常,所以首先要把通訊聯接好,這才是關鍵。手動調試完成后,把窯頭料倉打滿,若有條件可準備一些配合料。在原配料系統停止后,先把新加儀表通電,把做好的硬件組態下到PLC中。等通訊正常以后再把程序下到PLC中,接著先把新加的電子秤單獨進行一次自動配料,正常后再自動運行整個新配料系統并配好兩副料。若通訊過程中有問題,可把原先的組態及程序重新下到PLC中繼續配料,以防止窯頭空倉。我們這次在蕪湖信義玻璃廠加秤時由于準備充分、安裝仔細、通訊順利,一共用了不到1 h就完成了整個過程,得到了業主的肯定。

5 結 語

按傳統方法加秤,要先降低拉引量,會影響幾天甚至更長時間的產量,產量降低就意味著產值降低,業主損失可能多達上百萬元,更有甚者在加秤的過程中出現問題,造成配合料中斷,不得不被迫加碎玻璃,造成很長時間都出不了好玻璃。所以,我們這次加秤的成功,使許多想加秤又擔心出現上述情況的工廠可以從容的在原配料系統上安排加秤,從而既規避了風險、減低了損失,又增加了企業的競爭力。到目前為止,已在廣東虎門信義、蕪湖信義二期中完成了在線加電子秤,設備運轉正常,受到用戶的一致好評。同時,已與思可達等玻璃廠簽訂技術應用合同,此外還有不少玻璃廠與我公司聯系咨詢加秤的相關情況,在玻璃行業得到了廣泛應用,并逐步向其他相關行業推廣。

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Development and Application of On-line and Electronic Scale

This paper introduces the electronic weighing automatic batching system,analyses the importance of online and electronic balance,elaborates design and installation in electric and programming and debugging of software. Practice has proved that the development is safe and reliable.

electronic balance; electric installation; software debugging

2014-05-19.

浦湘凱(1980-),工程師.E-mail:pxkntt@sina.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.011

PU Xiɑng-kɑi (China Triumph International Engineering Group Co,Ltd,Bengbu 233018,China)