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工程案例  原料自动配料系统的设计
原料自动配料系统的设计2020-04-05
一、简介
本文称量配系统的设计方案与功能描述,该配料系统采用先进的 SIEMENS(西门子)PLC、工业控制计算机及 PANTHER 电子称量设备。其主要组成部分包括动力部分、控制部分、喂排料部分及称量部分等,是为浮法玻璃生产设计的计算机全自动控制控制系统。
二、系统设计要求
1.料仓部分设计:
配料车间使用排仓式储料,共设粉料仓 8 个、碎玻璃料仓 1 个,粉料仓的出口处有活化漏斗(碎玻璃和石灰石用丝杠闸门),料仓的活化漏斗出口处通过软连接至喂料机的入口处,系统将根据料仓物料流动情况来决定活化漏斗的启动情况,保证物料供给的正常。
2.喂料部分
喂料部分包括活化料斗和喂料设备(电磁振动给料机或螺旋输送机,根据物
料的实际量程选择不同的规格)
芒硝加料团破碎机。
3.秤量部分设计
秤量部分采用三传感器电子斗秤,秤斗上安有除尘口并与集料皮带导料槽相通,以防止粉尘的外泄。秤量系统采用“减量法”秤量方式。排料采用电磁振动给料机。排料应有分时操作的功能,使物料均匀的铺成夹层状态。芒硝和煤粉先入预混机混合,预混机同其他物料同时排料。碎玻璃均匀的撒在混合料上。
电子秤的静态精度:国家Ⅲ秤标准(经计量部门检定)
电子秤的动态精度:95%以上的单料误差≤3 个 d
4.物料的混合控制
配合料皮带将物料通过中间复合秤放入混合机内,完成物料的混合操作。混合料由混合机排入料仓经流槽至混合料皮带机送入窑头料仓,混合机型号T75L。
5.砂岩在线测水
选用在线测水技术,混合机加水系统应与在线测水相连接,按照设定值自动调节加水量,测水装置不应有放射污染。
6.称重配料系统
系统应具有全自动、半自动和手动的功能。系统的控制由料仓的出口直至将合格的混合料送到窑头料仓。
配料部分、混合部分和输送部分的控制全部来自配料控制室,控制室内有模拟显示屏及工业电视来监视全部的生产过程。
控制室应有混合机、称重配料机、混合给料机等设备的电流表,该系统设备应具有连锁功能。
称量配料系统(计算机数据处理系统)采用上位机+可编程控制器的形式,应具有以下功能:
称量控制系统应有掉电保护功能;
上位机管理系统自动采集数据;
系统具有自诊断功能;
具有过冲量自动修正和点动补料功能;
配方及设定值的管理及传送;
自动控制混合机加水;
超差报警及故障打印;
友好的人机界面,多种使用权限多种口令限制;
显示、打印当前配方和生产报表;
显示、打印、存储各种物料的班、日、月的单耗和总耗;
7.配料控制系统工作条件
1、 水压:0.3 MPa,水温:85℃
2、 蒸汽压力:0.3 MPa
3、 压缩空气压力:0.5 Mpa
4、 电源:三相 380V;单相 220V 50HZ
三、配料系统实现原则
配料系统在设备选型和实施过程中遵循以下下原则:
通用性:在选型过程中充分考虑备件购买的方便性,在满足设计要求的情况下尽量选择通用设备标准性:在选型和编程中使用标准方法以尽可能得到系统设备厂商的将来可能提供的升级支持可靠性:尽可能的增加异常检测,同时考虑非关键设备故障时系统的容错性,提高系统可靠性;对于关键设备,使用冗余方法,将故障停机时间缩短到最小
四、原料配料控制系统硬件简介
卓越的控制方式
可以选择为全自动控制方式、半自动控制方式及手动控制方式。
全自动控制方式:在这种方式下计算机作为上位机,PLC 作为一个站,系统起停由计算机控制,配方数据由计算机写入,计算机把数据传送给 PLC 进行启动配料设备、自动喂排料、各种原料称量校验、加水汽混合,皮带传送进仓,并对配料过程进行监控及有关数据进行处理、制表、打印报单。
半自动控制方式:在不用计算机情况下,PLC 能独立工作,配方料单由 SIMATIC 2OP7 触摸屏输入,PLC 自动完成启动配料设备、自动喂排料、各种原料称量校验、加水汽混合,皮带传送进仓,此种方式不能打印报单。
手动控制方式:操作台设有手动方式开关,可以通过选择开关选择
手动方式,通过手动按钮启停各类设备,启动配料设备、手动喂排料、手动加水汽混合,皮带传送进仓。
本配料控制系统是一个三级冗余的控制系统,将系统按模块分隔,互相联系,又可以自然地分开,计算机自动方式是要经常使用的方式,操作者只需按启动或停止按钮,系统就会自动启动各类设备,自动的将一批批混合好的物料送至窑头料仓,并带有数据管理功能。
可靠的动力部分
动力部分包括 4 个控制柜,分别为 D1~4 柜。D1 柜为总电源开关柜;D2 柜为喂排料电磁振动给料机驱动柜,外配交流电源稳压器,对输入电源进行稳压,减小电磁振动给料机对上级电源的冲击;D3 柜为除尘风机、配料输送带、混合料输送带及预混机、白云石、纯碱、绞刀、及加水泵控制柜;D4 柜为混合机控制柜(软启动)。
针对计算机、PLC、称重仪表等设备,设置 1 台 UPS,保证了计算机、PLC、仪表的电源质量。
先进的控制部分
控制部分包括 T1~4 柜。T1~2 柜为八种原料喂排料控制及称重显示;T3 柜为 SIMATIC OP7、测水仪表安装柜;T4 柜为模拟盘、PLC 及其外围继电器电路。
PLC 采用 SIEMENS(西门子)SIMATIC S7-300,CPU315,是适用于中、大型规模的可编程控制制器,它具有高速、坚固、通讯能力强、人机界面操作良好的特点。
SIMATIC S7-300 通过其 MPI(多点接口)可以与编程器或 PC 机,操作员面板 SIMATIC OP27 连接,进行数据交换,实现操作员控制和监控功能。在计算机中可以存储每批、每班、每日、每月的配料情况及报警信息。可以存储、调显或打印各种物料的班、日、月单耗和总耗。
SIMATIC S7-300 通过其 PROFIBUS-DP 与各分称、测水仪表连接形成网络,进行数据传送。
SIMATIC S7-300 通过其 I/O 接口及其外围继电器矩阵对各类设备进行控制,实现配料线自动控制。
SIMATIC S7-300 设有 SIMATIC OP27 良好的人机界面,在不用计算机情况下,操作员可以通过它进行料方设定,干混、加水及加汽时间设定,报警确认等,操作方便。
模拟盘用高亮度的 LED 显示整个配料控制系统自动控制过程中的配料流程、各个现场设备的位置及工作状态,清晰明朗,一目了然。操作台对各类设备起停均设有自动方式、控制室手动方式及现场手动方式,便于设备的启动及检修。
可靠的喂排料部分
配料控制系统平台共设九种原料配料装置,分别为砂岩粉、长石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、石灰石、水、碎玻璃。
硅砂及纯碱料仓底安装有 VBA 系列料斗活化器,它具有良好的闸闭作用,它周期性振动,能有效地消除各种料仓的起拱、堵塞和粘仓现象。在振动过程中,松散物料的内摩擦力得到补偿,对料仓仓壁的外摩擦力减小,提高了料仓的使用寿命。
白云石、纯碱喂料采用绞刀方式,可缓冲白云石料对称斗的冲击,防止白云石料“放炮”的现象,其它原料喂排料均采用 DMA 电磁振动给料机,它
可以把颗粒状及粉状物料从存储仓或漏斗中均匀地、连续定量地传送给皮带。电磁振动给料机由可控硅控制板驱动,通过控制其振幅大小,来控制物料流量。它可以瞬时的改变和启闭料流,所以给料精度高。
为保证排料时料流的平稳,在部分原料:长石、石灰石、纯碱、中间仓的秤斗上安装有 K36 旋风式气震器,排料时间歇动作,使秤斗产生抖动,以消除斗壁的粘料及斗内蓬料。喂排料均设有手动及自动两种方式。
芒硝、碳粉两种原料先排入小混合机进行预混后,再排向配料输送带。
排料采取延时排放方式,排放于配料输送带,进入中间站前各种物料分层叠加,有利于物料充分混合。
精确的称量部分
称量部分设十一个称量单元,分别为砂岩(1)、砂岩(2)、白云石、石灰石、长石、纯碱、芒硝、碳粉、水、碎玻璃及中间站总校验。每个称量单元由三个电阻应变式称重传感器并联和称重显示仪表 PANTHER(磐狮)组成。
PANTHER(磐狮)称重显示仪表具有如下特点:
7 位荧光段码显示器,亮度高;
一体化 PCB 板结构,模块化树形结构参数设定菜单;
双向 ProfiBus 总线接口,称重数据传送功能;标准模拟传感器输入接口,可驱动 8 只 350 欧姆的传感器;最大显示分度数 10,000d;宽电源电压 85~364V,100VAC、120VAC、230VAC;
PANTHER 的设计符合有关国际计量和电气安全标准,以及电磁兼容性标准。 称量方式采用减量法(WIGHTOUT)称量,单速喂料,双速排料。“减量法”
亦称二次称量方式,首先单速进行喂料操作,其喂料值要大于实际配方值,所有秤喂料操作结束后,示仪清零进行排料操作,排料分为快排和慢排两个过程,快排缩短了称量周期,而慢排保证了称量精确度。称量部分设中间站,即把所有生料合起来进行一次称量,在进入混合机前进行最后一次检验,核对分称和值与中间站称量值,以避免错料入仓。
先进的测水设备
针对砂岩含水量的波动,测水装置采用先进的德国进口电容测水仪,装置稳定性好、精确度高,安全无放射辐射、测水范围 0~15%,测水精度 0.1%。可根据不同产地的砂岩预存多大 100 条修正测水曲线,以达到精确的测量,和方便用户变料。
优越的加水方式
加水方式为水称加水方式。
水称加水方式是根据混合料要求的水分值和各原料所测的水分值计算出所补充的水重量,通过快慢喂水阀向水称称斗注水,进行称量,当达到要求时喂水阀关闭。此种方式加水量精确。
五、原料配料控制系统软件功能简介
1、称量管理
配方编辑。提供配方数据的喂料值,含水率,排料值,慢排(喂)值,允许误差,悬浮量的编辑和保存
配方下载。提供配方数据下载到控制器中
配方打印。可根据用户需求,提供配方打印参数设置。提供混合机干混时间,混合机湿混时间,混合机排料时间,中间仓排料时间,预混混合时间,预混排料时间,喂料超限时间,排料超限时间,加汽时间,加汽引入水份的编辑,保存和下载。
测水设备设置。提供测水设备的使用不用选择,水份波动上下限,水份默认值的编辑,保存和下载。
过冲量自动修正和点动补料功能。能够以操作员设置的悬浮量为基础,系统通过计算实际悬浮量进行修正,对于悬浮量设置过小采用点动补料,已保证称量准确。混合机加水自动补偿。根据实测砂岩含水率的变化,自动调整混合机加水的设定值。
2、配料系统监控
提供各台秤的毛重,称量的监控
提供混合机,预混机的工作状态和相关门的开关状态监控
提供皮带、除铁器、除尘器的工作状态监控
提供各种物料的喂、排料状态监控
提供混合机干混、湿混、加水、加汽、排料状态监控
使用工业摄象机对混合料输送皮带上的物料进行实时监控
3、系统报警监控
系统提供如下报警:
喂(排)料超差
仪表未及时切换净重、毛重
配料仪表通讯故障
计算机与控制器通讯故障
4、实时打印
系统提供可选的实时打印功能,可由用户设置。如果用户选择了实时打印功能,在每批料配料完成后打印该批料的实际配料数据。在系统检测到每个报警发
生后也自动打印报警数据。
5、历史数据管理
系统由于采用标准数据库和微软的 ActiveX 技术,可以很方便的实现历史数据的管理,系统提供如下历史数据管理功能:
历史报警查询:可根据用户输入的任意时间段,对历史数据进行查询和打印。
历史配料数据查询。可根据用户输入的任意时间段,对历史数据进行查询和打印。
数据导出。可根据用户输入的任意时间段,将历史数据导出。系统支持Office 系统 Excel 和 Access 格式的导出,归档。数据删除。可根据用户输入的任意时间段,将历史数据删除。
6、系统权限管理
系统支持多级权限,可以由系统管理员增加、删除操作员,并指定操作员权限。在使用系统时,首先要登录系统,防止未经授权的用户使用。
7、系统冗余
系统以 SIMATIC S7-300 作为逻辑控制单元,以 OP27 和工业计算机作为操作终端。这种结构设计的系统能够保证在上位机故障时,通过 OP27 进行配方的输入和配料状态的监控,保证正常配料。在上位机正常工作时,又能通过 OP27 检验上位机的工作状态。
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