0.引言

随着计算机技术的广泛应用，国内烧结厂大多采 用了电子螺旋秤进行生石灰配料，以提高配料精度和 生产水平。安钢二烧360m2烧结机配料系统采用计算 机控制，其中生石灰配料应用了电子螺旋秤，较好地 满足了生产优质烧结矿的要求。

1.智能电子螺旋秤结构

螺旋秤由称量框架、荷重传感器、SA201积算仪， 速度传感器及螺旋给料机、星形卸灰阀及连接固定机 构、软连接机构、支撑机构、机架等部分组成，如图1 所示。其中主体部分螺旋秤架是由一台螺旋给料机和 配重架组合而成，采用一组十字簧片组与支架连接， 构成秤架的支承点，秤架的平衡靠调整配重架上的配 重块来实现。

1.1积算仪

积算仪为引导式菜单操作，具备报警提示、脉冲 输出功能，并可实现自动模拟或实物校准以及手动/自 动空秤调零、零点自动跟踪等功能；具备角度自动补 偿、自诊断故障及停电数据保持功能；液晶显示，同屏 显示流量、累计量、速度（载荷或时间）等数据；壁挂式 金属板喷塑外壳，防水、防尘、防强磁场干扰；具备通信、打印、4?20mA模拟电流输出等功能。

1.2称重传感器及连接固定机构

螺旋给料机与称重传感器及连接固定机构的连 接部位焊接加强板，称重传感器及连接固定机构上端 通过固定螺栓与加强板联接，下端由调节定位块调整 水平度，并与机架联接。采用的加强板是一块带圆弧 形的钢板或类似物，配焊方便，保证输送机具有足够 的强度和刚度；采用的调节定位块由两块截面类似为 三角形的物块组成，可方便调整螺旋给料机的水平位 置，通过固定螺栓来调整螺旋给料机的限位，设备调 整好后焊接固定，称重传感器和加强块之间放置减振 椽胶板，消除振动影响。

1.3支撑机构

螺旋给料机与支撑机构的连接部位焊接加强板， 支撑机构上端与加强板联接，下端与机架联接，支撑 机构通过连接轴和椽胶轴承联接。导气管安装在出料 口端，一端与螺旋给料机联接，另一端联接到上级给 料机构。采用椽胶轴承作为支撑点，利用紧固螺母和 紧固螺栓进行固定，消除动力部分产生的影响。

1.4软连接机构

对给料机的进出料口进行处理，改硬连接为软连 接，让改造的螺旋给料机成为独立单元，消除外界因 素对计量精度的影响。

2.电子螺旋秤的测量原理和瞬时速度的测量

2.1电子螺旋秤的测量原理

如果螺旋运输机以匀速v传送生石灰，螺旋叶片 间的物料一般是不均匀的，所以时间T内的总输送量 为：

式中，q 0)为单位长度皮带上的瞬时物料重量^ 0)为皮带的瞬时运行速度。

只需测出q (t)和v(t)，便可得出T时间内的物料 总重。

2.2瞬时速度的测量

使用国内比较先进的电感式传感器来检测螺旋 给料机的瞬时运行速度。这种传感器具有检测可靠、 运行平稳、维修量小等特点。传感器安装在螺旋轴头， 由振荡器、触发电路和开关输出装置三部分构成。电 源接通传感器的供电电源为24VDC后，振荡器开始 振荡并产生一个特定的电流，使安装在铁氧体上的振 荡线圈产生电磁场。有效的磁场集中在传感器感应面 的表面，如果测试目标是由导电材料构成，当其靠近 感应面时，目标内便产生涡流，消耗振荡器能量，导致 振荡电路衰减，振荡器振幅因此而下降。一旦降至某 一振幅，后级触发电路便开始工作，到达某一感应范 围时便可得到开关输出。

在驱动轴上安装一个齿盘，转动时齿盘上装有的 传感器与探头之间的间隙发生变化，在探头的线圈内 便感应出交变电动势，其频率：

式中，z为齿盘的齿数;n为电机的转速，r/min。 根据所得脉冲求得频率值f，进而可得螺旋给料 机的瞬时速度。

3.自动配料系统的构成

自动配料系统采用PLC控制技术，其核心控制为 “螺旋秤-称重模块-PLC-变频器”形成的闭环控制，主 要设备包括智能电子螺旋砰、Modicon TSX Premium 称重模块、高速计数模块Modicon TSX CTY41、Quan-tum PLC、施耐德变频器、系统软件CONCEPT2.6、组态 软件IFIX3 .5以及上位机等。配料室控制模式如图2 所示。

自动配料系统加电后，皮带驱动电机开始旋转, 微机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料落在 落料区，经皮带运送到达称重区，由电子螺旋秤对皮 带上的物料进行称重。称重传感器根据所受力的大小 输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正比于 物料重量的计量电平信号。该信号送至上位机的接 口，经采样并转换成流量信号，在上位机上显示当前 流量值。同时将此流量信号送至PLC接口，与上位机 设定的各种配料给定值进行比较，然后进行调节运 算，其控制量送至变频器，以此来改变变频器的输出 值，从而改变驱动电动机的转速以调整星形卸灰阀的 阀门开度，调节生石灰下料量，以调整给定量，使之与 设定值相等，完成自动配料过程。

电子螺旋秤称量的是瞬时流量，上位机给出的是 设定流量，二者在实时计量中有所偏差。在流量实际 控制中采用工业控制中，应用最为广泛的PID调节, 根据流量偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进 行控制，控制量输入和输出（误差）之间的关系在时域 中可表示为：

系统流量PID闭环控制原理如图3所示。在生产 过程进行自动调节时，以主料成分的流量计量为依 据，根据生产工艺要求，通过上位机设定总流量及主、 辅料配比参数，按配方比例掺杂其余辅料。流量计量 控制是计量偏差与变频调速的结合，具有结构简单、 稳定性好、工作可靠和调整方便等优点。

4.称重模块、PLC、变频器之间的通信

由于Modicon公司的Quantum系列PLC支持 Modbus、Modbus plus、远程 I/O、Ethernet、Interbus、Lon- Works等多种网络连接，且其CPU模块上一般都集成 了 Modbus和MB+两个通信端口，故选用该系列PLC (可节省一通信模块)。另外，为该系列PLC设计的称重 模块具有较强的功能，比如该模块上集成了 RS-485 串口，可直接与称重传感器进行串行通信，保证了信 号的传输精度，提高了可靠性；该模块还集成了 PID 调节器，可直接进行物料给定的闭环运算，并通过底 板并行总线与CPU模块交换数据。

施耐德变频器ATV58系列提供了 3种通信功能: 集成在本机上的Modbus协议接口（一般用于连接操 作面板);通过附加通信卡实现的高速通信接口(如FI- FO、Modbus plus、Interbus-s、AS-I、Profibus 等）；通过附 加通信卡实现的低速通信接口（如Uni-Telay、Modbus 等)。设计中，选用Modbus plus通信卡VW3-A58302。

上位机采用研华工控机，并安装Windows NT下 的FIX实时监控组态软件作为监控、数据采集及数据 管理软件系统的开发平台。该计算机通过MB+网络适配器SA85与MB+网络通信。

其它网络设备组件包括MB+站分支电缆（9针D 型节点电缆)、MB+分支器（干缆分支器)、MB+网线电 缆、中继器(RR85)、Modicon Ethernet to Modbus plus 网 桥等。

上位机、PLC、变频器等设备的网络地址均需在硬 件上设置，而且每一站点的地址是唯一的。上位机的 网络地址是通过插在上位机扩展槽中的SA85网络适 配器来设置的；PLC的网络地址是通过CPU模块后的 2个旋转开关进行设置；变频器的网络地址是通过插 在变频器上的Modbus plus通信卡(VW3-A58302)的拨 码开关进行设置。

5.软件配置

IFIX 3.5软件是运行于WIN2000以上的操作平 台上的真正的32位应用程序。其强大且实用的各种 功能，使最终的用户程序十分贴切地满足应用现场对 上位机系统的各种监视、控制和管理方面的实际要 求，并在显示、控制及通信的速度、实时性和兼容性等 方面都有优秀的表现。

6.结语

该自动配料系统采用智能电子螺旋秤控制方案，具有功能强大、方便灵活、可靠性高、低成本、易维护等优点，大大提高了配料精度，便于计量的微机化控制，实现了网络化生产管理，取得了良好的经济效益。