一、配料系統(tǒng)簡介

  配料系統(tǒng)是一種用于工業(yè)（如混凝土配料），農(nóng)業(yè)（如飼料配料）生產(chǎn)上自動化的配料設備，通常是由帶有自動配料算法軟件的電腦（微機）作為其自動配料的控制系統(tǒng)。

二、配料系統(tǒng)種類

1、主從式分布控制微機配料控制系統(tǒng)

   這種全自動配料控制系統(tǒng)的設計是采用主從式結(jié)構(gòu)，將多臺單片微機連接成功能強大的系統(tǒng)，可應用于大型混凝土配料站，同時配料的物料可以多達9～12種。

2、失重秤自動配料系統(tǒng)

   在化工、建材、冶金等行業(yè)經(jīng)常要進行多種物料的連續(xù)配料,因此經(jīng)常使用失重秤.由于失重秤秤體是基于斗式秤的結(jié)構(gòu),能直接進行砝碼標定,通過對秤斗各瞬間 重量的測試計算出實際排料量,再進行閉環(huán)調(diào)整,從而可以達到較高的控制精度,一般而言累計精度為0.5%.由于是斗式結(jié)構(gòu)，標定,這種系統(tǒng)維護也比皮帶秤 容易得多.

3、率值配料系統(tǒng)

   率值配料不是一個新概念。早在1987年河南硅酸鹽學會的劉篤新工程師在《河南建材》上發(fā)表的《關(guān)于水泥生料配料公式研究》中就提出了率值配料的概念，1991年還出版專著《水泥生料配料的率值公式法》，詳細探討了生料反饋回調(diào)的各種方法，證明在原材料成分波動時單控制生料CaO、Fe2O3不能穩(wěn)定生料三率值，進一步明確了率值配料的概念。他沒有止步于揭示鈣鐵控制的缺陷，而是進一步研究了6種回調(diào)方法，提出了鈣鐵控制下保證率值合格的回調(diào)方法，限度地避免了鈣鐵控制的缺陷。水泥廠目前普遍采用的回調(diào)方法實際上就是劉篤新工程師倡導的方法。 此后，率值配料的理論并沒有新的突破。目前率值配料的基本假定是：要實現(xiàn)率值配料必須要測定出生料硅、鐵、鋁、鈣4種化學成分。

三、　配料系統(tǒng)有哪些主要功能？

監(jiān)控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數(shù)進行檢測和監(jiān)視；

畫面顯示：通過計算機顯示器可顯示配料過程中有關(guān)控制參數(shù)的運行狀況，以及顯示實時配料曲線和表格；

打印管理：可隨時打印配料報表，以便保存和查詢；

通訊功能：工控機與PLC和儀表之間進行可進行雙向數(shù)據(jù)及信息交換；

數(shù)據(jù)處理：配料系統(tǒng)可自動對采集的信號進行運算處理，并輸出到相應的控制量；

控制功能：根據(jù)操作前相應的設定值，自動控制設備的正常運行，包括PID調(diào)節(jié)；

報警功能：上位機以畫面方式和聲光信號方式對各種參數(shù)超限或設備狀態(tài)異常進行報警。

   本配料系統(tǒng)由一套PLC配料系統(tǒng)和一套上位機監(jiān)控配料系統(tǒng)組成。PLC配料系統(tǒng)由碩人時代STEC系列控制器和儀表及通訊電纜組成，STEC控制器之間用 以太網(wǎng)通訊，控制器還提供RS232、RS485接口和ADSL、GPRS、CDMA、光纖等通訊，上位機監(jiān)控配料系統(tǒng)采用 Windows操作配料系統(tǒng)，安裝碩人時代SRDev2.0編程軟件及HOMS5.0組態(tài)軟件。

五、配料系統(tǒng)的工作原理

   自動配料系統(tǒng)的恒流量控制采用PID調(diào)節(jié)，流量計量控制是計量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合。依據(jù)系統(tǒng)工藝流程介紹了配料系統(tǒng)的流量控制方式和系統(tǒng)控制過程，詳細講述了PLC的選型及PLC配料系統(tǒng)變頻控制中的硬件設置、參數(shù)設定和軟件設計過程。

   自動配料系統(tǒng)是精細化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序，配料工序質(zhì)量對整個產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格地協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制網(wǎng)絡,通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設備。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合，由電子皮帶秤完成對皮帶輸送機輸送的物料進行計量。PLC主要承擔對輸送設備、秤量過程進行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調(diào)節(jié)皮帶機轉(zhuǎn)速的作用。

   配料系統(tǒng)的軟件組成：常規(guī)的配料系統(tǒng)軟件部分是針對配料工段進行監(jiān)控和自動化配料而設計開發(fā)的可視化電腦操作系統(tǒng)。具有操作簡單方便、可靠性強、人機界面友好、功能完備等特點，可廣泛應用于飼料、糧食、制藥、冶金、化工等需要電腦自動配料的行業(yè),智能化信息化水平高：上位機具有配方庫管理功能；智能報表軟件為生產(chǎn)管理提供大量數(shù)據(jù)信息，如配料結(jié)果列表、原材料消耗列表、生產(chǎn)量列表、配方使用結(jié)果記錄等，可按時間、配方等生產(chǎn)班報、日報、月報和年報等統(tǒng)計及打印功能。同時提供兩種用戶自定義報表組件，一種是采用水晶報表進行二次設計；另外一種是把數(shù)據(jù)無縫嵌入到EXCEL報表中。另外，系統(tǒng)可與其他管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，滿足深層次的數(shù)據(jù)分析要求。上位將每次運行各路的累計量、配比、運行起止時間等參數(shù)存儲，以便查詢。配料系統(tǒng)的軟件部分可自動完成系統(tǒng)配料工藝流程，計算機畫面實時顯示配料系統(tǒng)(工作流程，軟件操作簡單，畫面逼真。同時具有如下特點：上位機軟件設置運行密碼和重要參數(shù)密碼修改保護，且用戶實現(xiàn)分級管理，可任意定義人員的權(quán)限。

   該配料系統(tǒng)的核心硬件均采用進口或國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，其中控制儀表采用優(yōu)質(zhì)稱重控制儀表，它具有高精度，高可靠性，抗力強等特點。傳感器選用高精度稱重模塊。稱重模塊安裝簡單、維護方便，為系統(tǒng)長期穩(wěn)定性提供了可靠的保證。因此我們的配料系統(tǒng)精度高、速度快、穩(wěn)定性能好，自動化程度高。1.自動配料系統(tǒng)的構(gòu)成

   自動配料系統(tǒng)由5臺電子皮帶秤配料線組成，編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、，其中1#～4#為一組，1#為主料秤，其余三臺為輔料秤。當不需要添加輔料時，5#電子秤單獨工作輸送主料。系統(tǒng)具有恒流量和配比控制兩種功能。對于恒流量控制時，電子皮帶秤根據(jù)皮帶上物料的多少自動調(diào)節(jié)皮帶速度，以達到所設定流量要求。以主秤（1#）系統(tǒng)工藝流程來分析，工藝流程如圖1所示。

   自動配料系統(tǒng)加電后，皮帶驅(qū)動電機開始旋轉(zhuǎn)，微處理機根據(jù)當前操作控制電機轉(zhuǎn)速。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運送到達稱重區(qū)，由電子皮帶秤對皮帶上的物料進行稱重。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小輸出一個電壓信號，經(jīng)變送器放大，輸出一個正比于物料重量的計量電平信號。該信號送至上位機的接口，經(jīng)采樣后并轉(zhuǎn)換成一個流量信號，在上位機上顯示當前流量值。同時將此流量信號送至PLC接口，與上位機設定的各種配料給定值進行比較，然后進行調(diào)節(jié)運算，其控制量送至變頻器，以此來改變變頻器的輸出值，從而改變驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)整給定量，使之與設定值相等，完成自動配料過程。

   流量就是一定時間內(nèi)皮帶上走過的物料量。電子皮帶秤稱量的是瞬時流量，上位機給出的是設定流量，二者在實時計量中有所偏差。在流量實際控制中采用工業(yè)控制中應用廣泛的PID調(diào)節(jié)，根據(jù)流量偏差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關(guān)系在時域中可用公式表示如下：

   公式中e（t）表示誤差、控制器輸入，u（t）是控制器的輸出，kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。圖2為系統(tǒng)流量PID閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。在生產(chǎn)過程進行自動調(diào)節(jié)時，以主料成分的流量計量為依據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過上位機設定出總流量及主、輔料配比參數(shù)，按配方比例摻雜其余輔料。流量計量控制是計量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠和調(diào)整方便等優(yōu)點。

   當自動配料系統(tǒng))開始工作時，啟動配料生產(chǎn)線。首先系統(tǒng)程序進行初始化，通過上位機或觸摸屏設置配料配比，檢查料斗有無物料。若無物料，向料斗送料，啟動配料生產(chǎn)線，由電子皮帶秤進行稱重并實時計量，CPU計算得實時流量及累計流量。若設定流量與實際流量有偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設定值與實際流量的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變輸出信號以控制變頻器對輸送電機的速度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)恒流量控制。根據(jù)配比各輔料同時混合計量，并按配方工藝要求添加。系統(tǒng)主程序控制流程如圖：

   自動配料系統(tǒng))中主、輔料秤由可編程控制器（PLC）和上位機實現(xiàn)兩級控制?，F(xiàn)以1#～4#四臺電子皮帶秤的PLC控制分析為例，每一電子皮帶秤有一臺皮帶驅(qū)動電機，兩個料位傳感器，一個速度傳感器，一個稱重傳感器，一臺變頻器，它們構(gòu)成了被控對象。電動機的啟、停由開關(guān)量控制，PLC數(shù)字量輸出信號作為變頻器的控制端輸入信號，經(jīng)變頻器調(diào)制輸出高頻脈沖給皮帶驅(qū)動電機。料位傳感器檢測料斗有無物料，速度傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)需8個數(shù)字量輸入信號，25個開關(guān)量輸入信號和24個開關(guān)量輸出信號，I/O點總數(shù)量為57。I/O點數(shù)量和類型如表1所示。

   公司的SIMATICS7-/300，屬于模塊化小型PLC系統(tǒng)，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。

   根據(jù)系統(tǒng)被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，選用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP。CPU315-2DP是帶現(xiàn)場總線（PROFIBUS）SINECL2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的裝載存儲器，可用存儲卡擴充裝載存儲容量到512KB，可擴展1024點數(shù)字量或128個模擬量。根據(jù)統(tǒng)計出的I/O點數(shù)選擇一個直流32點和一個16點的SM321數(shù)字量輸入模塊和一個32點SM322繼電器輸出模塊。

變頻器選型及其功能設定：

   三菱公司提供了FR-A540系列變頻器與該公司的標準電機相匹配時的技術(shù)參數(shù)。采用三菱的標準電機，1#皮帶機額定功率2.2KW，2～4#皮帶機額定功率為0.4KW，額定電壓380V，額定電流5A，轉(zhuǎn)速1420r/min，調(diào)速范圍120～1200r/min。三菱FR-A540變頻器自帶有PID調(diào)節(jié)功能，根據(jù)自動配料系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求進行PID控制，需要檢測設定的部分參數(shù)設定如下：

   ① Pr.1=50 Hz， Pr.2= 5 Hz，本系統(tǒng)Pr.18=120 Hz不變。

   ② Pr.19=9999，與電源電壓相同

   ③ Pr.7=2s，加速時間（7.5K以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s）

   Pr.8=2s，減速時間（7.5K以下出廠設定值5s，0～3600s/0～360s）

   ④ Pr.9 由電機額定值決定

   ⑤ Pr.14=0，適用恒轉(zhuǎn)矩負載

   ⑥ Pr.79=3，外部/PU組合操作模式

   ⑦ Pr.183=8，實現(xiàn)RT開關(guān)=REX開關(guān)

   ⑧ Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132 、Pr.133、Pr.134根據(jù)現(xiàn)場PID調(diào)節(jié)具體要求來設定。

   STEP7是西門子的S7-300系列PLC所用的編程語言，它是一種可運行于通用微機中，在WINDOWS環(huán)境下進行編程的語言。通過STEP7編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，并通過轉(zhuǎn)接電纜可直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時，還可在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷情況，甚至進行在線修改程序中變量的值，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。

   STEP7將用戶程序分成不同的類型塊。程序塊分為兩大類：系統(tǒng)塊和用戶塊。用戶塊包括：OB=組織塊，F(xiàn)B=功能塊，F(xiàn)C=功能，DB=數(shù)據(jù)塊。主程序可以放入“組織塊”（OB）中，而子程序可以放入“功能塊”（FB或FC）中。

   在本系統(tǒng)中，PLC的主要任務是接受外部開關(guān)信號（按鈕、繼電器觸點）和傳感器產(chǎn)生的數(shù)字信號的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器、電磁閥等器件，以完成相應的控制任務。除此之外，另一個重要的任務就是接受工控機（上位機）的控制命令，以進行自動配料控制。

   自動配料程序共有OB1及FC1至FC6等7個“塊”。OB1是主程序，通過6個“CALL”調(diào)用語句，依次調(diào)用FC1至FC6等功能模塊，達到組織整個程序的目的。程序中6個功能塊的任務分配如下所示：

   FCl負責系統(tǒng)開始運行以及運行方式的設定;FC2負責對系統(tǒng)的停止；

   FC3負責計量泵和計量泵配比控制;FC4負責故障、事故處理控制；

   FC5負責對變頻器的控制;FC6負責指示燈的顯示控制。