1 引言 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
粉体物料动态计量目前主要使用皮带秤。皮带秤具有设备简单，占地小、费用低廉、安装便捷、适合长距离快速连续输送、故障率低、检修容易等优点，所以被广泛使用。但是如果粉体物料颗粒较细，压力较大时（如媒粉），使用皮带秤进行称重给料，就会造成物料大量溢出和粉尘污染，从经济性和环保角度来说适应性就很差了。由于粉体物料颗粒较细，一般使用粉体物料专用运输车运输，或使用管道进行气力输送，再将物料通过管道中的高压气体流化后，将物料输送至料仓，所以料仓下料时气压比较大，而粉体物料的流动性跟水液体近似，必须使用带负压的封闭系统进行输送、计量和给料控制——转子秤的应用应运而生。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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2 系统设计 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
作为物料动态计量仪表，目前国内外主要沿用仪表进行计量。本项目在为武钢矿业公司某矿山中配套使用的两套转子秤系统，使用西门子s7-200plc为控制器，完成煤粉颗粒的动态计量与控制。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
2.1 系统原理 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
（1）机械结构。由于煤粉颗粒平均直径约为20~50um，空仓下料时压力接近0.1mpa，所以对给料机的密封有严格的要求。转子秤系统分为三个部分：给料机、环状天平称重系统和螺旋泵输送机。料仓将煤粉颗粒通过闸板阀输送到给料机，给料机分为三层，每层都有刮板而且深度相同，刮板在电动机的带动下旋转，带动煤粉从最上层落到中间层，再落到下层，层与层之间的进口和出口相差180度，刮板旋转的同时将块状煤打散，整理均匀，最下层的煤粉经过补偿器和软连接输送到环状天平中。环状天平内的转子分为8格，每格容积相同，通过调整转子速度来调整进煤量，从而调整给煤量。由于给料机的深度小于环状天平的深度，所以理想状态下环状天平每格内煤粉量为容积的80%。转子称重完毕后，将煤粉输送到螺旋泵中，然后风机将煤粉流化，送到燃烧器。 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
（2）称重原理。为了运算简便，我们仍然使用累加法进行流量累计。转子秤区别于皮带秤，主要在于机体结构——环状天平。环状天平是圆柱形的，煤粉从12点钟方向从上方输送到环状天平内部，转子顺时针旋转将煤粉带到6点钟方向，然后煤粉从下部落到螺旋输送机中。煤粉顺时针方向经过环状天平，对右半部分产生一个压力，同时对左半部分产生一个拉力。就像跷跷板一样，所以传感器安装在9点钟方向，可以检测到这个拉力。为了防止没有物料时传感器不受力，所以在称重部分会安装配重块，使传感器始终都会受力。转子速度通过安装在电机尾端的测速齿轮，用接近开关采集速度信号，从而计量累积流量q，即： WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
q=∑n0（q1+q2+q3……qn） WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
将累积流量对时间微分，可求出瞬时流量，即： WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
q（t）=dq/dt WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
该数学模型已经很成熟了。通俗的说，就是测量砝码的ad值，先标定出斜率，然后与煤粉的ad值进行比值，计算出负荷率，再与速度相乘得到流量。该算法已经成功的运用到皮带秤上，使用效果良好。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
2.2 plc系统 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
cpu选用224dc/dc/dc，除做电气逻辑处理外，还使用高速计数器、pid运算、中断等。模拟量选用em235和em232，完成称重、变送输出、pid输出等功能。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
人机界面使用西门子s7-200“专用”触摸屏——ktp178，操作触摸屏对转子秤plc进行监控，变频器使用富士p11s/g11s通用型变频器。 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
上位机使用西门子opc软件——s7-200 pc access，在opc服务器中建立与plc通讯的变量，组态软件读取opc服务器中的中间变量，从而完成与plc的通讯。通过一个opc服务器，上位机可以连接多个plc，实行集中监控，而不会增加网络成本。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
2.3 程序设计 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
plc除完成流量计量外，还有很多功能。从plc程序来看，还是比较复杂的。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
（1）主程序。主程序中完成逻辑控制。自动运行模式要求系统最先开启螺旋泵，然后开启环状天平，最后开启给料机；而停机正好相反。定义服务；程序中定义10ms中断服务程序、定义高速计数器、初使值的载入、完成瞬时流量的累加等。 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
（2）服务程序。例如启动延时警告功能，当开启设备时产生一个3秒钟的输出，可以在现场接一个蜂鸣器，给予安全提示。例如脉冲速度滤波。plc作为电子秤的控制器，速度是比较关键的。像单片机编程比plc要灵活的多。而plc的时基很难做到很精确，像申克仪表，通过高速脉冲和时基的运算，可以将速度精确到小数点后第三位，但前提是时基要精确到微秒级。而plc是很难做到的。为了弥补这一点，我们尽量选择高频率的测速器，s7-200最高可以接收30khz的频率。除此之外，为了频率的稳定，还设计了三秒钟的速度滤波，尽量让速度变化过于平缓。对于变频测速，在现场调试设备时经常预到测速器因各种情况损坏而无法使用，而这一点在调速给料系统中往往是致命的。所以为了以防万一，预留了一通道ad，可以将变频器的电流设置成转速信号反蚀给plc。该功能可以在触摸屏上先进选择。除此之外，还设置了一个机内定速，即直接在plc内模拟一个理论速度参与运算。由于tp178触摸屏下方提供六个可组态的按钮，我将其定义为“停止、启动、自动、手动、增量、减量”。如果切换到手动状态下，可以直接通过“增量、减量”铵纽来调结输出电流，手动控制变频器转速，以达到流量调结的目的。 WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
（3）系统标定。分为零点标定和斜率标定。这个程序比较简单，在此不用详细说明，但是我们仍然将滤波做为重点，做了累计滤波和去极值滤波等，尽量让ad值更平滑。 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
（4）滤波。标定完成后系统在计量运行的时，由于机械加工时肯定会存在相当大的误差，而且环状天平中的转子格板中安装有毛毡，也可能会出现重量不均的现象，最终都会导致ad值有很大的波动。为了弥补这一点，专们设计了滤波程序，根据转子当前转速，计算出旋转一周的时间，再把这个时间作为滤波时间参与到程序中进行滤波运算。目的在于尽量让计量趋于平滑。因为假设下料量是均匀的，那么影响ad值波动的主要原因就是机械部分，而这个波动肯定是呈周期性的，所以我们认为该程序会起很有用的作用。使用s7-200的间接寻址指令会简化程序。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
（5）输出。输入分为变送输出、pid输出和脉冲输出。变送输出是根据当前称的量程和瞬时流量，以模拟量方式反馈瞬时流量给上位机。pid输出是根据给定流量和当前瞬时流量的对比，利用pi算法，输出一个模拟量给变频器，从而调整转子速度，调整给料流量。pid确实是个很令人头痛的问题。新版编程软件提供一个pid向导，可以自动生成一个pid程序。但经过反复调试、实验和整定，发现输出并不理想。最后还是用一个很成熟的算法，通过指令编写了程序。实验结果表明，当前流量为10kg，给定偏差为±5kg时，比例增益为0.5，积分时间为0.5，采样周期为0.05秒，正、反向调节时间为33秒左右。不同的pi整定值，调节时间也有预期的变化，证明pid程序正常，能够满足现场工艺要求。脉冲输出是通过数字量的方式完成累积流量的计量。输出方式是高电平保持100ms，低电平保持100ms，1秒种最大输出5个高电平。使用时，可以定义量冈，1个高电平对应一个量冈进行累积。比如定义100kg，那么上位机接收到2个脉冲时，累计200kg，再收到1个脉冲，累计300kg，依此类推。 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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3 系统调试 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
3.1 调试和报警 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
在现场调试了很多设备，对于仪表专业来说，信号是比较关键的，往往都是使用信号发生器来模拟。所以为了现场调试方便，设计了调试模式。分为数字量和模拟量，模拟量就是在触摸屏上输入一个电流值，然后在中控室上位机中测量。之反，也可以在触摸屏上看到给定的电流值是否正确。报警可以将外接报警事件如变频器过载结点接入输入端子，还有程序计算的流量上下限报警信号等，都可以产生报警事件。当然这些事件等级也都是可以设置的，既可以不管，也可以仅提示，还可以让其停机。 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户