在线加电子秤的开发与应用

浦湘凯

(中国建材国际工程集团有限公司,蚌埠 233018)

在线加电子秤的开发与应用

浦湘凯

(中国建材国际工程集团有限公司,蚌埠 233018)

该文介绍了电子称量自动配料系统,分析了在线加电子秤的重要性,详细介绍了设备的电气设计和安装以及软件的编程和调试。生产实践证明,该系统安全可靠。

电子秤; 电气安装; 软件调试

近年来,随着计算机技术的飞速发展,我国许多玻璃企业都先后装备了玻璃自动配料系统,为提高玻璃生产的自动化水平、玻璃的产量和质量起到了积极的作用。原料配料系统的精度、均匀度等指标直接影响产品质量,对于玻璃行业,在一个窑期内必须日夜不断地向熔窑连续供料,受熔窑窑龄的限制,错失良机往往会导致错过一个窑期。随着市场对玻璃需求的不断变化,有时需要改变玻璃的颜色,这就需要改变玻璃成分,加一些小料或着色剂,就要在原有配料系统上加秤。但这往往会对连续生产的玻璃生产线带来严重影响,传统意义上加秤会降低玻璃拉引量,调试只能等窑头料仓打满后至窑头料仓料位下限之前1～2 h内进行。这样不仅效率低、时间长,还会有很大风险,甚至导致很长一段时间生产不出合格的产品,给企业带来了很大的损失。

1 电子称量自动配料系统

1.1 系统简介

原料电子称量自动配料系统是利用称重传感器作为变换元件,把被称物料的质量按一定的比例关系转换成与其相应的电信号,利用称量显示控制仪进行模数转换和显示并进行数据的通讯和交换,通过计算机和PLC(可编程控制器)进行一系列过程控制和监控的装置。该系统在Win7的计算机平台上,采用当今先进的工控软件(Wincc),利用动态图形,模拟现场设备运转状态,图形逼真,操作简便,对整个原料上料及称量系统进行自动实时监控。配料数据、配料参数、混合参数等只需在计算机上根据提示进行设定。由PLC完成全部逻辑联锁控制。

1.2 软硬件环境及通讯

该系统主要由上位机(DELL)、打印机、PLC、称量显示仪、称重传感器等组成。上位机与PLC通讯采用工业以太网,PLC与仪表通讯采用Profibus DP实现了现场总线向以太网的转移,使得通讯更可靠、稳定。系统通讯示意图,见图1。

1.3 软件的功能

1)该软件实现对玻璃原料上料、配料称量工序、混合工序、混合料输送工序、窑头仓布料工序的自动控制,使用SIMATIC集成为一个标准的自动化系统。由中央控制室中的上位机通过STEP7来编程、监控、组态和诊断,真正实现了上料、配料、输送、布料的自动化,形成了原料自动配料控制系统,提高玻璃行业自动化水平。

2)利用西门子工控软件Wincc实现模拟现场设备运行状态、人机对话、自动实时监控。

3)自动存储配方及各原料生产报表,可随时翻阅打印。

4)对称量误差、在线设备故障、称量超时等系统故障报警,上位机屏幕显示报警内容并存储。

5)自动将测得的原料含水率模拟信号转为数字信号后,在控制室通过二次仪表显示,通过PLC程序实时计算原料用量。

6)通过称量显示仪的实时数字显示重量,实现对物料数据实时监控。

1.4 软件的优点

1)该软件系统可实现两台上位机对两条生产线的实时监控,互为备用,保证了系统的可靠运行。

2)该软件系统操作简单,易于掌握,操作员只需根据提示进行数据输入、画面切换、按动按钮等工作。

3)该配料系统的操作包括自动、半自动及手动三种方式,三种操作模式可灵活切换,便于处理紧急状况。自动运行方式下,由PLC依其内部程序对系统进行控制,其配料系统的配料参数由主机输入后进行设定,自动方式下称量,显示仪上不需要任何操作。当需要打印配料参数时,只需在上位机上按下相关按钮,配料参数自动打印。半自动方式是指上位机出现故障的情况下,通过模拟屏上的按钮实现自动配料,只是不能修改配方和参数,可以为维修或更换上位机争取时间。手动方式一般是在PLC出现故障或其他重大事故的情况下,无法进行正常的自动配料,这个时候通过模拟屏上的按钮和称重显示仪表来进行手动配料,以保证窑头的供料。配料系统模拟屏,见图2。

4)系统各环节配有声光报警及电脑屏幕自动提示报警内容。

5)根据自动测的硅砂水分进行模数转换后自动计算出配合料水分,并通过PLC程序自动计算出硅砂的配方用量,大大提高了配料精度。

6)检测到金属废料时发出声光报警,并自动排除废料直到无金属检测出。

7)实现了自动验秤,操作员只要点动上位机上的自动验秤按钮,系统就会自动对各台秤进行检验,并自动保存验秤的数据,可随时翻阅打印。

8)在配料过程中只要点击上位机画面上的暂停按钮即可暂停称量系统,恢复称量继续进行。配料次数可随意设定,自动停止配料。

9)在同一系统中可对一种物料进行减量法和另外多种物料进行增量法称量。10)设备发生故障时先报警再自动停机保护。

1.5 与国内外同类先进软件相比

目前工业控制系统已经由现场总线逐步向工业以太网方向转移。以太网接口通用性强,和上级管理软件容易连接。但现在工业用仪表具有以太网接口的不多,制造厂商需要一段时间来更新。所以,现在许多系统都是现场总线和工业以太网并用。

此套系统、仪表和PLC的连接采用西门子现场总线标准Profibus,和上级系统的连接采用工业以太网。在软件控制及使用上与同类软件相比直观易懂、操作者易于掌握、实际使用方便,而且功能齐全,达到了行业内先进水平,同时相对于国外同类先进软件系统,成本节约了近50%～70%。

了解了原料电子称量自动配料系统,下面以芜湖信义玻璃厂为例,介绍在线加电子秤的新方法和新思路,此法在规避风险提高效率的同时,为业主大大提高了经济效益。

2 新加电子秤相关设备的设计安装和调试

2.1 新加电子秤的设计

从设计角度上来讲,就是在配料系统中增加一台电子秤。首先要考虑的是布局,原料车间空间狭促,新增料仓的位置、高度、楼面开孔的位置、集料皮带的位置都需要现场实地的测量,确保新秤不与其他设备相干涉,新开孔洞必须错开土建承重梁。如果需要搭建钢平台,现场务必留出行走通道及设备检修空间。

2.2 新加电子秤的安装

设备的安装阶段是最重要的环节,此阶段不同于筹建时期的设备安装,原料车间的粉尘、噪音会给安装带来一定的困难。因此,安装人员必须做好相应的防护工作,必须在保证不影响正常生产的情况下进行作业,严禁触碰其他称量设备。安装时本着从上到下的顺序一步一步按图施工,对易损物件做好保护,在进行电焊作业时要注意接地线务必连接在焊件上,不可随意搭接,尤其不可就近接于其他设备上。电焊产生的强大电流足以击穿电子秤的称重模块,如果这样会使电子秤失效从而影响配料生产,一旦出现窑头断料的情况必将造成重大经济损失。

2.3 新加电子秤的调试

调试阶段同样不可忽视,因为不能影响到正常的配料生产,所以调试只能安排在配料的间隙中,通常每8 h只有2 h的空档可以使用。因为工期的原因又必须保证进度,我们制定了详细的调试计划,把多项工作合并后加派人手,再分成若干小组。在对喂料螺旋、振动料斗等设备进行试车的同时,对气缸等执行元件进行调试。在对反馈信号进行比对的同时,对电子秤进行校验。

3 新加电子秤电气的设计安装和调试

3.1 电气设计

首先,电气设计过程中应积极与厂方技术人员核对、交流。在原有图纸上把新增及需要改动的图纸做好标记,再一并与原控制柜相同尺寸的小安装板上把新加秤的控制回路、端子做好后,通电调试,这样到现场只需把安装板装到控制柜里,把外围动力和控制线按图纸接到端子上就可以了,大大的降低了出错的几率,也提高了速率。其次,先把图纸传给厂方技术人员让他们按图纸开好孔,放好线,做好准备工作。由于现场调试新的控制系统及软件容易影响生产,因此PLC及系统软件应全部在模拟的环境下调试运行,有条件的话,可以让工厂技术人员参与模拟调试。至此,确保系统的安装与调试不会带来太多的麻烦。新加秤控制回路安装板,见图3。

3.2 电气安装调试

首先,把不影响原配料系统正常工作的安装工作提前完成,如现场设备的安装及接线、新加控制系统电气元器件的安装及接线、仪表的开孔及安装等。其次,安装改造期间不能影响熔窑的正常生产(即正常供料),调试只能等窑头料仓打满后至窑头料仓料位下限之前这段时间内进行,调试时间最好控制在2 h之内。要确保在线加电子秤的成功,关键是要有一个全面详细的调试计划,并逐项与工厂技术人员核对、交流直至达成共识。先将原有控制回路挑选出来,分成几类:1)有源输入:接地开关等。2)无源输入:行程开关,继电器接点等。3)有源输出:给料机等执行机构。4)无源输出:执行机构等。5)其它:称重仪表等。

在配料间隙时,根据分类分别并入新控制系统中。为安全起见,交流控制电源要取同相位,在安装检查完之后,逐一进行手动调试,把控制和反馈以及PLC的接点都核对正确,为自动配料调试做好准备。最后,按新加电子秤的工艺要求将新加的电子秤校验一下,确保新加电子秤的量程和精度都能满足生产需求。

4 软件调试

加秤的核心在于新加的称重仪表要与原系统通讯正常,所以首先要把通讯联接好,这才是关键。手动调试完成后,把窑头料仓打满,若有条件可准备一些配合料。在原配料系统停止后,先把新加仪表通电,把做好的硬件组态下到PLC中。等通讯正常以后再把程序下到PLC中,接着先把新加的电子秤单独进行一次自动配料,正常后再自动运行整个新配料系统并配好两副料。若通讯过程中有问题,可把原先的组态及程序重新下到PLC中继续配料,以防止窑头空仓。我们这次在芜湖信义玻璃厂加秤时由于准备充分、安装仔细、通讯顺利,一共用了不到1 h就完成了整个过程,得到了业主的肯定。

5 结 语

按传统方法加秤,要先降低拉引量,会影响几天甚至更长时间的产量,产量降低就意味着产值降低,业主损失可能多达上百万元,更有甚者在加秤的过程中出现问题,造成配合料中断,不得不被迫加碎玻璃,造成很长时间都出不了好玻璃。所以,我们这次加秤的成功,使许多想加秤又担心出现上述情况的工厂可以从容的在原配料系统上安排加秤,从而既规避了风险、减低了损失,又增加了企业的竞争力。到目前为止,已在广东虎门信义、芜湖信义二期中完成了在线加电子秤,设备运转正常,受到用户的一致好评。同时,已与思可达等玻璃厂签订技术应用合同,此外还有不少玻璃厂与我公司联系咨询加秤的相关情况,在玻璃行业得到了广泛应用,并逐步向其他相关行业推广。

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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.

浦湘凯(1980-),工程师.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)