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　　水泥行業對微機配料系統的要求是:能適應惡劣的現場環境，運行穩定，抗干擾能力強，計量準確，有數據加工處理能力，易于維修，同時具有良好的經濟性。我們設計了一種基于工業現場總線的新型微機配料系統，取得了良好的效果。

　　1　微機配料系統的結構和工作原理

　　微機配料控制系統由配料控制計算機和電氣控制柜2個基本部分組成，其總體結構如圖1所示。
　　

圖1　微機配制系統結構示意

　　配料控制計算機通過RS485通訊接口和電氣控制柜內的遠端數據采集模塊進行通訊，RS485也是一種簡單的工業現場總線標準，具有良好的抗干擾性和可擴展性，在微機的標準RS232串口上插接光電隔離的RS232/RS485轉換模塊，構成微機的RS485接口，采用這種通訊結構后，微機和它所控制的設備只有簡單的幾根線連接，避免了STD總線配料系統將過多的連線引入微機造成的干擾，因此配料控制計算機可采用工業PC或通用型微機。
　　

　　電氣控制柜由遠端數據采集與控制模塊4050、4017、電源板、脈沖觸發板和可控硅等組成，所有的元器件全部裝在1臺立式電氣柜內，結構緊湊，易于維護。
　　

　　4050和4017是自行研制的遠端數據采集與控制模塊，與研華系列的4017和4050，完全兼容，可以方便地互換使用，只是為了適應配料現場的惡劣環境，在設計上強化了防塵措施和抗干擾措施。
　　

　　4017是8路模擬量輸入模塊，12位的數模轉換芯片確保了數模轉換的精度，從而使配料系統可以很精確地測出很小的料重。模擬量輸入部分采用光電隔離芯片，進行光電隔離，消除了干擾信號對模塊內部的影響。
　　

　　4050是8路開關量輸入輸出模塊，4050的輸出信號驅動觸發脈沖放大板，控制電振機和開關門電動機的動作，實現上料、下料控制，另外可根據需要，擴展其他控制，如磨機軸溫、磨音監測和音響報警等。
　　

　　4050和4017都通過RS485總線與配料控制微機相連，由于采用總線式結構，可以根據需要，很方便地添加或減少模塊。只要用2根導線與總線掛接，在標準卡槽上安裝或拆除模塊即可。
　　

　　觸發板采用NE555集成電路構成移相觸發電路。觸發電路輸入端采用TLP521光耦芯片來隔離輸入信號，輸出端采用MOC3020光耦接通可控硅觸發電路，最大限度地實現了前級和后級的電隔離。觸發板輸入信號和輸出信號都可以通過發光二極管直觀地顯示出來，使維修非常方便。
　　

　　電控柜內所有的模塊、模板都由單獨的電源供電，避免了相互之間的干擾。
　　

　　由于采取了上述一系列措施，整個系統工作非常穩定。
　　

　　以失重秤(減量法斗式秤)為例，其工作原理為:
　　

　　將工藝設定參數，如產量、各路配比等輸入配料控制計算機，配料控制計算機計算出具體的各路每次下料量，當配料控制計算機運行配料程序后，通過RS485總線向4050模塊發出控制信號，4050的輸出驅動觸發板，使可控硅導通，上料電振機振動，開始上料。同時料斗質量數據通過傳感器輸入4017模塊，經模數轉換后經RS485口傳入配料控制機，由配料控制計算機與工藝設定值進行比較，當料重達到設定值后，向4050發出信號，停相應的上料電振機，當全部電振機停止后，驅動開門電動機，將配好的料放到皮帶上，完成一個循環。生產過程中的累積數據，存儲在配料控制計算機上，隨時可由管理機讀取。

　　2　系統軟件設計

　　配料程序采用VC++高級語言編寫，全部源程序最后編譯成一個Windows操作系統下的可執行文件，2M左右大小，可以方便地復制、刪除。配料系統開機時在Windows 9X或Windows NT操作系統下執行即可。
　　

　　配料程序由以下的子程序組成:
　　

　　系統初始化子程序、重量信號采集子程序、標秤子程序、配料量計算子程序、配料比誤差補償子程序和故障報警子程序。這里介紹4個子程序。
　　

　　1)配料計算子程序
　　

　　根據管理機下達的工藝參數或手動輸入的工藝參數，自動計算出各路物料每次下料的質量，以及上料和放料時應達到的稱重值。操作人員輸入的配料比，各路相加之和必須為100%，否則提示操作者是否重新輸入。
　　

　　2)質量信號采集子程序
　　

　　由于上料、下料都有沖擊干擾，因此當采集質量信號時，進行數字濾波，該程序完成濾波過程。
　

　　3)配料量誤差補償子程序
　　

　　配料循環開始時，各路上料電振機將相應料倉中的物料通過振動加到對應的料斗中，計算機同時對各路料斗中的物料質量進行檢測，當達到配料比例時，停止對應料斗的上料過程，待所有各路料斗的物料穩定后，測量料斗的質量，分別儲存起來，然后啟動開門電動機，將料斗中的物料放落下來，進行配料，完成一個配料周期。
　　

　　此時，電振機、電動機都停止運行，再測量各路料斗的質量，與上完料后的各個料斗的質量相減，得出的即是本次該物料的配料質量。
　　

由于上下物料時有沖擊，測量出的料斗質量不可能正好達到配料比例要求，不足或超過部分，作為誤差，將在下次下料時予以補償。
　　4)報警子程序
　　

　　稱重過程中，在一段時間內，若某一路上料或下料的工序無法完成，說明上料或下料的通道有障礙，相應的報警指示燈亮，并發出聲音信號，提醒操作人員及時處理。

　　3　微機配料系統的安裝調試及使用效果

　　以河北遷安沙灤水泥廠生料配料系統安裝調試過程為例，說明微機配料系統的實際使用情況。該生料系統共有6臺斗秤(其中1臺未用)，配料工藝要求如表1所示。

　　其中3路斗秤采用100kg秤體(30kg傳感器)，另3路采用500kg秤體(50kg傳感器)，傳感器采用電流輸出拉力傳感器，輸出為4～20mA標準信號，由于秤體本身有杠桿作用，所以每臺秤的最大稱量能力都遠遠大于實際需求。這樣做一是為將來該廠技術改造后提高產量留有余地，二是避免非正常生產狀態下損壞傳感器，因為停產檢修時秤體可能受到多人的踩踏和工具的磕碰，較小的傳感器易發生過載損壞，我們在實際調試中多次遇到這種情況。
　　

　　由于4017的輸入信號是0～5V電壓信號，所以應該在信號輸入端子上并聯250Ω電阻，將傳感器的電流信號轉換為電壓信號，但由于使用的傳感器量程偏大，在測量小料重時電壓信號的變化范圍較小，有可能影響測量精度，可根據情況，將并聯電阻改為500Ω，以增大電壓的動態范圍。
　　

　　當傳感器、電動機、電振機分別接到電氣控制柜對應的端子后，即可進行標秤，首先執行配料程序，在標準的下拉菜單中選擇“測量皮重”，然后根據每路下料量的大小選擇20kg或40kg的砝碼放在秤盤上，同時輸入砝碼的質量，待計算機上顯示的傳感器電壓值穩定后，按“回車”鍵，計算機自動形成“電壓-料重”變換系數，這樣即可將傳感器信號轉換成料重數據。
　　

　　標秤完畢后，輸入表1所示的工藝參數要求。其中周期應選得長一些，這樣系統有充分的穩定時間，而且每次下料量較大，可避免過小的下料量所造成的誤差，因斗秤系統是瞬時放料，每次放料過多，容易放到皮帶以外，因此周期一般取15～20s，失重秤可取25～30s。
　　

　　此時選擇“運行”，即可進行正式生產。全部安裝調試過程不超過2h，廠方采用化驗法來驗收配料系統的配料精度，在正式生產后的第1個8點班，每隔0.5h取樣化驗1次，其中主要指標CaO含量值應控制在(42.83±0.3)%，不合格試樣僅3個，合格率由原來的50%左右提高到80%以上，廠方非常滿意。相比之下，該廠的熟料系統采用STD總線機控制系統，從安裝到完全正常生產，整整花了3個月時間。可見該配料系統性能明顯優于STD總線機配料系統。

　　4　構成集散系統

　　在配料控制計算機上插入以太網卡，通過工業以太網將配料計算機和若干臺管理計算機連接起來，就構成了一個如圖1所示的兩級集散系統。
　　

　　由若干臺生產管理計算機構成控制管理級，用來控制生產計劃、完成數據分析、質量控制、工藝設定等功能，將來可擴展到銷售、財務等管理功能。
　　

　　由生料配料控制計算機、熟料配料控制計算機構成基礎控制級，用來控制電氣柜，完成數據采集、上料、放料，實現自動配料。
　　控制管理級計算機和基礎控制級計算機之間，通過以太網連接，實現數據交換。這樣就為整個廠管理上檔次提供了一個經濟型解決方案。