基于現場(chǎng)總線(xiàn)的智能稱(chēng)量系統

1、引言
   
萊鋼新建3#750高爐槽下稱(chēng)量系統中采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)schneider公司的智能稱(chēng)重模塊和mb+網(wǎng)絡(luò )軟、硬件構成現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據采集網(wǎng)，實(shí)現測量數據的數字化傳輸，提高了入爐爐料重量信號的測量精度和測量系統的抗干擾能力。較好解決了現場(chǎng)一次測量裝置所采集的信號在傳輸過(guò)程中受到干擾影響而產(chǎn)生畸變和失真的問(wèn)題。

2、槽下配料工藝概況
   
高爐入爐爐料包括大燒結礦、小燒結礦、焦炭、燒結球團及其它輔料，分別從原料場(chǎng)、豎爐和燒結機運來(lái)，經(jīng)槽上輸送到各個(gè)料倉。根據入爐料單來(lái)選擇爐料的種類(lèi)和重量，選中一個(gè)料倉時(shí)，倉內爐料經(jīng)振篩輸送到稱(chēng)量斗稱(chēng)量，稱(chēng)量后經(jīng)皮帶去上料小車(chē)，送到爐頂料罐。示意圖如圖1所示: 

圖1    工藝流程示意圖

3、智能稱(chēng)量系統的拓樸結構
   
智能稱(chēng)量系統的現場(chǎng)總線(xiàn)以mb+網(wǎng)和12個(gè)isp momentum weighing module為主干，構成令牌總線(xiàn)，通過(guò)槽下plc的nom模塊與控制系統相聯(lián)。plc控制器通過(guò)noe以太網(wǎng)模塊接入3#750高爐光纖主干網(wǎng)（以太網(wǎng)），服務(wù)器與工作站均接在以太網(wǎng)上,如圖2所示。

圖2    智能稱(chēng)量系統的拓撲結構示意圖
  
12個(gè)isp momentum weighing module按邏輯環(huán)的順序依次持有令牌，誰(shuí)得到令牌，便有權與控制器交換信息，包括控制指令、采集的數據、奇偶校驗、模塊狀態(tài)等。有效的重量信號則由控制器轉發(fā)到服務(wù)器，由控制器和工作站共享，控制器利用這些信號進(jìn)行實(shí)時(shí)配料控制，進(jìn)行料空、料滿(mǎn)判別，爐料水分補正，爐料配比控制等，并在工作站的監控畫(huà)面上顯示。

4、智能稱(chēng)量系統的軟件功能
   
該系統的軟件功能包括通訊、稱(chēng)量裝置設定與校驗、智能控制、歷史記錄與打印設置等。

4.1  通訊功能
   
為適應不同應用場(chǎng)合，系統預留多種通訊方式和接口，通訊接口有:用于網(wǎng)絡(luò )通訊的mb+、mb、mbtcp/ip、m1;作為現場(chǎng)編程接口的rs232/rj11，它可在現場(chǎng)組態(tài)或單個(gè)模塊獨立運行;作為現場(chǎng)顯示端口的rs485/rj11;一個(gè)作為現場(chǎng)打印口的9pin串口。該系統基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)mb+口數據上傳到服務(wù)器，其它接口則作為應急備用。
   
該系統基于mb+網(wǎng)，12個(gè)智能模塊組成邏輯令牌環(huán)，每個(gè)模塊依次獲得令牌，當第i個(gè)模塊得到令牌時(shí)，便有權與控制器交換信息，包括控制指令、采集的數據、奇偶校驗、模塊狀態(tài)等。有效重量信號則由控制器轉發(fā)到服務(wù)器，該模塊完成后，便將令牌傳給另一個(gè)模塊，如此循環(huán)下去。若某一個(gè)模塊出現故障，則將其從邏輯環(huán)中自動(dòng)清除，待其恢復后再接入邏輯環(huán)中?，F場(chǎng)總線(xiàn)的通訊速率為1mbps。

4.2  稱(chēng)量裝置設定與校驗

1） 稱(chēng)量裝置設定

稱(chēng)量間隔:為適應不同大小的稱(chēng)量斗和不同的物料，要進(jìn)行稱(chēng)量間隔設定，間隔的等級從0.01、0.02、0.05、0.1 ……最大到50000kg，用戶(hù)要根據稱(chēng)的額定值來(lái)選擇相應的稱(chēng)量刻度;
稱(chēng)量極限設置:系統給出三個(gè)選擇:２％mr、５％mr、９％mr（max range），可根據設備的狀態(tài)靈活選擇。

（2） 稱(chēng)量裝置校驗:稱(chēng)量裝置校驗分三種模式，兩個(gè)階段。

三種模式:

•標準模式:當校稱(chēng)載荷≥75%mr時(shí)，按此模式校稱(chēng);
•降級模式:當校稱(chēng)載荷達不到標準模式要求時(shí)，執行此模式;
•強制模式:當認為上次校稱(chēng)有問(wèn)題或無(wú)效時(shí)，執行此模式覆蓋上次的校驗，該模式又分增荷和降荷兩種。

兩個(gè)階段:

•零點(diǎn)校驗:稱(chēng)量斗為空，根據各稱(chēng)量斗的自重來(lái)調節稱(chēng)的零點(diǎn);
•載荷校驗:用適當的載荷來(lái)標定稱(chēng)量裝置的線(xiàn)性度，可根據具體的現場(chǎng)條件來(lái)選擇上述三種模式之一，通常采用標準模式進(jìn)行。

4.3  智能控制

（1） 零點(diǎn)遷移和自動(dòng)跟蹤
   
零點(diǎn)的遷移范圍有兩種:±２％mr和±５％mr。要實(shí)現零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤，零點(diǎn)遷移范圍必須選擇±２％mr，系統自動(dòng)記錄稱(chēng)量斗內每次裝入的凈荷w1和卸出的凈荷w2，然后計算差值δw, 根據δw的大小和極性自動(dòng)修正稱(chēng)量裝置零點(diǎn)。
δw＝w１-w２

（2）數字濾波
   
稱(chēng)量系統中，稱(chēng)重傳感器所采集的料重信號最初是模擬信號，在采集傳送過(guò)程中不可避免要受到干擾，為消除這種干擾，系統將信號進(jìn)行a/d轉換再進(jìn)行數字濾波處理。
   
數字濾波器為兩種:fir濾波器和iir濾波器。

（3） 測量穩定性的自適應
   
要使測量數據準確，在一定的時(shí)間間隔（t）內重量的變化要在允許的范圍（r）內，系統根據重量的變化率進(jìn)行自適應調節，t和r的可選值為:

t:0.4s、0.5s、0.7s、1s;
r:2.25d、3.25d、4.25d、6.25d、8.25d（division）。

（4） 流量計算與上料單控制
   
系統可對一臺稱(chēng)量裝置或一種爐料（在一個(gè)或多個(gè)倉中）計算其流量的瞬時(shí)值和累計值。當操作員在監視畫(huà)面上填寫(xiě)好上料單后，就確定了各種爐料的設定重量，系統計算各種爐料的累計值，當與設定值相等時(shí)則結束該種爐料的供料。當上料單全部執行完畢，系統就等待下一個(gè)上料單。

（5） 料流控制
   
為了提高定量稱(chēng)量的準確性，提高稱(chēng)量系統的工作效率，控制稱(chēng)量斗的載重不超過(guò)其額定值，需要對進(jìn)入稱(chēng)量斗的料流進(jìn)行控制。這里的定量稱(chēng)量包括定量裝料和定量卸料兩個(gè)環(huán)節。
   
裝料的稱(chēng)量過(guò)程為:開(kāi)始時(shí)，以較大的料流裝料，系統輸出q1電平控制料流;當稱(chēng)量斗內的重量達到高速料流截止點(diǎn)（high flow cut-off）時(shí)，系統輸出q2電平，減小料流;當稱(chēng)量斗內凈重（net weight）達到設定值時(shí)，關(guān)閉料流。料流曲線(xiàn)如圖3所示。卸料的稱(chēng)量過(guò)程與裝料相似。

圖3    料流控制示意圖

4.4歷史記錄與打印設置
   
為方便生產(chǎn)管理，系統在數據庫中存放規定時(shí)間段內的料重數據，可以在工作站上顯示并提供查閱和打印。

5  系統調試

（1） 零點(diǎn)標定 零點(diǎn)標定要確認稱(chēng)量斗內無(wú)載荷，清除斗內雜物，輸入測量元件最大測量范圍，選擇scale division值，按零點(diǎn)標定按鈕進(jìn)入標定程序，進(jìn)程結束后，數據自動(dòng)存檔記錄;
（2） 載荷標定 零點(diǎn)標定完成以后，進(jìn)行載荷標定，按標準模式進(jìn)行，凈載荷加到75%額定值，按載荷標定按鈕即進(jìn)入標定程序，標定進(jìn)程結束之后，數據自動(dòng)存檔記錄。測量完畢后，以25%額定值的幅度減載荷，直到載荷全部卸除。
（3） 數據傳輸調試 稱(chēng)量系統標定后進(jìn)行數據傳輸調試，確保生產(chǎn)過(guò)程中數據傳輸的準確可靠;
（4） 邏輯環(huán)調試 人為使一個(gè)節點(diǎn)故障，系統能否將其自動(dòng)卸除;恢復該節點(diǎn)，看系統能否將其自動(dòng)加入邏輯環(huán);
（5） 傳輸率和誤碼率測試 網(wǎng)絡(luò )中等負載情況下進(jìn)行數據發(fā)送和數據接收測試。

6、結束語(yǔ)
   
系統投運以來(lái)，數據傳輸和測量準確，由于實(shí)現了數字化數據傳輸，避免了傳統模擬量信號傳送過(guò)程中的長(cháng)線(xiàn)干擾，大大提高了稱(chēng)重系統的抗干擾能力。在測量刻度劃分、零點(diǎn)校正、測量穩定性進(jìn)行自適應控制，提高了定量稱(chēng)量的準確性。用戶(hù)反映良好，有很高的推廣價(jià)值。