0前言

斗秤作为物料配料的计量控制装置，在我国南方中小型水泥厂得到了广泛应用。这是一种由桶形容器组成的计量配料设备。斗式容器整体固定在称重模块上，在其侧面底部安装一个可由电磁气动阀打开和关闭的斗门，用于定期定量卸料和进料（当斗门打开时，斗秤中的物料排出，当斗门关闭时，物料可通过电动振动器或螺旋刀从上方进入斗秤）。斗秤具有结构简单、制造方便、故障率低、配料精度高等优点，能够满足水泥生产工艺的要求，在中小型水泥厂得到广泛应用。

1对料斗秤配料机改善的技术要求

针对新的料斗秤配料机，湖山公司提出以下技术要求：

(1)配料机共有20种斗式，其中熟料秤4台，石膏秤2台，石料秤3台，底渣秤1台，飞灰秤10台。这20种秤依次编号为“1~#20”，其给料方式如下:熟料秤、石膏秤、石料秤、底渣秤等。由电动振动器给料，飞灰鳞片由螺旋输送给料。要求配料机通过控制电动振动器或螺旋输送(以下简称加料设备)的启停方式来控制这20台的加料速度。

(2)在操作界面中，可从20台秤中随机选择几台参与配料，操作界面可自动或手动切换:进入自动状态时，所选秤全部进入全自动配料状态，按照给定的总流量和每台秤的比例循环进出物料，将进入秤的物料净重与目标值进行比较，形成下一台秤的目标值，累计物料净重。当进入手动状态时，研磨操作可以手动启动和停止给料设备，打开和关闭斗秤的斗门，校准斗秤的实物并修正相应的参数。

(3)当系统进入自动状态时，被选中参与配料的N台机组在每个配料周期16s的时间段内同步（to~ti=2.5s，斗门关闭；Ti~t=9s，加料时间；T~t~t=1s，停止消隐并等待一段时间；T4~ts~te=3.5秒，斗门打开），仅执行一次进料和出料动作。关闭卸料斗门并启动进料设备。当卸载时间达到或进入秤的物料净重接近目标值时，考虑到物料的惯性，应提前停止给料设备。当所有被选中参与配料的N台秤都完成一个配料周期后，这N台秤将同时进入下一个配料过程，以此类推。

（4）当系统进入自动状态时，每台秤的控制方式如下:通过关闭电磁气动阀门，秤体的斗门关闭，经过一定的延时后，启动给料设备使物料进入秤内；当进入秤的物料净重接近目标值或已加料9s时，停止设备加料，静置一段时间，然后启动电磁气动阀打开料斗门进行出料。

(5)在一个配料循环中，如果一个、一个或几个秤没有给料或给料不足，将发出报警，并在下一个配料循环中进行给料；如果秤的皮重过大(如超过20kg)，则报警并停止称重；如果连续三次秤不能提供足够的物料，则停止给秤供料并报警。在一个配料周期中，如果秤中的空白太多，空白将在下一个配料周期中减少。

(6)每台秤在16秒内称量/24台秤，16秒内获得的皮重取样值被平均为接下来24个配料周期的皮重。

(7)在操作界面上配置生产报表:报表包括每班值班时间、配料秤数量、所有物料通过料斗秤的报警次数和报警等待时间、32.5和42.5级水泥的班产量、月产量和年产量、磨机的小时产量、每种物料的配比和实际配料量、通过键盘输入的化验数据和报表打印等。

(8)必须考虑今后系统扩展的需求。

2料斗秤配料机改造的总体方案

由于料斗秤的配料是用秤来进行的，所以料斗秤的配料显然属于所谓的“间歇式”配料，不同于目前流行的皮带秤或转子定量给料机等“连续式”配料。而且这种“间歇式”配料中的料斗秤完全是非标准称重仪表，现场工作条件恶劣，很难实现精确控制和系统设计。根据以上技术要求，提出如下解决方案:料斗秤搅拌机采用西门子S7300PLC现场控制站+上位机的形式，组成DCS控制系统，实现配料控制。即现场控制站的硬件，用西门子S7300系列模块，操作站的软件采用WinCCV6.2版本，其控制器程序包括以下几个方面。

(1)模拟量输入程序块及数字滤波功能块，完成20台秘的重量信号处理。

(2)计量控制程序块，这是主要的控制程序，所有20台秤的进料方式、进料设备的启停、斗门的开启及关闭、各种报警、下一秤目标值的计算、对当前采样的物料重量值的累计等均在这一程序块中进行处理；由于当每一台秤的配比给定以后其控制都具有相对的独立性，而且每一台秤的控制方式都相同，所以可以编制适用于每一台秤的控制的功能块。

(3)配料给定程序块，每一台秤的每一秤的目标值由总给定流量及该秤的配比通过计算给出。

(4)重量累计程序块，所有参与配料的秤的每-秤的重量、每一台秤的流量、实际的总流量分32.5级及42.5级水泥品种在此程序块中进行计算。

(5)总清零程序块，每班的班报表、月报表、年报表在进行打印后对打印前的数据进行清零。

(6)年、月、日时间计算程序块，与报表相关的年、月、日时间，白、中、夜班的转换、计算流量所需要的时间等。

上位机主操作界面的组态主要完成功能有：每一台的配比输入、当下目标值、下一秤目标值、平均皮重、本次皮重、本次净重、单秤重量累计、实际配比、手动开关斗门、手动启停进料设备手动/自动控制切换32.5级及42.5级水泥的总流量给定、流量反馈及总重量累计等变量。对生产日报表，可以把每一台秤的配比、实际掺人量、月物料重量累计、年物料重量累计、称量次数、报警次数、报警等待时间、磨机台时产量、水泥班产量、水泥月产量、水泥年产量、每小时的水泥细度值、SO；含量、库位等变量组态到生产日报表上。另外还需组态报警界面及校秤界面等。

3斗式配料机PLC硬件控制电路的设计

本系统涉及到的控制电路主要是PLC的硬件控制电路，设计方案如下。

(1)控制器CPU315-2DP的电源电压是DC24V，通过电源模块PS307供电。

(2)开关量输人模块SM321/16DI，系统中有二块开关量输人模块SM321/16DI，其供电电压为AC220V，其中KB1~KB20等分别为"1~"20秤斗门关闭状态反馈信号。斗门关闭则相应的KB触点闭合，反之则触点分断，开关量输人模块可以实时的测试到KB触点的闭合与分断状态。

(3)开关量输出模块SM322/32D0及SM322/16DO的输出信号电路，其中二模块的供电电压均为AC220V。KA1~KA20等分别为"1~"20的配料设备的启停驱动继电器，KA21~KA40则分别是"1~"20秤的斗门开启及关闭的驱动继电器。驱动继电器KA1~KA40通电，则输出相应的驱动信号驱动相应的设备。

(4)模拟量输人模块SM331/AI8(系统内共有3块)，模拟量输入模块SM331/AI8的电源电压是DC24V，其中与各模拟量通道对应的接线端子601~603、605~607、··...··等分别与1~"20秤的称量模块的输出信号端子相连接，计量模块的输出信号的范围是0~10mA的信号，而模拟量输入模块SM331/AI8的通道参数设定需要与之相匹配。这样秤体内物料的重量信号就能通过相应的模拟量通道被采样到。

4料斗秤配料机的软件编制

下面是料斗秤配料机的几个主要PLC程序的结构和程序功能的详细介绍。

(1)模拟量输人程序块。这是对每台秤的重量输人信号进行处理，转换为实数而后对这样n个实数再取平均值的程序。每台秤的重量信号送入PLC的模拟量通道，模拟量通道将这种信号转化为可以被PLC的CPU进行处理的数字量信号。由于正常情况下模拟量输人模块将各种模拟量输人信号均不加区分的统一转化为0~27648之间没有任何物理意义的纯粹的数字量，再经A/D转换获得具有实际物理意义数据。转换时必须考虑相应的数字量所对应的测量某种物理量仪表的计量单位及其量程范围。例如对于某一台秤的一个重量信号G经PLC的模拟量输入通道转换后变换为数字量M，再经过转换变为浮点数N，则根据简单的比例关系可得G.N/27648xhxHIRANGE(kg)(对熟料秤而言，HIRANGE=300；对其他秤而言，HIRANGE=150，h为校秤时的修正系数)，即经过此运算就可以把纯粹的数字量N转化为实数供CPU处理。

(2)计量控制程序块。这是配料系统中主要的程序，包括进料设备的启停程序、斗门的打开关闭程序，各种报警处理程序，补料及减料(即当进人料斗秤的物料重量小于给定重量则对下一秤增加下料量，反之则减少下一秤的下料量，这实际上也是一种“间断性”负反馈控制)的条件及方式，单台分32.5级及42.5级的重量累积等。程序中每台秤的自动时段循环控制程序部分由6个接通延时定时器(T~T..s)组成，这6个定时器通过上一个定时器定时启动下一个定时器、最后一个定时器又定时激活第个定时器进入新的循环过程的循环启动方式构成一个时段循环控制程序。当选定的需要参与配料的几台秤的配比输人为100%、并且选定所要生产的水泥品种(32.5级或42.5级水泥)每一台的配比不为零并且没有停机报警、系统选择为自动运行时每台参与配料的料斗秤就自动的按控制程序规定的方式循环往复的运行下去，直至点击停止按钮。

(3)配料给定程序块。这是把界面上32.5级水泥或42.5级水泥的给定总流量及参与配料的每一台料斗秤的给定配比计算出每一台秤的单次配料目标值，每经过24次的配料再把此前自本班运行(或每次停机)以来的目标值的累计量与反馈累计量的差值(累计偏差)平均分配到下一个24次配料的目标值中，形成下一个24秤的参考目标值，每一台参与配料的料斗秤下一个24秤的每一次下料量的多少基本由此决定。在这里用目标值通过计算形成参考目标值的方法实际是“间断性”配料控制中的所谓负反馈闭环控制，可以真正实现提高配料过程的平均配料精度及配料的稳定性。

(4)重量累计程序块。用于把每台参与配料的料斗秤的各自的累计重量分32.5级及425级品种相加，算出当班相应的32.5级及42.5级水泥总产量，并根据当班总产量及运行时间计算出台时产量及各台秤的台时产量的程序。

(5)总清零程序块。这是值班员在值满8h班时在打印报表的同时对当班的各台秤的累计重量、配料次数、32.5级及42.5级水泥总产量、总报警次数等进行自动清零。如果打印时恰逢当月的24日，则同时对当月的所有各台秤的月重量累计量及相应的32.5级及42.5级水泥月产量清零；如果打印时是12月31日，则同时对当年的所有各台秘的年重量累计量及相应的32.5级及42.5级水泥年产量清零。

(6)年、月、日时间计算显示程序块：该程序块通过调用SFC1、FC6及FC8等系统功能，借助FC6把SFC1读取的DT格式的“DateAndTime”参数转化为以“Date(即天)”为单位的双字节十进制数，再通过对“Date”参数进行计算从而获取“年”“月”“日”等单位的时间参数；借助FC8把SFC1读取的DT格式的“DateAndTime”参数转化为用“TOD(即毫秒)”为单位的双字十进制数，再通过对“TOD”参数进行计算从而获取“时”、“分”“秒”等单位的时间参数。这些时间参数主要用于生产报表中的“年”“月”、“日”及“时”“分”“秒”等时间参数的显示，报表中台时产量的计算、报表打印时月产量及年产量的定时清零，白班、中班、夜班等班次参数的循环显示等。

5料斗秤配料机操作界面的组态

料斗秤加药机操作界面的配置首先要满足料斗秤配料系统的控制要求，同时为操作人员提供人性化的操作界面，更好地实现对生产的有效控制。根据需要配置了具有五个屏幕的料斗秤自动配料系统的操作界面，水泥磨配料操作画面、报警画面、参数修正画面、生产日报表打印画面、产量查询画面等。这些屏幕配置有各种操作按钮（用于操作设备、切换或打开屏幕）、动态显示对象和输入/输出字段，以便操作员操作设备和监控设备的各种状态。

6料斗秤配料机的安装和调试

6.1料斗秤配料机的安装

料斗秤配料机的安装工作相对较简单主要完成包括各种电源线、控制。信号线的连接，系统各种参数的设置，通讯连接程序下载等工作。而后激活上位机上组态好的头式秤配料机的WinCC项目，操作员即可通过上位机与现场站的CPU实现人机对话，从而实现对现场设备的控制。

6.2料斗秤配料机的调试

对料斗秤配料机的调试包括：每台秤的重量标定、斗门开启及关闭试验、进料设备的启停试验、单台秤自动循环试验、每台秤的“进料量控制系数”的调整、每台秤报警参数的调整等工作。

(1)料斗秤的重量标定。首先打开参数修正画面，然后把5kg/只的砝码放置在所需标定的秤上，并把参数修正画面上与该秤对应的“符号秤”的重量增加值与所加砝码的总重量对比，如果二者有偏差，即对画面中的料斗秤的“幅值修正参数”进行调整，直至二者偏差达到要求的范围。

(2)斗门开启及关闭试验。打开“#1水泥磨配料系统操作画面”，点击组态在画面上控制某台秤的斗门开启、关闭的“符号按钮”，观察与该料斗秤对应的斗门应该产生相应的动作；如果斗门不动做或动作错误，可能是操作画面组态有问题、也可能是PLC程序有错误，查找原因并改正。

(3)进料设备的启停试验。方法与斗门开启及关闭试验方法完全相同，在此就不赘述了。

(4)单台秤自动循环试验。输入给定总流量及需要试验的某台秤的配比给定值，使得该秤的目标值的大小在允许范围之内；而后点击自动/手动转换按钮使该秤进入自动运行状态，观察该秤的每一个自动循环周期各时间段的时间长短是否严格符合规定的时间，并且在各时间段与该秤有关的斗门及进料设备的动作是否在程序规定的条件下发生。

(5)式秤“进料量控制系数”的调整。由于每台秤进料设备的下料口距离的底部或物料堆积层有一定距离，物料只有下落到秤的底部或秤内堆积的物料上时其重量才能被称重模块所称量。进料时当称重模块的反馈重量与修正日标值相等时才停进料设备，那么在停进料设备的瞬间还有一部分下落的物料没有被称量。当这部分物料全部下落后，该秤内的物料重量肯定会超过修正目标值。为使料斗秤在配料时每次的下料量与修正目标值尽可能的接近，则进料设备必须在该秤的物料重量的反馈值接近但还未达到修正日标值时提前停运。因此我们对修正目标值乘以一个小于1的系数(即“进料量控制系数”)来控制。我们可以通过对每台秤的“进料量控制系数”的反复调整，使得其每次的配料量尽可能的接近修正目标值，以提高每台秤每一次的配料精度。

(6)报警参数的调整。该料斗秤配料机设有皮重超限报警、断料报警及物料反馈重量小于修正给定重量且偏差超过一定比例时的报警等，这些报警参数必须根据实际运行过程中报警的频繁程度进行反复调整，以达到保护秤体并确保配料正常进行的目的。

7料斗秤配料机的运行

配料机自2010年6月使用至今，该系统各项运行性能已完全能够满足要求；系统运行情况令人满意，特别是系统的配料精度及稳定性均达到湖山公司化验室的要求，每个班长期的配料偏差均能稳定在1.0%以内。该配料机改造后，生产的各品种水泥的3d强度及28d强度均非常稳定，各项性能指标均达到国家标准。