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　1 引 言

　　目前, 中国大多数工矿现场和大型企业, 在计量方面还是使用国产传统的核仪表, 即核子秤、密度计、料位开关等, 其二次仪表在很多现场使用时出现不同的问题, 大大的缩短了核仪表的使用寿命, 增加了其维护成本。且这些二次仪表类型不同、一一对应, 不能互换。因此, 采用PLC 来控制计算, 代替传统核仪表的二次仪表, 经过反复的实践, 在此方面有了重大的突破, PLC作为二次仪表进行密度、压力、流量、排量、重量的测量将是大势所趋, 在不久的将来, PLC 将代替核仪表的二次仪表, 成为新型的控制测量仪表。

　　2 传统核仪表的组成和功能

　　核仪表主要用于工矿现场, 进行物料的重量、矿浆的浓度、液位的高度等很多测量方面的仪表, 是基于窄束Y射线穿过被测介质衰减服从指数规律衰减的原理, 对被测介质作非接触式连续测量, 并直接显示被测工艺参数。

　　衰减程度与密度的关系式为:

　　衰减程度与皮带单位长度上的物料质量关系的数学表达式为:

　　传统的核仪表由探测器部分和二次仪表部分组成。探测器是用来采集信号并将信号传给二次仪表进行处理。二次仪表是由手工焊接制作的印刷电路板构成。在存储和计算方面采用可插拔的芯片12C887和89C55等芯片, 内部处理信号主要是靠单片机处理, 这样以来它就会受元器件性能的约束, 在现场就会发生元器件使用寿命短、电路板焊接焊点不牢靠、现场工业用电电压不稳定烧坏芯片等诸多问题。造成二次仪表损坏, 不能正常工作, 大大提高了仪表的维护成本 。

　　传统核仪表在操作方面也有所欠缺, 人机对话界面做的不够完善, 显示内容表达不清楚。按键采用面膜式的按键, 在频繁使用的场合下, 会出现按键失灵或者按键按下以后再弹不起来的故障, 使得现场工作人员不能正常使用。模拟量输入、输出只由4 ~0mA信号, 信号单一, 不能适合大型的现代工矿现场使用。

　　3 PLC控制的核仪表系统的组成和功能

　　PLC即可编程序控制器, 其核心部件是CPU (即中央处理单元), 实际的工艺计算就在CPU 中进行,PLC 具有功能强大的指令集、丰富强大的通讯功能、编程软件的易用性等诸多功能。在PLC 上还能直接安装外接存储卡和电池卡, 用以保持数据或者提供数据保持的电池供电等。利用PLC 处理信号, 是现代社会发展的一个趋势。

　　该设计选用了西门子的S7- 200型PLC, 因其本机自带有两个高速计数口, 两个模拟量输入、两个模拟量输出口, 所以不再需要配置其他的扩展模块。

　　PLC 控制的核仪表系统集密度计、核子秤、料位开关、车载密度计与一体, 通过探测器采集信号传入PLC 进行处理、存储和显示。系统结构图如图1所示。

　　4 PLC控制的核仪表系统的软件设计

　　设计主要是在西门子编程软件STEP - 7 - M icro /W IN中进行。其使用梯形图编程语言, 通俗易懂。首先要配置TD400C, TD400C 是一种低成本的人机界面, 使操作员或用户能与应用程序进行交互。配置需显示的内容及需要植入的计算参数。在配置完TD400C 之后, 就要进行编程。根据式( 1)可以推导出所测密度:

　　根据式( 2)可以推导出皮带单位长度上的物料质量:

　　在编程过程中将式( 3)、( 4)写入程序。PLC 通过两个高速计数口, 将探测器采集到的脉冲信号送入CPU, CPU 经过执行编写好的程序来进行运算处理,得到上述参数, 并把这些参数连续、在线的在TD400C 上显示。

　　模拟量输入的处理如压力、排量等模拟信号 ,PLC 提供的两个模拟量输入口, 一个可以输入0 ~10V中的任意电压信号, 一个可以输入0~ 20mA 中的任意电流信号, 选择所需要输入信号的范围只需在程序中将其对应的数值改动即可。输出信号也提供了0~ 5V 的标准输出信号, 可以直接接入现场的控制系统。另外在PLC 中还加入了上下限报警设置,当所测量的参数超过或低于所设置的上下限参数时,PLC 停止工作, 等待工作人员进行处理。如图2所示为几个TD400C 显示界面。

　5 PLC控制的核仪表系统的外部电路设计

　　PLC 的输入/输出接口和内部集成电路是光电隔离开的, 所以外部电压的变动不会影响内部电路。如图3所示为外部电路接线图。

　　6 总 结

　　该设计基本上解决了二次仪表出现问题的各种情况, 并且将核仪表的二次仪表部分统一起来, 使用一个PLC代替全部的核仪表二次仪表部分。实现了对密度、压力、排量、重量等工艺参数的测量和调节,提高了测量精度, 降低了运行成本, 具有操作简单, 运行稳定等优点。设计的外部电路结构简单, 扩展性强, 能广泛运用于各种工矿现场。