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阐述利用PLC 和交流变频器等现代控制器件对硅铁厂配料生产线改造的实例，介绍了该系统的硬件构成和软件流程，对自动配料过程中控制软件的设计要点进行了讨论,根据厂方改造要求设计了解决自动配料控制过程一些基本方法，以此说明对旧设备进行自动化技术改造的必要性和可行性。

　　1 引言

　　配料生产线作为整个硅铁生产中的重要环节，其工艺性能技术指标，对整个硅铁生产工艺流程和硅铁产品质量提高有着直接的影响。目前西北地区许多硅铁厂的配料生产线的控制方式还停留在上世纪六、七十年代的继电器控制水平。随着对硅铁需求的数量增加和质量的更高要求，因此对落后的生产工艺进行改造显得非常必要。本文就某硅铁厂硅铁配料生产线控制系统的改造进行阐述。

　　2 改造前状况

　　原配料系统是由一台电子秤和布置在方形料仓四周的四台电磁下料机构成，控制系统是由简单的继电器组成的单控制回路，依靠人工在现场分别操作下料机完成配料。配料仓通过气阀将配好的物料卸到运料小车里，小车沿斜桥上料系统将物料加入到炉膛冶炼。系统主要存在以下问题。

　　①系统是人工控制，处于开环控制状态，配料误差大，无法满足控制精度，造成产品质量不稳定。

　　②运料小车卷扬机电机在全速运行时，由限位开关急停制动，容易因惯性过大造成制动失灵或停车位置不准，有时出现“挂顶”及“溜沟”事故，严重影响生产。

　　③原系统料车是恒速运行，由于起动频繁，起动电流过大，长时间运行必然会引起电网的波动，接触器及电机线圈容易烧毁。

　　④料车在斜桥上端卸料时，如果抱闸失灵，料车将在重力作用下下滑，带动电机反转，损坏系统设备。

　　⑤现场粉尘较大，工作环境恶劣。

　　3 改造方案设计

　　由于原来场地空间只适宜旧配料生产工艺，厂方要求在不改变原有配料工艺和机械设备基础上尽大可能地实现配料工艺自动化，从而节约改造资金。为此采取如下措施。

　　①机械设备和原有配料工艺保留。在四个大仓下面各装一个电磁振动给料机，四种物料仍然使用同一台电子称重仪，配料方法是四种物料依次配料，不许同时配。

　　②对电气控制系统进行改造。在上位机中使用“组态王”控制软件，以串口通讯方式与PLC 连接，以实现可视化操作。系统的设计分为手动及自动控制系统两部分，手动控制系统作为一种应急控制而存在。系统采用IND560 型电子秤仪表头完成，自动控制系统采用S7-200 型PLC 加扩展模块实现。由上位机(研华工控机ARK 3389)、PLC、电磁振动控制器、电磁振动给料机、称重传感器和变频器组成一个小型的DCS 系统。由值班人员在控制室完成所有物料的配料过程。

　　③上料小车由继电器控制卷扬机直接起动、恒速运行改为FR-740 型交流变频器变速驱动控制。变频调速是按照U/f 恒压频比规律或矢量控制方式进行工作，通过改变定子供电频率达到电动机调速目的。调速过程中，人为机械特性与固有机械特性基本平行，消耗的转差功率变化不大，效率很高，节电效果明显。使用变频器控制能实现无级调速并且降低起动电流，减少对绕组的绝缘破坏，延长电动机使用寿命。同时变频器的一些保护功能可以大大提高生产安全性。所以使用变频调速方案可以很好地解决上述系统中存在的问题。

　　④将传统的机械式接近开关改为防水防尘光电接近开关，探测距离3cm 以上，每个控制位两边安装接近开关，同一控制位的接近开关并联，只要有一边感应到，小车立即执行其动作。为了确保安全，小车低速运行停止后，不允许滑出接近开关的感应范围。

　　4 改造方案实施

　　4.1 硬件部分

　　手动时，用电磁振动控制器面板上旋钮设定输出电流大小;自动状态时，仪表接受PLC 4-20mA控制信号设定输出电流大小。PLC 系统主要连线图如图1 所示。

　　该冶炼炉采用斜桥式料车上料系统。斜桥式料车上料机构主要由斜桥、料车、卷扬电机三部分组成。料车通过变频器控制，在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段。变频器通电后，首先检查预设参数是否与出厂值一致，并对以下参数进行设定：①电动机参数;②加减速时间和模式;③高速和低速对应频率;④切换速度对应的外部触点控制信号;⑤转矩提升量;⑥变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。料车提升一次所需时间与料车的运动速度和加速度有关，其变化曲线模式如图2 所示。a1为0.2-0.4m/s2，a2在0.4-0.8m/s2，a 3和a4为-0.4～-0.8m/s2。

　　料车返回时也可以采用同样曲线控制。变频器主要控制端接线如图3 所示.

　　4.2 软件部分

　　工控机上的“组态王”软件实时监控电子秤数据并与PLC 进行通信达到控制配料的目的。即将称重仪的模拟信号直接送到工控机组态软件里，而没有送入PLC 模拟量模块，省略了PLC 模拟量模块的使用，节约了改造资金。所有配料的物料比例参数可以预设为不同的文件，即不同的配方，在配料开始前选择调用。软件设计框图如图4 所示。 

　　本软件的编写困难在于四种物料使用同一台电子称重仪，四种物料依次配料，不许同时配。下面就软件设计简述如下：

　　①配料开始时，电磁振动给料机以快速度下料，达到某一值后，开始变慢，到设定值后电流减到小，而PLC 的模拟值是一个0-32000 的值，电磁振动控制器的输入有0-20mA 和4-20mA 两种，实际的关断电流并不是理论的0 或者4mA，必须对此进行转换。

　　②由于所配物料的粒径大小不一，受空气湿度的影响，每种物料在不同时间段的下料速度不同，大大影响配料的时间。为了使配料员可以随时根据现场的情况修改，将预设配方、配方次数、物料的实际设定值、精度调整值、第一速度、第二速度、大电流、小电流、装料时间、卸料时间等参数都关联到“组态王”软件上面，参数定义为读写型的变量，即使计算机重启，各个参数都可以保持在后一次修改的值，系统可按用户要求记录各项配料参数。

　　③在配块状物料时，下料太快，受弹性形变的影响，出现仪表显示值大于实际值，恰被计算机读到，停止料配料，待秤稳定后，实际值明显小于设定值的情况。针对此情况，解决办法是不同的物料对其进行一定延时，而且是越接近实际值其配料的速度要越慢，以达到精度调整的目的。

　　④系统使用一块称重仪表，组态王将读入的称重数据赋给VD600 单元，上电复位后，系统清零。第一种物料使能信号接通，将VD600 的数据赋给第一种物料的控制单元，用于配料控制，第一种物料配送结束后，系统清零仪表。第二种物料使能信号接通，VD600 值赋给第二种物料控制程序。其它物料配置类同。改变变量的梯形图如图5 所示。

　　在配料开始前，用户要在“预定配方自动配料”或“手动输入各参数配料”两种方式中选择一种操作。当选择“预定配方自动配料”后，系统可在多种预定的配方中选择相应配方完成配料过程;当选择“手动输入各参数配料”后，系统会依次显示设定本轮配料中各物料的重量，经过确认后，配料开始。配料流程如图6 所示。

　　5 结束语

　　在本次硅铁自动配料电气控制部分改造中，PLC 和计算机的使用满足了用户配料自动化和工艺多样化的需求;利用变频器自身具有的软起动和多种保护功能的设定，克服了原有运料小车运行中存在的问题;“组态王”软件的应用，使配料系统实现可视化和动态监视。每份配料都打印有清单可查，提高了生产管理水平。

　　经统计比较，平均每班(8小时)比原先多配料10.2 次，提高了生产效率;粗粒(80-120mm)配料精度达到每批料(300kg)±2kg，细料(5-15mm)配料精度达到每批料(250kg)±1kg以下，完全符合配料质量要求，一改过去人工配料忽多忽少的不确定性，产品合格率较以前因配料和设备故障的87.8%提高到现在的96.4%以上;产量也较以前每天增加3-4 吨左右。同时极大地改善了人员工作环境和劳动强度。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作可靠，具有很高的性价比。对同类企业的技术改造具有很好的借鉴意义。