CN103419283B

CN103419283B - 连续式水泥计量装置

Info

Publication number: CN103419283B
Application number: CN201310367328.2A
Authority: CN
Inventors: 孟祥彪; 陈世伟; 陈志勇; 王辉; 田永杰
Original assignee: Jilin Province Road Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Jilin Province Road Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103419283A

Abstract

一种连续式水泥计量装置，包括计量螺旋、计量螺旋驱动减速机、给料转阀、给料转阀驱动电机、工业控制电脑、给料转阀变频器、重量传感器，其特点是，为拉式的重量传感器与计量螺旋吊拉连接，工业控制电脑与可编程序控制器PLC电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端通过重量变送器与拉式重量传感器电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端与置于计量螺旋轴端的编码器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端通过计量螺旋变频器与计量螺旋连接，可编程序控制器PLC的输出信号端依次与给料转阀变频器、给料转阀驱动电机电连接。具有体积小，重量轻，计量精度高、通用性好、性能可靠、维护和使用均方便等优点，能够满足我国高速公路要求。

Description

连续式水泥计量装置

技术领域

本发明涉及计量领域，是一种连续式水泥计量装置。

背景技术

随着我国公路建设要求的不断提高，原来稳定土搅拌设备的水泥容积计量方式已经达不到配料精度的要求，于是如图1所示的现有的连续式水泥计量系统在稳定土设备上得到了较普遍的应用。现有的连续式水泥计量装置，计量螺旋的计量精度已经超过了±5%，不能达到标准±2%以内的要求。现有的连续式水泥计量装置存在着：1）装置自重大，通常都重达300公斤，超过了计量系统中最佳的量程比；2）计量水泥的螺旋转数112转/分，对于本装置中压式传感器来说，它的转数引起的机械振动（随着负载的变化）是没有规律的，反应到电信号时，扰动量特别大，无论用哪种滤波方式，都无法提取到准确的重量信号，导致误差严重的超出范围；3）计量部分所有信号传入工控机，板卡毕竟是插拔件，而作业现场灰尘特别大，使板卡的稳定性大大下降，另外板卡的抗干扰能力很差。总而言之，现有的连续式水泥计量装置存在着结构不合理，体积大，重量大，计量精度差，满足不了公路建设的要求。而迄今为止尚未有文献记载克服上述缺点，解决现存问题，新结构的连续式水泥计量装置的报道和实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够满足我国高速公路要求，体积小，重量轻，计量精度高、通用性好、性能可靠、维护和使用均方便的连续式水泥计量装置。实现本发明目的所采用的技术方案是，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够满足我国高速公路要求，体积小，重量轻，计量精度高、通用性好、性能可靠、维护和使用均方便的连续式水泥计量装置。

实现本发明目的所采用的技术方案是，一种连续式水泥计量装置，它包括计量螺旋、计量螺旋驱动减速机、给料转阀、给料转阀驱动电机、工业控制电脑、给料转阀变频器、重量传感器，所述计量螺旋与计量螺旋驱动减速机连接，计量螺旋的进料口上设置给料转阀，给料转阀与给料转阀驱动电机连接，其特征是，还包括可编程序控制器PLC、计量螺旋变频器、重量变送器和编码器，所述重量传感器为拉式重量传感器，拉式重量传感器与计量螺旋吊拉连接，所述工业控制电脑与可编程序控制器PLC电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端通过重量变送器与拉式重量传感器电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端与置于计量螺旋轴端的编码器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端通过计量螺旋变频器与计量螺旋连接，可编程序控制器PLC的输出信号端依次与给料转阀变频器、给料转阀驱动电机电连接。

本发明的连续式水泥计量装置的给料转阀把水泥输送到计量螺旋中，当水泥被计量螺旋向前推动时，其重量的变化被拉式重量传感器检查出来，4-20mA重量信号传送到工业控制电脑，工业控制电脑计算出水泥的流量，当设定流量>实际流量时，工业控制电脑输出4-20mA信号到给料转阀变频器，使计量螺旋的转数加快，增大水泥的供给量，反之减慢，具有体积小，重量轻，计量精度高、通用性好、性能可靠、维护和使用均方便等优点，能够满足我国高速公路要求。

附图说明

图1为现有的连续式水泥计量装置电气控制电路原理框图；

图2为本发明的连续式水泥计量装置电气控制电路原理框图；

图3为本发明的连续式水泥计量装置电气控制电路原理图；

图4为本发明的连续式水泥计量装置结构示意图。

图中：1工业控制电脑,2可编程序控制器PLC,3给料转阀变频器，4线性电源,5给料转阀驱动电机，6重量传感器，7编码器，8计量螺旋变频器，9计量螺旋，10重量变送器，11给料转阀，12计量螺旋驱动减速机。

具体实施方式

下面利用附图所示的实施例对本发明的连续式水泥计量装置作进一步说明。

参照图2-图4，本发明的连续式水泥计量装置，包括计量螺旋9、计量螺旋驱动减速机12、给料转阀11、给料转阀驱动电机5、工业控制电脑1、给料转阀变频器3、重量传感器6，所述计量螺旋9与计量螺旋驱动减速机12连接，计量螺旋9的进料口上设置给料转阀11，给料转阀11与给料转阀驱动电机5连接，还包括可编程序控制器PLC2、计量螺旋变频器8、重量变送器10和编码器7，所述重量传感器6为拉式重量传感器6，拉式重量传感器6与计量螺旋9吊拉连接，所述工业控制电脑1与可编程序控制器PLC2电连接，可编程序控制器PLC2的输入信号端通过重量变送器10与拉式重量传感器6使用4×1.0mm²KVVRP屏蔽电缆连接，屏蔽电缆可以减少电磁信号干扰重量信号。可编程序控制器PLC2的输入信号端与置于计量螺旋9轴端的编码器使用4×1.0mm²KVVRP屏蔽电缆连接，可编程序控制器PLC2的输出信号端通过计量螺旋变频器8与计量螺旋9使用普通YZ4×2.5mm²连接。可编程序控制器PLC2的输出信号端依次与给料转阀变频器3、给料转阀驱动电机5也使用4×1.0mm²KVVRP屏蔽电缆连接。本系统所有电气部件之间的连接电缆接头都使用OT型和UT型铜接线端子。保证电气信号的可靠传输。所述工业控制电脑1与可编程序控制器PLC2之间使用西门子PROFIBUS通讯，拉式重量传感器6的重量信号通过屏蔽电缆连接到重量变送器10，通过放大转换后4-20mA通过屏蔽电缆输入到可编程序控制器PLC2的信号端。另外可编程序控制器PLC2的另一个高速计数信号输入端与置于计量螺旋9轴端的编码器7通过屏蔽电缆连接，可编程序控制器PLC2的输出信号端输出4-20mA控制计量螺旋变频器8，计量螺旋变频器8驱动计量螺旋9电机，拉式重量传感器6将计量螺旋9的重量信号输入给重量变送器10，计量螺旋9的重量信号经重量变送器10处理后送到可编程序控制器PLC2的信号输入端,同时编码器7将计量螺旋9的转数输入到可编程序控制器PLC2至工业控制电脑1显示所有生产过程数据，并且处理浮点数部分的计算与可编程序控制器PLC2交互数据，计算出计量螺旋9的水泥实际流量，吨/小时，同时与工业控制电脑1传入可编程序控制器PLC2的生产配方比较，用模糊PID调整两路输出信号，第一路控制给料机转阀变频器3，调整给料机转阀驱动电机5的转数，改变水泥的流量，使实际流量与设定流量达到设定范围；第二路输出信号控制计量螺旋变频器8，使计量螺旋9转速保持恒定，达到最佳的计量精度；线性电源4为控制电路提供稳定、恒源的+24DVC供电单元，保证控制电路可靠地运行。

参照图2-图4，本发明的连续式水泥计量装置的计量螺旋驱动减速机12为电机通过皮带轮实现，计量螺旋9使用特制的薄壁螺旋，整体重量大大的减轻，总重不足110公斤，计量螺旋9整体用三只拉式100公斤重量传感器6吊装，拉式重量传感器比压式传感器易安装，而且对安装的要求不高，即使计量螺旋不水平，对精度影响也甚小，三只拉式重量传感器6同时受力，只要有重量变化，就能实时的检测出计量螺旋9内水泥流量的变化。通过计量螺旋变频器8调整计量螺旋9的转数，使计量螺旋9在运行过程中避开机械与电气的共振，拉大自身固有频率与共振频率偏差，拉式重量传感器6将重量信号送到可编程序控制器PLC2,可编程序控制器PLC2程序使用软件加权滤波，滤掉干扰信号，将重量信号精确的提取出来供后续程序使用。计量螺旋变频器8采用矢量型变频器，只所以使用矢量型变频器是基于三相异步鼠笼电动机随着负载的变化，其转数和力矩不是恒定的，通过矢量变频器可以保证计量螺旋9的力矩恒定，即使转数有变化，通过编码器7测出实际的转数，编码器7采用欧姆龙旋转编码器，其型号：E6B2-CWZ5B，500脉冲。系统中的线性电源（4）是一款输出+24VDC，电压调整率：≤0.5%，电流调整率：≤1.0%电压精度：≤±1.0%，输出：具有过流、短路、过热、过压保护功能的线性电源，是所有计量设备、计算机、传感器的稳定与否的根源。可编程序控制器PLC2是西门子生产的型号为：S7300-CPU314，浮点数计算功能强大，MPI通讯速率达到187.5KB，程序的扫描时间小于6毫秒，是控制电路的核心元器件，可编程序控制器PLC2将拉式重量传感器6检测的重量信号，首先进行滤波，然后按照量程的范围计算出计量螺旋9内水泥的重量，最后与编码器7的速度信号（通过螺旋的转速可以计算出水泥在螺旋内的流动速度）相乘，计算出实际流量（吨/小时），即：实际流量（吨/小时）=水泥的重量（拉式重量传感器6）*计量螺旋转速（编码器7的速度信号）*螺旋的有效长度。计量螺旋9的实际水泥流量与设定流量比较，由可编程序控制器PLC2进行处理后，模拟量模块输出4-20mA直流电流信号分为两路输出，一路控制给料转阀变频器3，用于调整给料转阀驱动电机5的转数，增加或减少水泥的给料量，使实际流量达到设定范围之内；另外一路控制计量螺旋变频器8，无论水泥给料量如何变化，根据编码器7测出的转数，计量螺旋变频器8调整计量螺旋9的转数使其的转数恒定。现有控制误差的计算方法，由于单回路PID放大倍数不够，而且振荡较频繁，使控制系统调不到最佳状态，精度无法满足要求。实际流量（吨/小时）的变化是因为水泥给料重量的变化，而且这个变化是一定存在的，本装置针对此变化通过提高可编程序控制器PLC2的响应速度、提高分辨率、增加滤波手段，使用P+PI串级调整(即串级PID)。其中：P为比例调节作用是增加放大倍数，PI为比例积分调节，其中P还是比例调节继续放大上一级的P，I为积分时间，使流量的响应速度调整到实际的需要，此参数调整过大流量的响应过慢精度下降，过小响应过快精度提高但是系统容易振荡，稳定性变差。本发明的连续式水泥计量装置采用两路控制，使变频器的信号与传感器重量信号、可编程序控制器PLC构成了闭环回路，实时的对水泥流量进行修正、调整，精度完全达到设计标准。而且运行平稳，故障率低。本装置还具有断料报警，异常停车，流量超差等报警功能，数据实时保存，实时打印，历史数据永远保留随时查找等功能。

本发明的连续式水泥计量装置的工作原理是：给料转阀11把水泥输送到计量螺旋9中，当水泥被计量螺旋9向前推动时，其重量的变化被拉式重量传感器6检查出来，0-30mV重量信号传送到工业控制电脑1，工业控制电脑1计算出水泥的流量，当设定流量>实际流量时，工业控制电脑1输出4-20mA信号到给料转阀变频器3，使计量螺旋9的转数加快，增大水泥的供给量，反之减慢。

本发明的连续式水泥计量装置的技术性能指标为：

使用环境海拔小于1000米，

环境温度10-40℃，

装置总装机容量为120KW，

输入总电压电源380VAC±10%，

装置计量精度2%，

重量传感器6技术指标为:

激励电压10VDC，

输出电压2mV/V，

精度0.2%，

输入阻抗390Ω±15%，

输出阻抗350Ω±15%，

可编程序控制器PLC2采用CPU314，其技术指标为：

通讯速率：187.5kBit/s，

浮点数运算0.59微秒，

MMC卡：免维护，

工作电压范围：20.4-28.8VDC，

模拟量模块：16位采样时间：200次/秒。

本发明的连续式水泥计量装置所用工业控制电脑1、可编程序控制器PLC2、给料转阀变频器3、线性电源4、给料转阀驱动电机5、重量传感器6、编码器7、计量螺旋变频器8、重量变送器10、给料转阀11、计量螺旋驱动减速机12均为市售产品。其中：重量传感器6采用拉式重量传感器，编码器7采用雷格码编码器。

本发明连续式水泥计量装置的样机经过1年的实际使用，效果良好，实现了本发明目的和达到了所述的效果。

Claims

1.一种连续式水泥计量装置，它包括计量螺旋、计量螺旋驱动减速机、给料转阀、给料转阀驱动电机、工业控制电脑、给料转阀变频器、重量传感器，所述计量螺旋与计量螺旋驱动减速机连接，计量螺旋的进料口上设置给料转阀，给料转阀与给料转阀驱动电机连接，其特征是，还包括可编程序控制器PLC、计量螺旋变频器、重量变送器和编码器，所述重量传感器为拉式重量传感器，拉式重量传感器与计量螺旋吊拉连接，所述工业控制电脑与可编程序控制器PLC电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端通过重量变送器与拉式重量传感器电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端与置于计量螺旋轴端的编码器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端通过计量螺旋变频器与计量螺旋连接，可编程序控制器PLC的输出信号端依次与给料转阀变频器、给料转阀驱动电机电连接。