CN104950783A - 基于plc的高温炉窑料位检测装置及控制方法 - Google Patents

基于plc的高温炉窑料位检测装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置及控制方法，该检测装置包括：主控单元、现场检测变送单元、连接电缆；主控单元包括操作面板、PLC、输出继电器、控制电源；现场检测变送单元与受控设备相连接，并包括电动机、传动机构、旋转编码器，通过旋转编码器和连接电缆将受控设备的位置信号送至主控单元；所述传动机构驱动钢丝绳的绕线盘，所述旋转编码器与所述绕线盘和PLC输入端连接，PLC与操作面板连接，并输入节点信号。该控制方法包括放锤阶段、触料面停锤阶段和收锤阶段。本发明可用弱电控制强电，用程序逻辑代替机械铜滑令的动作，以无触点代替有触点，以避免机械故障，从而确保窑顶料位检测精度和可靠性。

Description

基于PLC的高温炉窑料位检测装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及控制方法，具体说涉及一种高温炉窑料位检测装置及控制方法。
背景技术
炉窑料位检测装置是石灰竖窑的主要设备之一，广泛应用于冶金、有色金属等行业。该设备在整个系统中起着至关重要的作用，它能否正常运行直接影响竖窑炉况、产品产量和质量。传统的检测装置主要由电动机一减速器组件、失重机构、重锤、钢丝绳以及电控部分组成。电控部分主要由丝杆箱和电控箱组成。丝杆箱安装在电动机一减速器组件固定支架上，丝杆箱内有二个接近开关和铜滑令组件，该丝杆箱与电动机一减速器组件有主从关系，电动机一减速器组件正转，丝杆箱内铜滑令组件也正向运行，电动机一减速器组件反转，丝杆箱内铜滑令组件反向运行（见图1）。在丝杆箱内固定二个可调整距离的接近开关SW1、SW2，SW1其作用是检测筒仓高高料位位置HH（设定满仓80%）信号，SW2其作用是检测筒仓低料位位置L（设定满仓50%）信号。当重锤下降至低料位位置L，此时与电动机一减速器组件有主从关系的丝杆箱内铜滑令滑行至SW2接近开关，使其动作，表示此刻炉窑料位为低料位；反之当重锤上升至高高料位位置HH（设定满仓80%）信号，此时与电动机一减速器组件有主从关系的丝杆箱内铜滑令滑行至SW1接近开关，使其动作，表示此刻炉窑料位为高料位。由于采用机械式开关调整位置，因现场粉尘多，且温度高（窑顶内部温度180度），调整不便且运行精度低，直接影响到料位检测，对竖窑整个上料系统设备造成很大危害。
发明内容
本发明目的在于提供一种高温炉窑料位检测装置及控制方法，可用弱电控制强电，用程序逻辑代替机械铜滑令的动作，以无触点代替有触点，以避免机械故障，从而确保窑顶料位检测精度和可靠性。
根据本发明一方面提供一种基于可编程逻辑控制器（Programmable LogicController,PLC）的高温炉窑料位检测装置，包括：主控单元、现场检测变送单元、连接电缆；主控单元包括操作面板、PLC、输出继电器、控制电源；现场检测变送单元与受控设备相连接，并包括电动机、传动机构、旋转编码器，通过旋转编码器和连接电缆将受控设备的位置信号送至主控单元；所述传动机构驱动钢丝绳的绕线盘，所述旋转编码器与所述绕线盘和PLC输入端连接，PLC与操作面板连接，并输入节点信号。
所述主控单元安装在现场墙上。
所述主控单元安装在支架上。
所述主控单元安装在控制室内
所述操作面板是西门子操作面板，所述PLC是西门子PLC。
还包括一个设于炉窑料仓的料位计，以接收探料信号。
所述电动机通过联轴器与传动机构的输入轴相连接。
还包括控制电源的一个主回路和一个控制回路。
根据本发明另一方面提供一种高温炉窑料位控制方法，包括放锤阶段、触料面停锤阶段和收锤阶段，分别包括以下步骤：
放锤：由料位计接收到探料信号后，使下降交流接触器得电吸合，电动机通过联轴器带动减速机转动，减速机再带动绕线盘转动放出钢丝绳使重锤从起始位置开始下降，使与之相连接的旋转编码器同步转动，将重锤的位置转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，PLC将采集到的格雷码进行译码、累加等数学运算处理，并将运算的结果通过操作面板显示，输出节点信号参与控制；
触料面停锤：当重锤接触到料面时，限位开关SW3动作，由PLC分析得到触料面信号即停锤信号，下降交流接触器断开，电动机停止；
收锤：料位计接收到收锤信号后，使上升交流接触器吸合，电动机转动,收锤直到原点0米位置，在收锤的过程中，电动机带动减速机使绕线盘同步转动，钢丝绳收紧上升，与之相连接的旋转编码器同步转动，将重锤的位置转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，由PLC将采集到的信号进行处理，并将运算的结果通过操作面板显示，输出节点信号参与控制。
本发明的基于PLC高温炉窑料位检测装置及控制方法，电控部分采用可编程逻辑控制器（PLC）与绝对型旋转编码器，通过旋转编码器产生的格雷码实现对现场物体位移的检测，然后经PLC译码、运算、分析，以产生不同的控制信号和各种保护输出，由于用弱电控制强电，用程序逻辑代替机械铜滑令的动作，以无触点代替有触点，这样就避免了许多机械故障，从而确保了窑顶料位实时检测精度、可靠性，并能及时、准确发出超限警报信号，从而提高了炉窑的产能，经济效益显著。
附图说明
图1是现有技术的原料位计丝杆箱控制示意图；
图2是本发明一个实施例的基于PLC高温炉窑料位检测装置结构框图；
图3是图2实施例的基于PLC高温炉窑料位检测装置进行料位测量原理图；
图4是图2实施例的基于PLC高温炉窑料位检测装置的高低料位控制信号示意图；
图5是图2所示实施例的控制回路原理图；
图6是图2所示实施例的主回路原理图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。在附图中相同的附图标记表示相同的部分。
如图2所示，本发明一个实施例的基于可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic Controller,PLC）的高温炉窑料位检测装置，包括：主控单元1、现场检测变送单元2、连接电缆3；主控单元1包括操作面板1a、PLC、输出继电器、控制电源；现场检测变送单元2与受控设备5相连接，并包括电动机D（图3）、旋转编码器2a、传动机构2b，通过旋转编码器和连接电缆将受控设备的位置信号送至主控单元1。在本实施例中，操作面板可采用西门子操作面板，PLC可采用西门子PLC。主控单元安装在现场墙上或支架9上，或安装在控制室或操作室内。
本发明的高温炉窑料位控制方法，采用上述高温炉窑料位检测装置，该控制方法包括放锤阶段、触料面停锤阶段和收锤阶段，分别包括以下步骤：
放锤阶段(参看图3)：设于料仓7的料位计（未标示）接收到探料信号后，使下降交流接触器得电吸合(见图6YQ2)，电动机D通过联轴器2b’带动传动机构即减速机2b转动，减速机2b再带动绕线盘（未标示）转动放出钢丝绳5a使重锤5b从起始位置开始下降，与之相连接的旋转编码器2a同步转动，将重锤5b的位置信号转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，PLC将采集到的格雷码进行译码、累加等数学运算处理；随后将运算的结果通过操作面板1a显示b，输出节点信号参与控制。
触料面停锤阶段(参看图3)：钢丝绳5a在重锤5b的重力作用下，始终保持拉紧状态，当重锤5b接触到料面时，钢丝绳5a由于失去重锤拉力作用而松弛此时限位开关SW3动作，PLC分析得到触料面信号(停锤信号)，下降交流接触器断开，电动机D停止。
收锤阶段：料位计接收到收锤信号后，使上升交流接触器吸合（见图6YQ1接触器），电动机D转动,收锤直到原点0米位置；在收锤的过程中，电动机D带动减速机2b使绕线盘同步转动，钢丝绳收紧上升，与之相连接旋转编码器2a同步转动，将重锤的位置信号转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，PLC将采集到的信号进行处理，随后运算的结果通过操作面板1a显示，输出节点信号参与控制。
现进一步说明上述三个阶段各步骤的具体细节，以便更清楚理解本发明的特点和优点。
放锤阶段：
如图5所示，在手动状态按SF2按钮（线号143），自动状态KA2触点(线号123)闭合，此时KAR2_1、YQ1、KAR3_1，三副触点接常闭，YQ2线圈得电；
YQ2自带辅助触点（见图6）由常开变为常闭，电动机D运转，电动机D通过联轴器带动传动机构即减速机2b转动(见图3)，减速机再带动绕线盘转动放出钢丝绳5a使重锤5b从起始位置开始下降，与之相连接的旋转编码器2a同步转动，将重锤的位置信号转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，PLC将采集到的格雷码进行译码、累加等数学运算处理（见图2）。
在PLC内设定料仓7在1.4米为低料位信号S2，当重锤5b下降至1.4米后，PLC输出节点L低料位信号S2，此时低料位L触点由常开变为常闭（见图2），因L触点常闭，SW2继电器线圈得电（见图4），其自带辅助触点SW2_1由常开变为常闭（见图5），KAR2继电器线圈得电，其辅助触点KAR2_1由常闭变为常开，YQ2线圈失电，电动机D停止运转。同时在主控单元操作面板1a显示L（见图2），说明筒仓7内的料面在L低料面（见图3）。
触料面停锤阶段：
如图5所示，手动状态按SF2按钮（线号143），自动状态KA2触点(线号123)闭合，此时KAR2_1、YQ1、KAR3_1，三副触点接常闭，YQ2线圈得电；
YQ2自带辅助触点（见图6）由常开变为常闭，电动机D运转，电动机D通过联轴器带动减速机2b转动(见图3)，减速机2b再带动绕线盘转动放出钢丝绳5a使重锤5b从起始位置开始下降，钢丝绳5a在重锤的重力作用下，始终保持拉紧状态，当重锤接触到料面时，钢丝绳由于失去重锤拉力作用而松弛此时限位开关SW3动作（见图3），参见控制原理图5，SW3绳松开关由常开变为常闭，KAR3继电器线圈得电其串联YQ2线圈KAR3_1常闭触点变为常开，YQ2线圈失电，电动机D停止运转，同时在主控单元操作面板显示H（见图2）高位料信号S3，说明筒仓内的料面在H高料面（见图3）。
收锤阶段：
如图5所示，手动状态按SF1按钮（线号143），自动状态KA1触点(线号123)闭合，此时KAR1_1、YQ2，二副触点接常闭，YQ1线圈得电（线号165）；
YQ1自带辅助触点（见图6）由常开变为常闭，电动机D反转，电动机D通过联轴器带动减速机2b转动(见图3)，此时钢丝绳5a收紧上升，与之相连接旋转编码器2a同步转动，将重锤的上升位置信号转化成格雷码送到可编程逻辑控制器（PLC）的输入端，现PLC内设定料仓0米为HH高高料位信号S1，当重锤上升至0米后，PLC输出节点HH高高料位信号S1，此时高高料位HH触点由常开变为常闭（见图2），因HH触点常闭，SW1继电器线圈得电（见图4），其自带辅助触点SW1_1由常开变为常闭（见图5），KAR1继电器线圈得电，其辅助触点KAR1_1由常闭变为常开，YQ1线圈失电，电动机D停止运转。同时在主控单元操作面板显示HH（见图2）。
本发明的基于PLC高温炉窑料位检测装置及控制方法，电控部分采用可编程逻辑控制器（PLC）与绝对型旋转编码器，通过旋转编码器产生的格雷码实现对现场物体位移的检测，然后经PLC译码、运算、分析，以产生不同的控制信号和各种保护输出，由于用弱电控制强电，用程序逻辑代替机械铜滑令的动作，以无触点代替有触点，这样就避免了许多机械故障，从而确保了窑顶料位实时检测精度、可靠性，并能及时、准确发出超限警报信号，从而提高了炉窑的产能，经济效益显著。
应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，包括：主控单元、现场检测变送单元、连接电缆；主控单元包括操作面板、PLC、输出继电器、控制电源；现场检测变送单元与受控设备相连接，并包括电动机、传动机构、旋转编码器，通过旋转编码器和连接电缆将受控设备的位置信号送至主控单元；所述传动机构驱动钢丝绳的绕线盘，所述旋转编码器与所述绕线盘和PLC输入端连接，PLC与操作面板连接，并输入节点信号。
2.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，所述主控单元安装在现场墙上。
3.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，所述主控单元安装在支架上。
4.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，所述主控单元安装在控制室内。
5.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，所述操作面板是西门子操作面板，所述PLC是西门子PLC。
6.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，还包括一个设于炉窑料仓的料位计，以接收探料信号。
7.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，所述电动机通过联轴器与传动机构的输入轴相连接。
8.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控制器的高温炉窑料位检测装置，其特征在于，还包括控制电源的一个主回路和一个控制回路。
9.一种高温炉窑料位控制方法，其特征在于，采用权利要求1至4之任一项所述的检测装置实施，该控制方法包括放锤阶段、触料面停锤阶段和收锤阶段，分别包括以下步骤：
放锤阶段：由料位计接收到探料信号后，使下降交流接触器得电吸合，电动机通过联轴器带动减速机转动，减速机再带动绕线盘转动放出钢丝绳使重锤从起始位置开始下降，使与之相连接的旋转编码器同步转动，将重锤的位置转化成格雷码送到PLC的输入端，PLC将采集到的格雷码进行译码、累加等数学运算处理，并将运算的结果通过操作面板显示，输出节点信号参与控制；
触料面停锤阶段：当重锤接触到料面时，限位开关SW3动作，由PLC分析得到触料面信号即停锤信号，下降交流接触器断开，电动机停止；
收锤阶段：料位计接收到收锤信号后，使上升交流接触器吸合，电动机转动,收锤直到原点0米位置，在收锤的过程中，电动机带动减速机使绕线盘同步转动，钢丝绳收紧上升，与之相连接的旋转编码器同步转动，将重锤的位置转化成格雷码送到PLC的输入端，由PLC将采集到的信号进行处理，并将运算的结果通过操作面板显示，输出节点信号参与控制。
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