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本文介紹如何利用 PLC 的邏輯計(jì)算，實(shí)現(xiàn)皮帶秤的瞬時(shí)量計(jì)算與顯示、累積量計(jì)算與清零、實(shí)物校稱、零點(diǎn)標(biāo)定等功能。既減少了硬件投資，又減少了維護(hù)量，同時(shí)替代皮帶秤積算儀在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)其所有功能。
1.背景技術(shù)
目前在用的動(dòng)態(tài)皮帶秤大多利用皮帶秤積算儀實(shí)現(xiàn)一切功能，其配置情況一般是：稱重傳感器、速度傳感器、流量積算儀。秤的所有功能：瞬時(shí)量計(jì)算與顯示、累積量功能、校間隔、校零、清零等都在積算儀完成。日常維護(hù)量和校秤工作量重，流量積算儀的投資較大。隨著 PLC 的普及，積算儀的瞬時(shí)量和累積量必須送到 PLC 再由 PLC 根據(jù)瞬時(shí)量和累積量調(diào)節(jié)給料設(shè)備控制下料量在設(shè)定的范圍之內(nèi)。這種設(shè)計(jì)方法，在有 PLC 應(yīng)用的場(chǎng)合既繁瑣，又增加故障點(diǎn)，不利于控制精度的掌握。
2.設(shè)計(jì)原理
在有 PLC 應(yīng)用的地方對(duì)皮帶秤（皮帶）做簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：去掉積算儀，把其功能全部移植到 PLC 內(nèi)部，去掉速度傳感器（皮帶），只保留稱重傳感器，將稱重信號(hào)通過(guò)集線盒直接送到 PLC 的 AI 模板（流程示意圖見(jiàn)下圖 1），秤的所有功能：瞬時(shí)量計(jì)算與顯示、累積量功能、校間隔、校零、清零等都在 PLC 或 DCS 完成。
2.1 皮帶秤流量計(jì)算
皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（常為0-10mV），利用直流毫伏轉(zhuǎn)換器將毫伏值轉(zhuǎn)換為 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入 PLC/DCS；皮帶的轉(zhuǎn)速ｖ根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與滾筒直徑計(jì)算得出（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算得出），PLC 只需要重量信號(hào)這一變量進(jìn)行運(yùn)算，瞬時(shí)流量計(jì)算公式：F＝ｋ1ｖf。其中， F 為瞬時(shí)流量ｋｇ／ｓ；ｋ1 為流量（速度）系數(shù);ｖ為皮帶速度，ｍ／ｓ；f。為瞬時(shí)重量負(fù)荷ｋｇ／ｍ皮帶秤自身的實(shí)時(shí)重量 m0 , 瞬時(shí)重量為 mi（實(shí)時(shí)皮帶重量與物料重量之和），在速度一定下，重量負(fù)荷ｋｇ／ｍ與重量 m 呈正比例關(guān)系，為方便計(jì)算，通過(guò)模板讀取的 4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可直接表示為重量（即為 mi），負(fù)荷可表示為 f。 =k2(mi- m0),其中 k2 為稱重系數(shù)，流量計(jì)算公式可寫(xiě)為：F＝ｋ1k2v( mi- m0), ｋ1、k2 均為其函數(shù)的正比例系數(shù)，ｋ1× k2 為 F 的正比例系數(shù)，可令 k=ｋ1× k2,得出：F＝kv( mi- m0) k 稱為流量系數(shù)，在實(shí)物標(biāo)定時(shí)得出；m0 可在下面介紹的零點(diǎn)
的運(yùn)算中得出。瞬時(shí)量(t/h)積分得到累積值: ∑M=Fdt ，實(shí)際運(yùn)算中,根據(jù)程序運(yùn)算周期，確定系數(shù)，例如 PLC 一個(gè)計(jì)算周期為 1s, 若瞬時(shí)量為 t/h，則系數(shù)為 1/3600，將每個(gè)周期得出的瞬時(shí)量相加乘以系數(shù)得出累積值。
2.2 皮帶秤調(diào)零
皮帶秤的稱重傳感器測(cè)得的重量包括物料的重量和皮帶自身的重量，皮帶秤零點(diǎn)的標(biāo)定即為確定皮帶自身的重量，由于皮帶稱連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，稱體上的皮帶始終處于變化中，使得皮帶實(shí)時(shí)的重量處于變化之中。通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間 t（皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)一周時(shí)間的倍數(shù)）的累積值，使累積值等于零，得到皮帶自身的重量，即為零點(diǎn)。
根據(jù) F＝kv( mi- m0)，初始狀態(tài)下 k, m0 均為默認(rèn)常數(shù)，通過(guò)計(jì)算一m段時(shí)間（t）累積量使它為零來(lái)校準(zhǔn) m0，累積量 M 為零，即 i - m0 為零，得出零點(diǎn)計(jì)算公式：m0=∑mi/t,t 為 m0 累加周期（即調(diào)零時(shí)皮帶運(yùn)行時(shí)間）。
實(shí)際操作中,根據(jù)計(jì)算誤差大小決定是否繼續(xù)標(biāo)定零點(diǎn)，誤差的計(jì)算為：δ1=（m0-m′)/100 m′其中 m′為原零點(diǎn)， m0 為本次校準(zhǔn)的零點(diǎn)，若誤差較大，設(shè)定本次校準(zhǔn)零點(diǎn)為新零點(diǎn)，可通過(guò)多次調(diào)零，直到誤差穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.3 皮帶秤校準(zhǔn)
皮帶秤經(jīng)過(guò)調(diào)零點(diǎn)標(biāo)定后，通過(guò)實(shí)物校稱來(lái)標(biāo)定流量系數(shù)，稱重系數(shù)的計(jì)算公式：ｋ/M＝ｋ０／M０。其中ｋ為當(dāng)前標(biāo)定計(jì)算出來(lái)的流量系數(shù)，ｋ０為舊的流量系數(shù)（初始狀態(tài)下為默認(rèn)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)），M０為 PLC/ＤＣＳ計(jì)算得出的累計(jì)值，M實(shí)際重量。與調(diào)零一樣根據(jù)誤差的大小判斷是否繼續(xù)標(biāo)定，誤差的計(jì)算公式為：δ2=(M０-M)/100/M[2]。若誤差較大，設(shè)定本次校準(zhǔn) K 值為新 K 值，可通過(guò)多次校準(zhǔn)，直到誤差穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。
3.具體實(shí)施
某一恒速物料皮帶稱，利用 PLC 實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)顯示皮帶物料瞬時(shí)量、累積值、清零等功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零點(diǎn)標(biāo)定，和實(shí)物標(biāo)定。
3.1 控制系統(tǒng):
采用施耐德昆騰系列 PLC，CPU:140 CPU 534 14，模擬量輸入模板: ACI 04000；編程軟件為 Unity Pro，監(jiān)控軟件ifix4.5。
3.2稱重傳感器及變送組件：
傳感器選用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，0～500kg，精度為 0.05 ‰，輸出為：0～10 mV;變送單元采用流毫伏轉(zhuǎn)換器將0～10 mV 轉(zhuǎn)換為 4～20 mA 電流信號(hào)。程序?qū)崿F(xiàn)：
零點(diǎn)的計(jì)算:將零點(diǎn)標(biāo)定的程序制作為一個(gè)功能塊 zero，在皮帶秤的主程序中調(diào)用.
當(dāng)皮帶正在運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面按下零點(diǎn)校準(zhǔn)按鈕時(shí)，校零開(kāi)始，運(yùn)行 163 秒為一個(gè)校零周期（經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得 163 秒為皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間），在校零運(yùn)行中，通過(guò)一秒脈沖計(jì)算累計(jì)值，并利用下降沿脈沖計(jì)算出當(dāng)前零點(diǎn)，在監(jiān)控畫(huà)面按下自動(dòng)校零時(shí)，根據(jù)公式 δ1=（zero-zero1)/100 zero1，比較積算當(dāng)前零點(diǎn)與舊零點(diǎn)誤差，當(dāng)誤差大于 0.01%或者小于-0.01%時(shí)，自動(dòng)設(shè)定當(dāng)前零點(diǎn)為新零點(diǎn)，反之誤差小，原零點(diǎn)相對(duì)準(zhǔn)確，不必要改變零點(diǎn)。當(dāng)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)定為手動(dòng)校零時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求手動(dòng)改變零點(diǎn)。
實(shí)物校準(zhǔn)（流量系數(shù) K 的確定）：將實(shí)物校準(zhǔn)的程序制作為一個(gè)功能塊，在皮帶秤的主程序中調(diào)用，原理與零點(diǎn)計(jì)算相同。
瞬時(shí)流量計(jì)算，累積量的計(jì)算與清零：將瞬時(shí)量、累積量等程序制作為一個(gè)功能塊，在皮帶秤的主程序中調(diào)用，原理與零點(diǎn)計(jì)算相同。
利用此技術(shù)開(kāi)發(fā)的皮帶秤，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行能夠準(zhǔn)確反映皮帶瞬時(shí)流量與累積量，零點(diǎn)標(biāo)定和實(shí)物校準(zhǔn)更加方便快捷，總體運(yùn)行穩(wěn)定、準(zhǔn)確。在有 PLC 的場(chǎng)所完全可以替代皮帶秤積算儀，減少投資、增加設(shè)備穩(wěn)定性，值得推廣。