基于現場總線的智能稱量系統(tǒng)

1、引言
   
萊鋼新建3#750高爐槽下稱量系統(tǒng)中采用現場總線技術，通過schneider公司的智能稱重模塊和mb+網絡軟、硬件構成現場實時數據采集網，實現測量數據的數字化傳輸，提高了入爐爐料重量信號的測量精度和測量系統(tǒng)的抗干擾能力。較好解決了現場一次測量裝置所采集的信號在傳輸過程中受到干擾影響而產生畸變和失真的問題。

2、槽下配料工藝概況
   
高爐入爐爐料包括大燒結礦、小燒結礦、焦炭、燒結球團及其它輔料，分別從原料場、豎爐和燒結機運來，經槽上輸送到各個料倉。根據入爐料單來選擇爐料的種類和重量，選中一個料倉時，倉內爐料經振篩輸送到稱量斗稱量，稱量后經皮帶去上料小車，送到爐頂料罐。示意圖如圖1所示: 

圖1    工藝流程示意圖

3、智能稱量系統(tǒng)的拓樸結構
   
智能稱量系統(tǒng)的現場總線以mb+網和12個isp momentum weighing module為主干，構成令牌總線，通過槽下plc的nom模塊與控制系統(tǒng)相聯。plc控制器通過noe以太網模塊接入3#750高爐光纖主干網（以太網），服務器與工作站均接在以太網上,如圖2所示。

圖2    智能稱量系統(tǒng)的拓撲結構示意圖
  
12個isp momentum weighing module按邏輯環(huán)的順序依次持有令牌，誰得到令牌，便有權與控制器交換信息，包括控制指令、采集的數據、奇偶校驗、模塊狀態(tài)等。有效的重量信號則由控制器轉發(fā)到服務器，由控制器和工作站共享，控制器利用這些信號進行實時配料控制，進行料空、料滿判別，爐料水分補正，爐料配比控制等，并在工作站的監(jiān)控畫面上顯示。

4、智能稱量系統(tǒng)的軟件功能
   
該系統(tǒng)的軟件功能包括通訊、稱量裝置設定與校驗、智能控制、歷史記錄與打印設置等。

4.1  通訊功能
   
為適應不同應用場合，系統(tǒng)預留多種通訊方式和接口，通訊接口有:用于網絡通訊的mb+、mb、mbtcp/ip、m1;作為現場編程接口的rs232/rj11，它可在現場組態(tài)或單個模塊獨立運行;作為現場顯示端口的rs485/rj11;一個作為現場打印口的9pin串口。該系統(tǒng)基于現場總線技術，通過mb+口數據上傳到服務器，其它接口則作為應急備用。
   
該系統(tǒng)基于mb+網，12個智能模塊組成邏輯令牌環(huán)，每個模塊依次獲得令牌，當第i個模塊得到令牌時，便有權與控制器交換信息，包括控制指令、采集的數據、奇偶校驗、模塊狀態(tài)等。有效重量信號則由控制器轉發(fā)到服務器，該模塊完成后，便將令牌傳給另一個模塊，如此循環(huán)下去。若某一個模塊出現故障，則將其從邏輯環(huán)中自動清除，待其恢復后再接入邏輯環(huán)中?，F場總線的通訊速率為1mbps。

4.2  稱量裝置設定與校驗

1） 稱量裝置設定

稱量間隔:為適應不同大小的稱量斗和不同的物料，要進行稱量間隔設定，間隔的等級從0.01、0.02、0.05、0.1 ……最大到50000kg，用戶要根據稱的額定值來選擇相應的稱量刻度;
稱量極限設置:系統(tǒng)給出三個選擇:２％mr、５％mr、９％mr（max range），可根據設備的狀態(tài)靈活選擇。

（2） 稱量裝置校驗:稱量裝置校驗分三種模式，兩個階段。

三種模式:

•標準模式:當校稱載荷≥75%mr時，按此模式校稱;
•降級模式:當校稱載荷達不到標準模式要求時，執(zhí)行此模式;
•強制模式:當認為上次校稱有問題或無效時，執(zhí)行此模式覆蓋上次的校驗，該模式又分增荷和降荷兩種。

兩個階段:

•零點校驗:稱量斗為空，根據各稱量斗的自重來調節(jié)稱的零點;
•載荷校驗:用適當的載荷來標定稱量裝置的線性度，可根據具體的現場條件來選擇上述三種模式之一，通常采用標準模式進行。

4.3  智能控制

（1） 零點遷移和自動跟蹤
   
零點的遷移范圍有兩種:±２％mr和±５％mr。要實現零點自動跟蹤，零點遷移范圍必須選擇±２％mr，系統(tǒng)自動記錄稱量斗內每次裝入的凈荷w1和卸出的凈荷w2，然后計算差值δw, 根據δw的大小和極性自動修正稱量裝置零點。
δw＝w１-w２

（2）數字濾波
   
稱量系統(tǒng)中，稱重傳感器所采集的料重信號最初是模擬信號，在采集傳送過程中不可避免要受到干擾，為消除這種干擾，系統(tǒng)將信號進行a/d轉換再進行數字濾波處理。
   
數字濾波器為兩種:fir濾波器和iir濾波器。

（3） 測量穩(wěn)定性的自適應
   
要使測量數據準確，在一定的時間間隔（t）內重量的變化要在允許的范圍（r）內，系統(tǒng)根據重量的變化率進行自適應調節(jié)，t和r的可選值為:

t:0.4s、0.5s、0.7s、1s;
r:2.25d、3.25d、4.25d、6.25d、8.25d（division）。

（4） 流量計算與上料單控制
   
系統(tǒng)可對一臺稱量裝置或一種爐料（在一個或多個倉中）計算其流量的瞬時值和累計值。當操作員在監(jiān)視畫面上填寫好上料單后，就確定了各種爐料的設定重量，系統(tǒng)計算各種爐料的累計值，當與設定值相等時則結束該種爐料的供料。當上料單全部執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就等待下一個上料單。

（5） 料流控制
   
為了提高定量稱量的準確性，提高稱量系統(tǒng)的工作效率，控制稱量斗的載重不超過其額定值，需要對進入稱量斗的料流進行控制。這里的定量稱量包括定量裝料和定量卸料兩個環(huán)節(jié)。
   
裝料的稱量過程為:開始時，以較大的料流裝料，系統(tǒng)輸出q1電平控制料流;當稱量斗內的重量達到高速料流截止點（high flow cut-off）時，系統(tǒng)輸出q2電平，減小料流;當稱量斗內凈重（net weight）達到設定值時，關閉料流。料流曲線如圖3所示。卸料的稱量過程與裝料相似。

圖3    料流控制示意圖

4.4歷史記錄與打印設置
   
為方便生產管理，系統(tǒng)在數據庫中存放規(guī)定時間段內的料重數據，可以在工作站上顯示并提供查閱和打印。

5  系統(tǒng)調試

（1） 零點標定 零點標定要確認稱量斗內無載荷，清除斗內雜物，輸入測量元件最大測量范圍，選擇scale division值，按零點標定按鈕進入標定程序，進程結束后，數據自動存檔記錄;
（2） 載荷標定 零點標定完成以后，進行載荷標定，按標準模式進行，凈載荷加到75%額定值，按載荷標定按鈕即進入標定程序，標定進程結束之后，數據自動存檔記錄。測量完畢后，以25%額定值的幅度減載荷，直到載荷全部卸除。
（3） 數據傳輸調試 稱量系統(tǒng)標定后進行數據傳輸調試，確保生產過程中數據傳輸的準確可靠;
（4） 邏輯環(huán)調試 人為使一個節(jié)點故障，系統(tǒng)能否將其自動卸除;恢復該節(jié)點，看系統(tǒng)能否將其自動加入邏輯環(huán);
（5） 傳輸率和誤碼率測試 網絡中等負載情況下進行數據發(fā)送和數據接收測試。

6、結束語
   
系統(tǒng)投運以來，數據傳輸和測量準確，由于實現了數字化數據傳輸，避免了傳統(tǒng)模擬量信號傳送過程中的長線干擾，大大提高了稱重系統(tǒng)的抗干擾能力。在測量刻度劃分、零點校正、測量穩(wěn)定性進行自適應控制，提高了定量稱量的準確性。用戶反映良好，有很高的推廣價值。