近幾年來， 隨著企業(yè)對鑄鐵性能要求的日益提高，市場對高品質(zhì)鑄件的需求日益增多，鑄件性能的要求越來越高，對孕育裝置的給料精度要求也越來越高。隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了采用微波測量技術(shù)的固體流量計，使用起來方便快捷，穩(wěn)定可靠，抗干擾性強，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期存儲。

 

1、流量計的主要功能及工作原理

    微波固體流量計是一種用來測量金屬管道內(nèi)固體物料流量的測量系統(tǒng)，具有測量累計流量、瞬時流量，流量控制等功能。微波固體流量計傳感器采用24GH高頻微波，通過傳感器與管道之間電磁場的耦合，產(chǎn)生一個測量場，測量場的微波能量被固體微粒發(fā)射回來，然后被傳感器接收。根據(jù)多普勒原理，微波固體流量計僅測量流動的顆微粒能，記錄顆粒數(shù)目，計算出流量。測量信號不受管道內(nèi)壓力、溫度和壓縮空氣的影響。微波固體流量計在使用時，需要根據(jù)現(xiàn)場實際流

量進行標定。在沒有流量時，可以設(shè)置零點位置直到輸出電流為4mA；流量非常大時，可以設(shè)置滿量程位置直到輸出電流為20mA。由于微波固體流量計采用微波多普勒原理，要求非常小流速（流量）為0.36m/s，所以要安裝在管道中間， 距進料口要保證300mm 以上距離，距下料口至少2 倍管道直徑的距離。伸進管道部分材料為TFE 特氟龍，擋在傳感器前端，使得傳感器不直接接觸孕育劑，不易損壞，并且無穿透影響。

 

2、控制系統(tǒng)

   孕育裝置電控系統(tǒng)以西門子S7-200PLC為控制核心，通過接收到的流量計信號，經(jīng)PLC運算控制變

頻器，控制調(diào)節(jié)螺旋給料機構(gòu)驅(qū)動電機的啟停，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速即下料量，達到瞬時流量基本恒定、下料總量精準控制的目的。

 

2.1、系統(tǒng)構(gòu)成

    系統(tǒng)控制部分如圖1 所示。以西門子S7224XPPLC 為基本控制單元， 配置康納森流量MONITORSF1 （型號為17-8511-11， 輸出4~20mA 電流信號）1個， 淮安三暢SC908流量積算儀1臺， 施耐德ATV312H108M3 變頻器及配套電機1 套。另外，為了簡化系統(tǒng)硬件構(gòu)成， 選用臺灣威綸MT4424T 10 寸觸摸屏1 臺，PLC 通過2 個通信端口分別和流量積算儀及觸摸屏進行RS-232C 通信，交換數(shù)據(jù)。

 

2.2 系統(tǒng)主要功能

（1）PLC 與流量積算儀、觸摸屏通信。在PLC 編程軟件及觸摸屏組態(tài)軟件中設(shè)置相應(yīng)的通信參數(shù)， 可實現(xiàn)PLC 與流量積算儀及觸摸屏之間的RS-232C 通信，完成信息采集、數(shù)據(jù)交換，并可把調(diào)試過程中對應(yīng)不同設(shè)定流量的控制值存儲在PLC 中。

 

（2）控制參數(shù)的輸入、設(shè)備運行參數(shù)的顯示。在觸摸屏上的參數(shù)設(shè)置畫面， 可以方便地設(shè)定工藝要求的孕育瞬時流量及下料總量， 還可以實時顯示實際的瞬時流量及下料總量； 設(shè)備的控制與設(shè)備運行參數(shù)的顯示都可在設(shè)備監(jiān)控畫面上實現(xiàn)。在調(diào)試或新產(chǎn)品研發(fā)時， 需要在觸摸屏上輸入試驗性質(zhì)的瞬時流量值和下料總量，一旦確定工藝參數(shù)，只要在觸摸屏上輸入鑄件的代碼， 變頻器便根據(jù)接收到的PLC 模擬量輸出信號， 使螺旋給料機電機按相應(yīng)的初始工作頻率運行，縮短PID 整定時間，迅速使瞬時流量與設(shè)定值趨向一致； 如果實際下料總量超過設(shè)定下料總量，PLC 發(fā)出指令停止下料，并把停機前的變頻器工作頻率值存儲在PLC 中， 以備下次動作賦初值給變頻器。

 

（3）故障報警、數(shù)據(jù)長期歸檔記錄。

當螺旋給料機瞬時流量（相對于設(shè)定流量）出現(xiàn)異常時，PLC 會發(fā)出故障報警信號， 并通過觸摸屏的報警畫面進行顯示，提醒設(shè)備操作人員查看下料系統(tǒng)是否有意外情況發(fā)生，同時，還可把設(shè)備的運行參數(shù)等數(shù)據(jù)進行長期歸檔記錄。

 

3、流量測控系統(tǒng)

流量測控系統(tǒng)原理如圖2 所示。

 

該系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。微波固體流量計把4~20mA 的模擬量信號發(fā)送到流量積算儀， 再由流量積算儀把瞬時流量（4~20mA 標準模擬量信號）變送輸出到PLC 的模擬量輸入端口，同時，通過標準串行雙向通信接口與PLC 之間實現(xiàn)RS-232C 協(xié)議通信，把積算出的下料總量值發(fā)送到PLC 中，PLC 經(jīng)過運算輸出模擬量信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制電機轉(zhuǎn)速。

 

3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制

    微波固體流量計采集的4~20mA 的模擬量信號變送回PLC 中后， 與觸摸屏上預(yù)先設(shè)定的瞬時流量

值相比較，得出一個偏差（正偏差或負偏差），經(jīng)過PLC 中的PID 功能塊處理， 由PLC 的模擬量輸出端口輸出一個標準的4~20 mA 電流信號送到變頻器，控制變頻器的輸出頻率， 以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。另外，PLC 將從流量積算儀接收到的下料總量值與觸摸屏上預(yù)先設(shè)定的下料總量值相比較， 通過編制的PLC 程序控制變頻器的啟停， 保證下料總量的精準。

 

3.2 PID 控制

    PID 控制通過在西門子S7-200PLC 中調(diào)用PID功能塊來實現(xiàn)，系統(tǒng)定時（按照采樣時間）執(zhí)行PID

功能塊， 按照PID 運算規(guī)律， 根據(jù)當時的給定、反饋、比例－積分－微分數(shù)據(jù)，計算出控制量。PID 控制是負反饋閉環(huán)控制， 能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。PID 功能塊只接受0.0~1.0 之間的實數(shù)（實際上就是百分比） 作為反饋、給定與控制輸出的有效數(shù)值， 如果直接使用PID 功能塊編程，必須保證數(shù)據(jù)在這個范圍之內(nèi)，否則會出錯。其他如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實數(shù)，因此，必須把外圍實際的物理量轉(zhuǎn)換為PID 功能塊需要的（或者輸出的）數(shù)據(jù)。通過觸摸屏上的PID 參數(shù)設(shè)置畫面，可以很方便地整定參數(shù)，并可將其保存在存儲區(qū)。

 

4 結(jié)語

    經(jīng)生產(chǎn)驗證，采用微波固體流量計的孕育裝置控制系統(tǒng)自動化程度高，調(diào)試時間短，運行穩(wěn)定、可靠，安全性高，操作簡便，報警功能完善，不但保證了良好的孕育效果，提高了工藝的穩(wěn)定性，還減輕了工作人員的勞動負擔，大大提高了工作效率，節(jié)能效果顯著。另外，由于實現(xiàn)了實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲，方便了工藝查詢和分析以及質(zhì)量追溯，該裝置具有較好的實際應(yīng)用效果，達到預(yù)期的設(shè)計目標。