湿散盐发放控制系统设计分析

摘要：传统的在火车货运车厢上划线，人工进行湿散盐装车的方式，自动化水平低且容易受湿盐干湿程度、堆积密度及发放人员视觉的影响产生较大误差，导致出现超载或亏载的问题。针对这一现状，设计一套以悬浮式皮带秤为计量依据，以DCS为控制核心的装车控制系统，并利用电脑作为上层监控核心设备，系统可实现定量装载，并大大提高湿散盐装车自动化水平，简化操作程序，降低工作人员劳动强度[1]。实际运用表明，系统具有操作简单、可靠性高、安全经济的优势，为企业增加客观的收益。

关键词：装车；悬浮式皮带秤；控制系统；DCS

根据铁路发运规则要求，铁路运输中对所运货物的重量有严格的控制标准，不允许超载多装影响铁路运输安全，因此需要铁路发运的企业在货物出厂装车时需要根据待装的火车货运车厢定量装载货物，否则超载将受到相应的处罚；在传统的湿散盐生产企业，使用栈桥湿散盐装载发放时，一般采用在火车货运车厢上划线的方式进行计量，由于此种方式是纯体积计量方式，受湿散盐干湿程度、堆积密度及发放人员视觉误差影响较大，造成一直以来实际发放计量的误差较大，不时有因超重受到处罚或少装造成公司亏损运费的情况。针对这一现状，本文提出设计以悬浮式皮带秤为计量依据，以DCS为控制核心的装车控制系统，并利用电脑作为上层监控核心设备，系统可实现定量装载，有效提高了湿散盐装车精度，减少工人工作量，提高自动化水平，为企业增加经济效益。

1总体方案简介

目前采用的在火车货运车厢上划线进行湿散盐计量的方式，是一种比较原始的纯体积计量方式，受到多方因素的影响，导致装车精度不高且效率低下，另一方面工作人员需要关注的信息较多，容易出现错误操作。因此一种高精度、易操作的湿散盐发放控制系统成为迫切需求。本文设计湿散盐发放控制系统主要由称重模块﹑网络通讯模块﹑控制模块﹑执行模块和上位机监控模块组成。该系统简要工作流程为：当火车进入待装区域并做好装车准备工作后，操作人员按操作规程启动输送机及卸料小车，设定好需要装载的车厢和对应的重量后，落下分料闸板，湿散盐通过输送机从供料罐输送至火车车厢，通过皮带秤对湿散盐进行称重，当累积量达到设定值时，闸板自动抬起将湿散盐通过其它输送皮带运至湿散盐库。通过以皮带秤作为计量依据，利用发放控制系统控制湿散盐的发放，实现提高计量精度，提高自动化水平，降低操作人员工作难度的目标。系统整体结构如图1所示。

2系统的整体设计

综合分析了湿散盐发放对安全性﹑可靠性﹑计量精度的要求，以及公司现有工业控制网络和技术储备等多方面因素，决定采用DCS作为湿散盐发放控制系统开发的基础。DCS具有较强的控制功能，不仅可以实现顺序控制，也可以完成非线性﹑自适应﹑最优﹑解耦﹑串级和前馈等复杂控制[2]。DCS系统中有工程师站﹑操作员站﹑现场操作站，这些都是使用独立的计算机组成，通过网络实现数据通信，具有极强的可扩展性﹑可靠性和实时性。并利用上位机作为监控系统核心设备,实现系统的可视化﹑在线监测控制功能。控制系统的硬件设备包括DCS﹑工控机﹑皮带秤﹑通信设备线路等。该系统DCS选用浙大中控JX-300XP系统，主控卡采用浙大中控设计生产的XP243X主控卡作为控制站软硬件的核心，协调控制站内软硬件关系和各项控制任务。可自动完成数据采集﹑信息处理﹑控制运算等多项功能。皮带秤则选用赛摩浮衡系列电子皮带秤ICS-FH-4，ICS-FH型浮衡秤主要由四部分组成：称重桥架﹑测速装置﹑转换器（或接线盒）和积算器[3]。其工作原理是通过称重传感器支撑的桥架和称重托辊检测皮带上的物料重量，产生一个正比于皮带载荷的输出信号，同时速度传感器产生一系列脉冲信号，计算器将以上两种信号进行积分计算，最终转换得出瞬时流量和累计重量。浮衡秤的自由浮动平衡结构，称重桥架自由浮动与称重传感器连接，无限位装置﹑传力环节少﹑测重准确可靠、计量精度高；由于两个称重传感器装于支撑梁两端，所以具有抗偏载能力强﹑适应皮带输送机带宽大﹑带速高等特点，为避免皮带秤整体构造被湿散盐腐蚀导致计量精度变差，皮带秤支架材质选用316L不锈钢材质。系统硬件结构如图2所示。

3控制系统操作功能设计

通过对湿散盐发放进行需求分析，确定了控制系统需要包括的操作功能。系统控制操作功能结构图如图3所示。

3.1设备单体/连锁转换功能

设置设备单体/连锁转换功能主要用于检修或设备故障时，当皮带机﹑气动闸板等设备出现故障时，可以单独控制进行动作，以便检查故障原因并进行单体试车[4]。

3.2设备启停控制功能

设备启停方式有现场手动控制、远程单体手动控制、远程联动控制。设置启停控制功能主要是指设备在远程控制状态下，能够实现单体启停控制和设备联动状态下的启停控制。

3.3设备逻辑连锁控制功能

设备逻辑连锁控制功能主要是指在远程联动控制状态下的连锁。在远程联动控制状态下，设备的启动、停止需要满足一定的逻辑连锁关系。逻辑连锁主要分为设备内部连锁和设备外部连锁，本控制系统设备逻辑连锁控制功能为设备外部连锁，主要是各设备之间的工艺连锁关系，包括设备允许启动连锁、设备允许停止连锁等，如生产线下游设备启动运行后，生产线上游设备才可以启动，生产上游设备停止后，才可以停止生产线下游设备。3.4装载重量实时显示功能湿散盐的发放过程的控制量是各个车厢的装载重量，已装载重量的准确计算是湿散盐发放精度的关键点。皮带秤累计重量信号进入DCS后需要进行一定的信号运算及处理，以保证信号的正确性。

3.5人机交互功能

人机交互功能主要包括故障报警显示功能，以及人工信息设定功能。当设备运行过程中，由于外部因素或设备自身保护装置的故障造成系统停止运行，这些故障信号或报警信号需要在操作画面显示，以提醒操作人员设备异常状态，并及时排查﹑处理故障。人工信息设定主要是一些参数的设定，当在进行湿散盐发放时遇到一些变化或者经过长时间操作积累出更多的经验时，操作人员可以灵活的设置参数，使装载重量保持在合理的范围之内。

4湿散盐发放控制设计

首先火车驶入湿散盐装车轨道停好，装车人员做好装车准备工作，上位机操作人员获得装车信息后，通过系统控制启动皮带机和湿散盐发放小车，设定好每个车厢的装载重量后，启动系统控制气动分盐闸板将湿散盐从进入湿散盐库的皮带输送机路线切换至湿散盐发放皮带输送机路线，在皮带输送机进料点后方上装皮带秤进行称重，称重后的湿散盐通过发放小车装入火车车厢，当累积量达到设定值时，气动分盐闸板自动抬起，声光报警器开始报警，持续时间60秒，60秒后闸板自动落下开始第二车的发放，小车上的操作人员当听到声光报警器报警时应及时关注皮带上散盐情况，一旦皮带上的散盐中断，应在60秒内将小车开至第二节车皮开始第二车的发放。直到火车车厢全部完成装车，实现安全高精度湿散盐装车。系统控制原理如图4所示。

5软件程序设计

DCS作为湿散盐发放控制系统的核心设备,利用浙大中控AdvanTrolPro图形编程软件对其进行开发,再确定测点清单﹑控制运算方案﹑系统硬件配置，包括系统的规模、各站IO单元的配置及测点的分配等准备工作后，建立目标工程。应用系统的硬件配置通过系统配置组态软件完成。采用图形方式，系统网络上连接的每一种设备都与一种基本图形对应。随后进行数据库组态。定义和编辑系统各站点的信息，在完成数据库组态后进行控制算法﹑图形、报表组态。编译生成，系统联编功能连接形成系统库，成为操作员站、现场控制站上的在线运行软件的基础。应用系统生成完毕后，应用系统的系统库、图形和报表文件通过网络传输下装到服务器和。

6结语

本文设计了一种基于皮带秤进行湿散盐发放装车的控制系统，完成了对系统整体方案设计以及具体实现过程的介绍。系统可实现提高计量精度，提高自动化水平，降低操作人员工作难度的目标。工作人员可实时在线监控湿散盐装车过程。同时，系统自带报警功能，在切换火车车厢时，可实现预警作用。对系统进行了测试，测试结果表明,该系统功能稳定,预期效果良好。预计该系统的应用，可大大提高湿散盐发放的计量精度和自动化程度，提高企业的经济效益。

参考文献

[1]孙德利.火车自动化装车控制系统的设计[J].石油化工自动化，2008（2）：77-78.

[2]匡益兵.高陡边坡进水口布料机入仓系统布置技术[J].四川水利，2018，39（02）：37-39.

[3]李晓力.阵列式皮带秤在电厂接煤计量中的应用[J].仪器仪表标准化与计量.?2018(06).

[4]尹嘉巍.基于PLC的皮带卸料小车智能控制系统设计[D].内蒙古大学2020.

作者：颜伟 单位：湖南省湘衡盐化有限责任公司 湖南省井矿盐工程技术研究中心