自动上料控制装置及控制方法.pdf

本发明揭示了一种自动上料控制装置，包括炉窑、卷扬机控制模块、布料器控制模块和探尺控制模块，该探尺控制模块包括料位探尺、主控单元、现场检测单元和输出单元，该布料器包括多个等间隔分布在圆周上的料斗，根据该控制信号旋转料斗至该加料位置；卷扬机控制模块包括卷扬机、定位单元、中央控制器和调速单元。本发明的技术方案，对炉窑原料进料的称量、装料、上料、布料、料位检测进行自动控制，能够有比较好的抗干扰的能力，实现了料位的实时、准确检测，并能及时、准确发出超限警报信号，提高了炉窑的产能，确保炉窑上料安全顺行。

1.  一种自动上料控制装置，包括炉窑、卷扬机控制模块、布料器控制模块和探尺控制模块，其特征在于：
该探尺控制模块包括料位探尺、主控单元、现场检测单元和输出单元，该现场检测单元检测料位信号，发送至主控单元，主控单元根据料位信号通过输出单元发出控制信号；
布料器控制模块包括加料位置和布料器，该布料器包括多个等间隔分布在圆周上的料斗，根据该控制信号旋转料斗至该加料位置；
卷扬机控制模块包括卷扬机、定位单元、中央控制器和调速单元，中央控制器接收控制信号，通过定位单元定位卷扬机的起始位置，通过调速单元调整卷扬机的速度。

2.  如权利要求1所述的自动上料控制装置，其特征在于，该现场检测单元包括传动机构、旋转编码器；传动机构带动旋转编码器旋转，旋转编码器产生位置码，发送至主控单元。

3.  如权利要求1所述的自动上料控制装置，其特征在于，该布料器包括6个料斗，互相之间间隔60度，该加料位置位于其中一个料斗处。

4.  如权利要求1所述的自动上料控制装置，其特征在于，该探尺控制模块还包括料位探尺，该料位探尺为带有重锤的探测器，与该卷扬机控制模块相连接，该探测器伸入炉窑内；在炉窑中设定料位的高料位和低料位，当探测器达到高位时，发出高料位信号，达到低位时，发出低料位信号。

5.  如权利要求4所述的自动上料控制装置，其特征在于，该主控单元接收到该高料位信号时，向该卷扬机控制模块发出停料信号；该主控单元接收到该低料位信号时，向该卷扬机控制模块发出加料信号。

6.  如权利要求1所述的自动上料控制装置，其特征在于，该炉窑包括料盅，炉窑的顶部通过料蛊加料，炉窑的底部出料。

7.  如权利要求6所述的自动上料控制装置，其特征在于，该炉窑还包括液动闸门，该液动闸门控制料斗的开关。

8.  一种自动上料控制方法，包括炉窑、探尺控制模块、卷扬机控制模块和布料器控制模块，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，在炉窑中设定高料位和低料位；
步骤二，利用探尺控制模块检测炉窑中的料位，检测到高料位时发出停料信号，检测到低料位时发出加料信号；
步骤三，卷扬机控制模块接收到加料信号时，对布料器加料，接收到停料信号时，停止对布料器加料；
步骤四，布料器控制模块接收到加料信号时，旋转其料斗进行加料，接收到停料信号时，停止加料。

9.  如权利要求8所述的自动上料控制方法，其特征是，该探尺控制模块包括主控单元、现场检测单元和输出单元，利用该现场检测单元检测料位，发送至主控单元，主控单元根据料位通过输出单元发出控制信号；
该布料器控制模块包括一个加料位置和多个等间隔分布在圆周上的料斗，根据该控制信号旋转料斗至该加料位置；
该卷扬机控制模块包括卷扬机、定位单元、中央控制器和调速单元，中央控制器接收控制信号，通过定位单元定位卷扬机的起始位置，通过调速单元调整卷扬机的速度。

10.  如权利要求9所述的自动上料控制方法，其特征是，该现场检测单元包括传动机构、旋转编码器；传动机构带动旋转编码器旋转，旋转编码器产生位置码，发送至主控单元。

自动上料控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于炉窑用料装填系统及方法，更具体地说，涉及一种自动上料控制装置及控制方法。 
背景技术
在钢铁企业中，上料系统是炉窑不可缺少的部分，炉窑上料的形式主要有料车卷扬上料和传输带上料两钟。卷扬料车上料机构结构紧奏、占地面积小，在用较普遍，其工作流程为：启动载料小车的上升信号后，卷扬电机控制载料小车低速运行约5s，载料小车上升速度由低速变高速，到顶前约5s载料小车速度由高速变低速，载料小车到顶卸料时间约6s；返程到底3s后开始启动混料皮带下料，料满后开始第二个周期过程。 
传统炉窑上料电控系统由凸轮控制器、PLC、变频器以及传感器构成。在实际运行中存在如下问题，在上料时采用行程开关进行位置检测，依靠凸轮控制器控制运行，在灰尘多的石灰生产现场，高浓度的灰尘往往造成主令开关和行程开关的接点闭合后接触不良；机械部分长期在恶劣环境下运转，造成机械运转部分损坏，常导致上料小车失速脱轨、坐底、入窑等事故，轻则损毁设备、影响产量，重则造成人身伤。 
另外，系统采用超声波和雷达料位计监控炉窑内部料位虽可做到测量精度高，动态响应快，但在实际使用过程中常遇到噪声、电网电压波动、大功率电机启停、电磁感应以及突然断电、输入线等干扰，致使料位仪在程序执行过程中失控。为了提高料位检测质量，需在硬件上采取抗干扰措施，各信号线加光电隔离，控制箱加抗干扰抑制器，又相应增加了投资。 
发明内容
本发明的目的旨在提供一种自动上料控制装置及控制方法，来解决现有技术中炉窑的不稳定性和高投入成本的问题。 
根据本发明，提供一种自动上料控制装置，包括炉窑、卷扬机控制模块、布料器控制模块和探尺控制模块。该探尺控制模块包括料位探尺、主控单元、现场检测单元和输出单元，该现场检测单元检测料位信号，发送至主控单元，主控单元根据料位信号通过输出单元发出控制信号；布料器控制模块包括加料位置和布料器，该布料器包括多个等间隔分布在圆周上的料斗，根据该控制信号旋转料斗至该加料位置；卷扬机控制模块包括卷扬机、定位单元、中央控制器和调速单元，中央控制器接收控制信号，通过定位单元定位卷扬机的起始位置，通过调速单元调整卷扬机的速度。 
根据本发明的一实施例，该现场检测单元包括传动机构、旋转编码器；传动机构带动旋转编码器旋转，旋转编码器产生位置码，发送至主控单元。 
根据本发明的一实施例，该布料器包括6个料斗，互相之间间隔60度，该加料位置位于其中一个料斗处。 
根据本发明的一实施例，该探尺控制模块还包括料位探尺，该料位探尺为带有重锤的探测器，与该卷扬机控制模块相连接，该探测器伸入炉窑内；在炉窑中设定料位的高料位和低料位，当探测器达到高位时，发出高料位信号，达到低位时，发出低料位信号。 
根据本发明的一实施例，该主控单元接收到该高料位信号时，向该卷扬机控制模块发出停料信号；该主控单元接收到该低料位信号时，向该卷扬机控制模块发出加料信号。 
根据本发明的一实施例，该炉窑包括料盅，炉窑的顶部通过料蛊加料，炉窑的底部出料。 
根据本发明的一实施例，其特征在于，该炉窑还包括液动闸门，该液动闸门控制料斗的开关。 
根据本发明的另一方面，还提供一种自动上料控制方法，包括炉窑、探尺控制模块、卷扬机控制模块和布料器控制模块，其特征是，包括以下步骤：步骤一，在炉窑中设定高料位和低料位；步骤二，利用探尺控制模块检测炉窑中的料位，检测到高料位时发出停料信号，检测到低料位时发出加料信号；步骤三，卷扬机控制模块接收到加料信号时，对布料器加料，接收到停料信号时，停止对布料器加料；步骤四，布料器控制模块接收到 加料信号时，旋转其料斗进行加料，接收到停料信号时，停止加料。 
根据本发明的一实施例，该探尺控制模块包括主控单元、现场检测单元和输出单元，利用该现场检测单元检测料位，发送至主控单元，主控单元根据料位通过输出单元发出控制信号；该布料器控制模块包括一个加料位置和多个等间隔分布在圆周上的料斗，根据该控制信号旋转料斗至该加料位置；该卷扬机控制模块包括卷扬机、定位单元、中央控制器和调速单元，中央控制器接收控制信号，通过定位单元定位卷扬机的起始位置，通过调速单元调整卷扬机的速度。 
根据本发明的一实施例，该现场检测单元包括传动机构、旋转编码器；传动机构带动旋转编码器旋转，旋转编码器产生位置码，发送至主控单元。 
采用了本发明的技术方案，对炉窑原料进料的称量、装料、上料、布料、料位检测进行自动控制，能够有比较好的抗干扰的能力，实现了料位的实时、准确检测，并能及时、准确发出超限警报信号，提高了炉窑的产能，确保炉窑上料安全顺行。 
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中： 
图1是本发明自动上料控制装置的结构示意图； 
图2是卷扬控制系统图； 
图3是卷扬电机变频器控制图； 
图4是旋转布料器的结构示意图； 
图5是料位探尺结构示意图； 
图6是料位探尺控制电气原理图； 
图7是料位探尺控制电气主回路原理图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 
如图1所示，本发明的自动上料控制装置包括以下的主要部件： 
1.称量料斗、2.卷扬机、3.旋转布料器、4.料盅、5.料位探尺仪，6.液 动闸门7.液动闸门，其控制主要有卷扬机的控制、旋转布料器的控制、料位探尺控制三部分组成。 
图1～图7中的符号说明如下： 
1.称量料斗 
2.卷扬机 
3.旋转布料器、3.1旋转旋转布料器第一个位置、3.2旋转旋转布料器第二个位置、3.3旋转旋转布料器第三个位置、3.4旋转旋转布料器第四个位置、3.5旋转旋转布料器第五个位置、3.6旋转旋转布料器第六个位置 
4.料盅、4.1料盅限位开关开到位、4.2料盅限位开关关到位 
5.料位探尺仪 
6.液动闸门1、6.1液动闸门限位开关开到位、6.2液动闸门限位开关关到位 
7.液动闸门2、7.1液动闸门限位开关开到位、7.2液动闸门限位开关关到位 
8.超低位 
9.下停车位 
10.下减速位 
11.上减速位 
12.高停车位 
13.超高限位。 
14.低料位信号 
15.高料位信号 
16.允许系统加料 
17.低重触点信号 
18.称量高限信号、料车钢丝绳松弛限位 
19.料车钢丝绳松弛限位 
卷扬机的控制
如图1所示，小车运行轨迹上设置超低位8，下停车位9，下减速位 10，上减速位11，高停车位12以及超高限位13，其中减速位10，上减速位11由图2所示的小车定位智能主令控制器发出。卷扬启动时以40Hz的频率上升直至上减速位11，自动减速至10Hz至高停车位ZSH113停止，延时10秒左右使车内的料倒完，接着小车自动以40Hz的速度下降至下减速位10速度频率降至10Hz直至下停车位9。 
小车定位检测由现场变送单元、连接电缆等主要部件组成。现场变送单元结构由机座、传动机构和旋转编码器组成；现场变送单元安装在现场，与受控设备（小车卷扬电机）传动轴钢性连接，通过旋转编码器和连接电缆将现场小车位置信号送至主控单元，主控单元结构由可编程控制器、输出继电器、控制电源等组成，主控单元与现场检测变送单元通过连接电缆连接，共同组成智能主令控制器，如图2所示。 
通过旋转在主令工作时，由受控设备通过现场检测变送单元的传动机构带动编码器一起旋转，编码器产生一系列位置码并送到可编逻辑硬件（PLC）的输入端，在PLC内部进行数学运算处理，同时与操作面板中可调的设定参数相比较，分别在上减速位11、下减速位10二个位置发出相应的控制信号，也就是给定10Hz频率（相当于8MA），送变频器AI2端口如图3所示，进而达到控制卷扬马达减速目的，直至停车位停下。 
旋转布料器的控制。
旋转布料器的转动由液压马达驱动。旋转布料器向窑内卸料有6个不同的位置如图2所示，由6个接近开关进行控制，每一个位置与下一个位置成60度，每个加料周期相当于向料车和旋转布料器加六斗料量，共15t，即在窑内铺了一层料。 
旋转布料器首次向窑内加料的第一个位置3.1与料车卸到旋转料斗的位置相同，料车将第二斗料卸到旋转布料器3后，旋转布料器便转到下一个位置3.2向窑内加料，加料完后旋转布料器便正转300度转到3.1位置，待第三斗料卸到旋转布料器3后，旋转布料器便转到下一个位置3.3向窑内加料，加料完后旋转布料器便正转240度转到3.1位置待第四斗料车卸料。同理第五斗和第六斗卸料原理一致。也就是料车向旋转布料器卸料位置总是第一个加料位置，每加一斗料，由计数器和存储设备将其记录下来。 
在将旋转布料器中的第六斗料卸到窑内之后，整个加料系统须等待料位探尺仪5发出新的加料周期指令，等待过程中，旋转布料器、料车以及称量料斗均应保持满料。 
料位探尺控制
如图5所示，窑顶设料位探测器（行程0～1.4m），其料位通过卷扬上的主令控制器显示和控制。加完一批料后，料位探测器的重锤放下，当探到大于1.4m，如图5的L处，灯亮，主令给出低料信号，料位探测器的重锤提起继续加料一次；当探到小于1.4m处，重锤落在料面上不提起，此时松绳信号给出，图6中的指示灯亮，主令给出高料位信号通知卷扬小车停止上料。 
随着窑底出料，料面下降，当钢丝绳绷紧时松绳开关通知卷扬继续放绳，至再次松绳，这样循环直到至满行程，主令给出低料位L信号，此时料位探测器的重锤提起至0米至图5的HH处，此时图6的允许系统加料灯亮。整个料位探尺控制原理如图6和图7所示，其中图6中的SW1高高料位开关对应图5的HH0米高高料位；图6中的SW2低料位开关对应图5的L1.4米低料位；图6中的SW3绳松开关对应图5的H0-1.4米高料位。 
有益效果
采用计算机控制系统，对炉窑原料进料的称量、装料、上料、布料、料位检测进行自动控制，经过长时间运行，用PLC程序和无触点编码器代替机械凸轮触点的逻辑动作使运行更加可靠，料位计故障率为零，实现了料位的实时、准确检测，并能及时、准确发出超限警报信号，提高了炉窑的产能，经济效益显著。 
下面通过一个实施例来说明本发明的技术方案。 
步骤1：炉窑自动上料可选择自动循环或手动循环模式。如果选择了自动循环，将会通过点击上位机屏幕上的相应键自动启动/停止。如果选择手动模式，操作人员将启动每个马达/或给每个电磁阀通电，注意互锁。 
步骤2：在启动石灰石装料系统前称量斗将预先用40－80mm的合适的石灰石装料。石灰石称量斗的低重触点信号17启动石灰石筛分供料系统 给称量斗供料。当称量斗装满时，称量高限信号18将停止向称量斗供料。 
步骤3：石灰石装料循环是通过窑内低料位信号来启动的。 
步骤4：料位仪移动到允许系统加料16，进入到保护套管。在整个装料循环期间，料位探测棒将保持在这个位置。 
步骤5：启动石灰石装到料车的允许信号是来自下列触点信号出现之后， 
9下停车位 
7.2液动闸门限位开关关到位 
4.2料盅限位开关关到位 
6.2液动闸门限位开关关到位 
18称量高限信号 
3.1旋转旋转布料器第一个位置 
步骤6：没有下列报警出现时，允许信号可以启动向料车装石灰石的顺序。19料车钢丝绳松弛限位。 
步骤7：通过液动闸门6打开石灰石称量斗的门。限位开关6.1指示完全打开。 
步骤8：向料车中卸石灰石要等3分钟，这在定时器页面可调整。 
步骤9：石灰石称量斗阀门通过液动闸门6来关闭。限位开关6.2指示完全关闭。 
步骤10：石灰石称量斗准备再次被装料，当低重触点信号17信号出现时，将激活石灰石的筛分供料系统，直到完全装满出现称量高限信号18。 
步骤11：通过液动闸门2（7）打开窑顶装料密封闸门，限位开关7.1指示完全开到位。 
步骤12：通过变频器控制用低速来启动卷扬机2 
步骤13：大约10秒钟之后，通过变频器控制，卷扬机2开始由低速向高速增加，切换时间可以通过计算机屏幕上的相应键调整。 
步骤14：当料车到达位置上减速位11时，卷扬机2由高速切换到低速。 
步骤15：当低速运行的料车到达位置超高限位13时，将被停止。 
步骤16：向窑顶料仓卸下石灰石的等待时间：10秒，可通过键盘在定时器页面进行调整 
步骤17：通过变频器控制，卷扬机2将以低速开始下降. 
步骤18：大约10秒钟之后，通过变频器，卷扬机2开始由低速向高速增加，切换时间可以通过键盘调整。 
步骤19：大约10秒钟之后，通过液动闸门2（7）关闭装料密封闸门。限位开关7.2指示完全关到位 
步骤20：当料车已经到达位置下减速位10，卷扬机2由高速切换到低速 
步骤21：料车以低速下行，当到达限位开关下停车位9位置时，将停止. 
步骤22：在料车的运行时间里，称量斗同时又用石灰石进行装料。称量斗的低重信号17将启动筛分、供料系统，同样称量斗的高重信号18将停止该系统。 
步骤23：7.2液动闸门限位开关关到位表示石灰窑装料密封闸门关闭，通过料盅4打开石灰窑料盅盅门。限位开关4.1指示出完全开到位。 
步骤24：从窑顶旋转布料器向窑内卸料的等待时间20S，可通过键盘调整。第一车应卸在相应的限位开关3.1处。 
步骤25：通过4关闭石灰窑的料盅盅门。限位开关4.2来指示完全锁闭。 
步骤26：通过旋转布料器3定位，直到相应限位开关3.2的第二个卸料位置。 
步骤27：第二车像前面所描述的以同样的顺序和互锁关系被装到石灰窑。每一次向石灰窑的装料，旋转布料器都将通过3分布在下一个相应于6个限位开关3.1-3.6的位置。 
步骤28：在进行6次装料之后，旋转布料器3将再一次被定位在第一个卸料位置，相应的限位开关3.1。在开始一个完整的6批装料循环之前，料位探测仪5对窑内料位进行检测。 
步骤29：向下启动5，降下探测棒。如果在整个下降阶段，松绳开关 17没有反应，这意味着探测棒没有碰到石灰石，因此窑内石灰石料位仍很低。 
步骤30：向上启动5，提升探测棒，直到限位开关16所指示的停止位置。 
步骤31：探测棒上升到位置16后，系统准备再次向窑内装6料车石灰石，然后再用料位仪测量窑内料位。系统将根据石灰石料位情况继续装几批6料车石灰石，每装一批都要探测一次，直到高料位信号15出现时，这意味着探测棒碰到了石灰石，石灰窑已装满。 
步骤32：在石灰石料位的探测中出现了高料位信号15时，装料程序将被停止。随着窑底出料，料面下降，直到再次出现低料位14。 
步骤33：窑内低料位14出现时，向上启动5，上升探测棒直到停止位置16，新一轮的6车装料循环将像上面所描述的那样被启动，之后系统将按照同样的逻辑继续操作。 
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。