韓晉軍

（青島泰德汽車軸承股份有限公司，山東 青島 266041）

1 緒論

1.1 課題研究背景及意義

空氣炮又名空氣助流器、破拱器、清堵器，是以突然噴出的壓縮氣體的強烈氣流，以超過一馬赫（音速）的速度直接沖入貯存散體物料的閉塞故障區(qū)，這種突然釋放的膨脹沖擊波，克服物料靜摩擦，使容器內(nèi)的物料又一次恢復(fù)流動。空氣炮是一種清潔、無污染、低耗能的理想清堵吹灰設(shè)備，現(xiàn)有四個化堿稱過渡倉，化堿除塵料倉，布袋除塵料倉和包裝料倉均采用KT型空氣炮，但是在日常使用過程中發(fā)現(xiàn)幾個弊端。

（1）空氣炮有自動功能，能夠根據(jù)設(shè)定的時間定時清堵，但是料倉若長時間沒有物料，則會浪費壓縮空氣，并造成硬件的無效磨損，減少硬件的使用壽命。

（2）為了避免上述弊端，可以采用現(xiàn)場手動操作，但是需要操作工人去現(xiàn)場開關(guān)空氣炮，增加了勞動量。

（3）有時候并不會多個料倉同時進料，但是空氣炮的循環(huán)控制是囊括所有料倉空氣炮的，造成了壓縮空氣的浪費。

（4）空氣炮的功能設(shè)置比較簡單，靈活性不大，若采用自動功能，即使料倉內(nèi)物料很少，不會造成堵塞，也會按照設(shè)定的時間清堵，這樣容易造成過多粉料被除塵抽走，并且會對包裝下料稱造成沖擊，容易造成沖稱，影響稱的穩(wěn)定性。

鑒于上述問題，若能夠根據(jù)實況對空氣炮采取更加靈活的控制，不僅能夠減少設(shè)備磨損、壓縮空氣的浪費，還能夠減少壓縮氣流對包裝稱的影響，減少除塵對粉料的過多抽取。通過現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)料倉上均有物料變送器（料位計），市場上的料位計輸出比較統(tǒng)一，為4～20mA電流或者1～5V電壓標(biāo)準(zhǔn)信號，能夠與空氣炮控制盤的PLC進行通信，通過PLC控制空氣炮的工作。

1.2 課題研究主要工作

若要完成對空氣炮的靈活控制，需要從以下幾個方面著手。

（1）現(xiàn)場空氣炮PLC控制程序的更改。

（2）料位計信號與空氣炮PLC的通訊。

（3）配套電路的設(shè)計。

2 工作原理及流程簡述

2.1 系統(tǒng)工作原理

空氣炮與料位計聯(lián)合控制系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成。

第一部分是料位計信號的采集。大多數(shù)料位計以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電壓信號為輸出信號，供DCS使用，如果同時接DCS和供PLC使用會造成電壓信號的衰減，對測量的準(zhǔn)確性造成較大影響，因此料位計輸出信號需要接一入兩出的直流信號隔離變送器，將單股電壓信號轉(zhuǎn)換成兩個一樣的電壓信號，分別接DCS和PLC模擬輸入端子。

第二部分是料位信號的處理。直流信號隔離器輸送過來的電壓信號通過PLC的模擬輸入端子輸入到PLC內(nèi)部，通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十六進制數(shù)字，然后通過PLC內(nèi)部的比較指令，與空氣炮的啟動閾值作比較然后輸出，決定空氣炮的起停。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作過程如下。

假設(shè)料倉高度為3米，料位計安裝在倉頂，選用0～5米的測量范圍，精度為0．25%，效果圖如圖1。

圖1 安裝效果圖

設(shè)定物料4m，即滿倉時，物料計輸出20mA電流信號；物料為0m時，物料計輸出為4mA電流信號，物料高度和料位計輸出電流信號成正比?？諝馀诟叨仍O(shè)為2m，當(dāng)料倉內(nèi)物料超過2m時，PLC控制空氣炮開啟，按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔開始清堵，當(dāng)物料高度低于2m時，空氣炮停止清堵工作。工作流程圖如圖2。

圖2

3 控制系統(tǒng)硬件配置

空氣炮與料位計聯(lián)合控制系統(tǒng)硬件主要由二線制儀表、直流信號隔離變送器、空氣炮控制盤本身的硬件（PLC、繼電器等電氣部件）以及空氣炮炮體構(gòu)成。料位計根據(jù)料位高度變動相應(yīng)的電流信號，該信號經(jīng)過一入二出的直流信號隔離變送器一分為二，一股送至DCS，另一股送至空氣炮操作盤內(nèi)PLC的模擬信號輸入端。

模擬拓展模塊選擇的是OMRON公司的CPM1A-MAD02-CH模擬輸入輸出，該模塊有三組電流電壓輸入和一組電流電壓輸出。

這里選擇的是2號和3端子作為一組4～20mA電流信號輸入，1號端子短接。圖3接線圖中，00端子是電壓輸入端子，01是電流輸入端子，這里將電壓輸入短接。

該輸入模塊的輸入模擬量與對應(yīng)的十六進制數(shù)據(jù)如圖3，分辨率為1/256。

圖3 電流電壓輸入對應(yīng)的十六進制數(shù)據(jù)

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

空氣炮與料位計聯(lián)合控制系統(tǒng)的軟件有兩部分，第一部分是修改的原有空氣炮主體程序，第二部分是新增的模擬量采集程序。

4.1 模擬量采集程序

空氣炮操作盤中的CPM1A系列PLC只要輸入000CH和輸出010CH，按照該系列PLC規(guī)則，新增模擬量模塊輸入通道為001CH、002CH、003CH，輸出模塊為011CH。在程序執(zhí)行的第一個循環(huán)過程中，通過梯形圖程序?qū)⒎秶a寫入模擬量I/O單元的輸出來自指定I/O信號范圍，一旦指定了范圍代碼，模擬I/O單元便立即開始裝換模擬I/O值，將裝換后的數(shù)字量存入對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。模擬量范圍代碼設(shè)置見表1。

表1 模擬量范圍代碼設(shè)置表

料位計輸出的為4～20mA電流信號，因此范圍代碼可在FF06和FF07中選擇一個。

設(shè)定范圍代碼之后，將數(shù)據(jù)存儲區(qū)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)提取出來。

4.2 模擬量與設(shè)定值比較程序

設(shè)定空氣炮在物料高度達到2米時開始工作，由數(shù)學(xué)模型推出此時料位計輸出的電流為12mA，由圖3-3得知，12mA經(jīng)過A/D變換之后對應(yīng)的十六位數(shù)值是80H，這就是空氣炮開始工作的閾值。

將模擬I/O采集來的數(shù)值與該閾值作比較，來決定空氣炮的輸出狀態(tài)。

4.3 原空氣炮程序修改

為了實現(xiàn)料位計數(shù)據(jù)對空氣炮的控制以及對空氣炮的分布控制，需要對原程序做修改。將自動啟動模式中添加料位控制常開觸點，并且各空氣炮單獨控制。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

通過料位計與空氣炮聯(lián)合控制系統(tǒng)，能夠?qū)諝馀趯崿F(xiàn)自動、高效、節(jié)能控制，避免了資源浪費和不必要的噪音污染，減少了操作人員的勞動量，避免了料倉堆料結(jié)塊現(xiàn)象，防止操作人員外力清堵造成的料倉變形以及進一步加重堵料的情況，實現(xiàn)了精準(zhǔn)控制。

5.2 展望

料位計對空氣炮的控制完全是自動的，但是沒有哪個自動系統(tǒng)可以實現(xiàn)永久無差錯的運行下去，因此可以在原空氣炮的基礎(chǔ)上連接遠程控制，實時監(jiān)控，進一步提高控制的準(zhǔn)確性，并且可以遠程控制空氣炮的開啟，增加人為操作的便利性。