新型锌粉加料装置的设计范文

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《自动化应用杂志》2015年第三期

1新型锌粉计量加料装置的结构组成

新型锌粉加料装置的具体结构见图。

1.1装置结构特点（1）装置自成1个独立系统，与外部只通过1个3相4线380VAC电气接口连接。（2）装置由集料仓组件、计量料斗组件、振动给料机组件、防尘布袋、装置支架以及电控系统等组成，并集成为1个整体。（3）装置可通过行车吊装移动，使1台装置可以满足数台反应罐的锌粉添加需求。

1.2装置主要组成部分

1.2.1集料仓组件集料仓仓体分为上下两部分，上部为圆柱形，用于承载锌粉罐，下部为圆锥形，作用为集料、卸料。集料仓上部外壁适当部位焊接有3个托臂（托臂底面中点的连线为正三角形），这3个托臂架在装置支架顶部，并在接触面加衬橡胶减振垫，然后用螺栓螺母固定，从而使集料仓半悬浮于设备支架上，减少集料仓与设备支架之间振动的传递。集料仓的上部外壁上安装1台振动电机（振动电机a），激振力约200kgf。集料仓卸料口安装闸门（闸门a），闸门由直流电动推杆驱动，闸门采用鸭嘴式结构，以确保闸门在非卸料状态时，可以良好密封。

1.2.2计量料斗组件计量料斗的用途为对锌粉进行计量以及卸料，计量料斗筒体分为上下两部分，上部为圆柱形下部为圆锥形，计量料斗安装于集料仓下方，具体安装方式为：计量料斗支架以半悬浮方式安装于设备支架下部横档上，接触面之间加装橡胶减振垫，以弱化来自设备支架的振动对计量料斗的影响；计量料斗支架上安装3个称重模块（由称重传感器、传感器支架及相关附件组成），3个称重模块的重心连线为正三角形；计量料斗上沿有3个悬挂构件，分别悬挂于各称重模块内称重传感器的下方。计量料斗的锥形外壁上安装1台振动电机（振动电机b），激振力约30kgf。计量料斗的下料口安装闸门（闸门b），闸门由直流电动推杆驱动，闸门的开度可以通过安装于电控箱面板上的旋钮电位器调节。

1.2.3振动给料机振动给料机的用途：将计量料斗中卸下的锌粉，以一定速度均匀抛洒到反应罐中。振动给料机由卸料槽与振动电机（振动电机c）两部分组成。卸料槽为敞口槽型结构，用钢板制作。振动电机安装于卸料槽中部偏后部位的正下方，这样安装的优点：振动电机工作时激振力能最大限度地被卸料槽中的锌粉吸收，使卸料效果更好，噪音更小。用4根由弹簧和钢丝绳组成的悬挂索将振动给料机悬挂在计量料斗支架上，使振动给料机的卸料槽正好处于计量料斗的下料口下方。悬挂索可以有效缓冲振动给料机与计量料斗支架之间振动的传递，从而保护称重模块。振动给料机与水平面之间有一定夹角，使卸料更加流畅。

1.2.4防尘布袋防尘布袋的用途是当锌粉从集料仓卸至计量料斗时，防止粉尘飞扬。防尘布袋采用工业帆布制作，其上、下边均缝制松紧带，左、右边均缝制尼龙粘扣，在防尘布袋适当部位开有圆形孔洞。防尘布袋的此种制作方式使其能牢固紧密地围裹在计量料斗上口及集料仓中部的相应部位之间，并使集料仓上电动推杆的活动部分能自如地穿过防尘布袋上的圆型孔洞。

2电气控制系统功能

每台装置的实时计量、累计计量、自动控制等功能集成为一个电气控制系统，以电控箱作为实物表现形式，安装在装置的设备支架上。

2.1计量功能及计量控制功能计量功能及计量控制功能由计量显示控制仪表（简称仪表）完成，具体包括：（1）加入计量料斗的实时锌粉量计量(M实)。（2）添加到反应罐的锌粉累计量(∑M)计量。（3）单次加料量设定值(Mset)的设定（以不超过计量料斗承载能力为上限）。（4）单次加料量允许误差绝对值(Δ允差)设定。（5）实时计量的零位允许误差绝对值(Δ零)设定。（6）每反应罐总加料次数(Cset)设定(Cset与Mset的乘积即为应加入反应罐的总加料量设定值MS总)。（7）通过比较M实与Mset，输出相应的开关量控制信号，控制闸门a以及闸门b的开闭：快加料信号，使闸门a全开（通过设定快加料提前量（M快）来实现）；慢加料信号，使闸门a开度关小（通过设定慢加料提前量（M慢）来实现）；放料信号，使振动电机a停止、闸门a全关，同时使振动电机b运行、闸门b开至设定开度（当M实≥Mset或者|Mset-M实|≤Δ允差时仪表开始输出放料信号）；零位信号，使振动电机b停止、闸门b全关(M实≤Δ零时仪表输出零位信号，关闭放料信号)。当加料的实际循环次数C实（初始值为0）等于Cset时，快加料、慢加料、放料、零位等输出信号都被关闭。

2.2装置的声光报警系统、按钮及工作状态指示（1）在电控箱侧面安装1个黄色完成加料提示报警器(报警器A)，当装置完成MS总且计量料斗已卸空，报警器开始报警，约1min后停止报警，同时装置自动停运。（2）在电控箱面板上安装1个红色系统故障报警器(报警器B)，用于在设备出现各类较重大故障时报警。（3）电控箱上配置有“系统启动”、“系统停止”按钮各一个，前者用于在开始加料时启动装置，后者用于在报警器A已报警，但装置尚未自动停运时，提前停止装置。（4）电控箱面板上安装1个黄色信号指示灯，在装置正常工作时，当计量料斗中的M实全部卸完且闸门B自动关闭后，指示灯点亮，10s后熄灭，再次按顺序自动启动装置的各电动设备。（5）每台振动电机对应1个运行指示灯及2个按钮(“启动”、“停止”按钮)，该指示灯与“启动”按钮组合成带灯按钮，在振动电机运行时点亮；每台直流电动推杆对应2个位置指示灯（“开到位”、“关到位”）及2个按钮(“打开”、“关闭”按钮)，“开到位”指示灯与“打开”按钮组合成带灯按钮，在闸门b开到位时点亮，“关到位”指示灯与“关闭”按钮组合成带灯按钮，在闸门b关到位时点亮；另外，还有一个“系统运行”指示灯，与“系统启动”按钮组合成带灯按钮，在装置处于运行状态时点亮。（5）每台电动设备对应1个故障指示灯，在发生过载、闸门动作超时等各种故障时点亮。

2.3装置的紧急停止与故障复位（1)电控箱上配置有急停按钮。在装置发生故障或者有其它紧急情况时，按下急停按钮，可以使装置立即停运。（2）电控箱上配置有1个故障复位按钮，当装置的故障已经排除，且急停按钮处于旋出状态时，按一下故障复位按钮，系统故障报警器不再报警。此时如果按下“系统启动”按钮，装置将接续发生故障前的程序步继续运行。

2.4装置工作模式的选择装置有“运行”、“检修”2种工作模式，通过操作电控箱上的“运行-检修”2位旋钮进行切换。当装置切换在“运行”模式时，“系统启动”及“系统停止”按钮起作用。在装置没有故障且2个闸门的阀位满足设备运行初始条件时，按下“系统启动”按钮后，3台振动电机、闸门a及闸门b将根据工作流程自动按程序运行，在完成对一个反应罐的加料流程后，对应的报警器A开始进行声光报警提示，约60s后，装置所有电动设备均停运，报警器A停止报警。装置切换在“检修”模式时，“系统启动”及“系统停止”按钮不起作用，各电动设备由其对应的按钮进行操作。振动电机为自锁运行，启动后一直运行，按下“停止”按钮后停止运行；直流电动推杆为点动运行，按下对应的按钮时，驱动闸门朝相应的方向动作，松开按钮时，停止对应的动作。

2.5加料时间的控制为满足不同工艺条件对添加锌粉快慢的不同要求，可以通过控制闸门b的开度来控制锌粉从计量料斗的卸除时间，从而控制整个加料过程的时间。旋动旋钮电控箱面板上的旋钮电位器（W2）可控制闸门b的开度。闸门b的开度首先转化为直流电动推杆的伸缩位移，推杆的位移又使电动推杆的内置电位器(称W1)阻值的同步变化，通过比较W2与W1的阻值，即可控制闸门b开度。

3装置的动作逻辑

3.1运行模式下的动作逻辑装置的“运行-检修”旋钮切在“运行”档，且装置没有故障，闸门b已关到位（或者闸门b不在关位，但有仪表输出的放料信号存在），按下“系统启动”按钮，启动装置后，各相关设备动作关系如图2所示。

3.2检修模式下的动作逻辑将电控箱上的“运行—检修”旋钮切在“检修”档时，“系统启动”、“系统停止”按钮不起作用，可以操作相应的“启动”（“打开”）、“停止”（“关闭”）按钮，启动（开大）或停止（关小）对应的电动设备。

3.3防误动逻辑（1）装置处于运行模式且正在运行时，按下除急停按钮外的任意一个按钮或者任意切换“运行-检修”旋钮，都不会影响装置当前的运行状态及下一步的动作程序。如果将“运行-检修”切到检修档，装置在加料过程完成后将转到检修模式。（2）当装置处于检修模式时，不管各电动设备是否处于运行状态，均可将“运行-检修”旋钮切到“运行”档，使装置切到运行模式，但同时运行态的电动设备将停运。（3）装置在任意工作模式下，只要按下急停按钮，运行态的电动设备均将立即停运。（4）急停按钮处于按下自锁状态时，如果装置处于运行模式，按下“系统启动”按钮将无法启动装置；如果装置处于检修模式，各电动设备对应的按钮将不起作用。（5）当装置处于停运状态时，“运行-检修”旋钮可以在“运行”、“检修”2个档位任意切换，装置的工作模式也同步切换。

4采用PLC控制实现装置的动作逻辑

本着经济适用原则，选用欧姆龙的CP1E系列小型PLC作为实现装置功能的核心器件。计量仪表输出的DI信号（快加料输出、慢加料输出等）、来自电控箱的DI信号（按钮、旋钮的触点、各设备的故障及运行信号等）均接到PLC的DI通道；2个闸门的阀位信号、闸门b的阀位设定信号均接到PLC的AI端口；PLC通过DO通道输出开关量信号，控制各电动设备以及相关指示灯、报警器等。PLC程序分为4个主程序段：（1）闸门开度比较程序段：判断闸门b是否开到设定阀位或是否全开、是否全关；判断闸门a是否开到快加料给定阀位或慢加料给定阀位、是否全开、是否全关。（2）检修模式程序段：判断装置是否处于检修模式，如果是在检修模式，则实现通过按钮操作来控制各电动设备。（3）运行模式程序段：判断装置是否处于运行模式，如果是在运行模式，则实现装置在运行模式时的动作逻辑，以完成向反应罐自动定量加入锌粉的功能。（4）故障报警程序段：通过分析采集到的各开关量信号以及程序内部的有关定时器信号，判断各设备是否发生过载故障、动作超时或是其它故障。根据故障严重程度，给出不同的处理方式：如果是轻微或局部故障，只输出对应设备的报警信号，点亮对应的故障指示灯；如果是重大故障，则输出系统报警信号，使报警器b发出声光报警，同时中止装置运行。

5试运行期间的改进

新型锌粉计量加料装置刚投入试运行时，也出现了一些事先没有预见到的问题：集料仓下料不顺畅；称重传感器频繁发生损坏。针对第一个问题，经过反复观察研究锌粉罐，发现锌粉罐底部边沿被支撑起来后，罐底的封堵装置会自由下落，支撑物如果足够高，封堵装置下落一定尺寸后，会因吊装环抵住罐顶而不再下落。集料仓的圆柱体部分高度不够，导致下料不畅，于是对集料仓圆柱体部分进行适当加高，解决了下料不畅问题。针对第二个问题，经跟踪观察发现：计量料斗悬挂构件与称重传感器之间采用螺杆直接连接，没有缓冲部件，当计量料斗向振动给料机卸料时，振动电机b产生的振动会经通过计量料斗悬挂构件与称重传感器之间的连接螺杆传递给称重传感器，从而使称重传感器的使用寿命显著缩短，传感器频繁发生损坏。为解决此问题，根据设备的具体情况，设计制作了专用的缓冲减振套件，加装在称重模块及计量料斗悬挂构件的相应部位，使计量料斗悬挂构件与螺杆不直接接触，与称重传感器也不直接接触。按此方法改造后，效果明显，到目前为止称重传感器再未坏过。

6结语

因第一批制作的装置只有5台，远不能满足生产需要，后来又设计制造了5台。第二批装置，因在设计、制造过程中充分总结了第一批装置试用过程中的经验教训，因此在投运后一直比较稳定，很少发生故障。这些装置的使用，使锌粉添加工作实现了自动化、计量精确化；并且使锌粉往反应罐的添加过程更加均匀，反应更加彻底，从而显著降低了吨锌锌粉单耗。与未使用锌粉计量加料装置的老生产线比较，每吨析出锌的锌粉单耗下降20kg左右。

作者：田善江单位：陕西锌业有限公司