新型鋅粉加料裝置的設(shè)計范文
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《自動化應(yīng)用雜志》2015年第三期
新型鋅粉加料裝置的具體結(jié)構(gòu)見圖。
1.1裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）裝置自成1個獨(dú)立系統(tǒng)，與外部只通過1個3相4線380VAC電氣接口連接。（2）裝置由集料倉組件、計量料斗組件、振動給料機(jī)組件、防塵布袋、裝置支架以及電控系統(tǒng)等組成，并集成為1個整體。（3）裝置可通過行車吊裝移動，使1臺裝置可以滿足數(shù)臺反應(yīng)罐的鋅粉添加需求。
1.2裝置主要組成部分
1.2.1集料倉組件集料倉倉體分為上下兩部分，上部為圓柱形，用于承載鋅粉罐，下部為圓錐形，作用為集料、卸料。集料倉上部外壁適當(dāng)部位焊接有3個托臂（托臂底面中點(diǎn)的連線為正三角形），這3個托臂架在裝置支架頂部，并在接觸面加襯橡膠減振墊，然后用螺栓螺母固定，從而使集料倉半懸浮于設(shè)備支架上，減少集料倉與設(shè)備支架之間振動的傳遞。集料倉的上部外壁上安裝1臺振動電機(jī)（振動電機(jī)a），激振力約200kgf。集料倉卸料口安裝閘門（閘門a），閘門由直流電動推桿驅(qū)動，閘門采用鴨嘴式結(jié)構(gòu)，以確保閘門在非卸料狀態(tài)時，可以良好密封。
1.2.2計量料斗組件計量料斗的用途為對鋅粉進(jìn)行計量以及卸料，計量料斗筒體分為上下兩部分，上部為圓柱形下部為圓錐形，計量料斗安裝于集料倉下方，具體安裝方式為：計量料斗支架以半懸浮方式安裝于設(shè)備支架下部橫檔上，接觸面之間加裝橡膠減振墊，以弱化來自設(shè)備支架的振動對計量料斗的影響；計量料斗支架上安裝3個稱重模塊（由稱重傳感器、傳感器支架及相關(guān)附件組成），3個稱重模塊的重心連線為正三角形；計量料斗上沿有3個懸掛構(gòu)件，分別懸掛于各稱重模塊內(nèi)稱重傳感器的下方。計量料斗的錐形外壁上安裝1臺振動電機(jī)（振動電機(jī)b），激振力約30kgf。計量料斗的下料口安裝閘門（閘門b），閘門由直流電動推桿驅(qū)動，閘門的開度可以通過安裝于電控箱面板上的旋鈕電位器調(diào)節(jié)。
1.2.3振動給料機(jī)振動給料機(jī)的用途：將計量料斗中卸下的鋅粉，以一定速度均勻拋灑到反應(yīng)罐中。振動給料機(jī)由卸料槽與振動電機(jī)（振動電機(jī)c）兩部分組成。卸料槽為敞口槽型結(jié)構(gòu)，用鋼板制作。振動電機(jī)安裝于卸料槽中部偏后部位的正下方，這樣安裝的優(yōu)點(diǎn)：振動電機(jī)工作時激振力能最大限度地被卸料槽中的鋅粉吸收，使卸料效果更好，噪音更小。用4根由彈簧和鋼絲繩組成的懸掛索將振動給料機(jī)懸掛在計量料斗支架上，使振動給料機(jī)的卸料槽正好處于計量料斗的下料口下方。懸掛索可以有效緩沖振動給料機(jī)與計量料斗支架之間振動的傳遞，從而保護(hù)稱重模塊。振動給料機(jī)與水平面之間有一定夾角，使卸料更加流暢。
1.2.4防塵布袋防塵布袋的用途是當(dāng)鋅粉從集料倉卸至計量料斗時，防止粉塵飛揚(yáng)。防塵布袋采用工業(yè)帆布制作，其上、下邊均縫制松緊帶，左、右邊均縫制尼龍粘扣，在防塵布袋適當(dāng)部位開有圓形孔洞。防塵布袋的此種制作方式使其能牢固緊密地圍裹在計量料斗上口及集料倉中部的相應(yīng)部位之間，并使集料倉上電動推桿的活動部分能自如地穿過防塵布袋上的圓型孔洞。
2電氣控制系統(tǒng)功能
每臺裝置的實時計量、累計計量、自動控制等功能集成為一個電氣控制系統(tǒng)，以電控箱作為實物表現(xiàn)形式，安裝在裝置的設(shè)備支架上。
2.1計量功能及計量控制功能計量功能及計量控制功能由計量顯示控制儀表（簡稱儀表）完成，具體包括：（1）加入計量料斗的實時鋅粉量計量(M實)。（2）添加到反應(yīng)罐的鋅粉累計量(∑M)計量。（3）單次加料量設(shè)定值(Mset)的設(shè)定（以不超過計量料斗承載能力為上限）。（4）單次加料量允許誤差絕對值(Δ允差)設(shè)定。（5）實時計量的零位允許誤差絕對值(Δ零)設(shè)定。（6）每反應(yīng)罐總加料次數(shù)(Cset)設(shè)定(Cset與Mset的乘積即為應(yīng)加入反應(yīng)罐的總加料量設(shè)定值MS總)。（7）通過比較M實與Mset，輸出相應(yīng)的開關(guān)量控制信號，控制閘門a以及閘門b的開閉：快加料信號，使閘門a全開（通過設(shè)定快加料提前量（M快）來實現(xiàn)）；慢加料信號，使閘門a開度關(guān)小（通過設(shè)定慢加料提前量（M慢）來實現(xiàn)）；放料信號，使振動電機(jī)a停止、閘門a全關(guān)，同時使振動電機(jī)b運(yùn)行、閘門b開至設(shè)定開度（當(dāng)M實≥Mset或者|Mset-M實|≤Δ允差時儀表開始輸出放料信號）；零位信號，使振動電機(jī)b停止、閘門b全關(guān)(M實≤Δ零時儀表輸出零位信號，關(guān)閉放料信號)。當(dāng)加料的實際循環(huán)次數(shù)C實（初始值為0）等于Cset時，快加料、慢加料、放料、零位等輸出信號都被關(guān)閉。
2.2裝置的聲光報警系統(tǒng)、按鈕及工作狀態(tài)指示（1）在電控箱側(cè)面安裝1個黃色完成加料提示報警器(報警器A)，當(dāng)裝置完成MS總且計量料斗已卸空，報警器開始報警，約1min后停止報警，同時裝置自動停運(yùn)。（2）在電控箱面板上安裝1個紅色系統(tǒng)故障報警器(報警器B)，用于在設(shè)備出現(xiàn)各類較重大故障時報警。（3）電控箱上配置有“系統(tǒng)啟動”、“系統(tǒng)停止”按鈕各一個，前者用于在開始加料時啟動裝置，后者用于在報警器A已報警，但裝置尚未自動停運(yùn)時，提前停止裝置。（4）電控箱面板上安裝1個黃色信號指示燈，在裝置正常工作時，當(dāng)計量料斗中的M實全部卸完且閘門B自動關(guān)閉后，指示燈點(diǎn)亮，10s后熄滅，再次按順序自動啟動裝置的各電動設(shè)備。（5）每臺振動電機(jī)對應(yīng)1個運(yùn)行指示燈及2個按鈕(“啟動”、“停止”按鈕)，該指示燈與“啟動”按鈕組合成帶燈按鈕，在振動電機(jī)運(yùn)行時點(diǎn)亮；每臺直流電動推桿對應(yīng)2個位置指示燈（“開到位”、“關(guān)到位”）及2個按鈕(“打開”、“關(guān)閉”按鈕)，“開到位”指示燈與“打開”按鈕組合成帶燈按鈕，在閘門b開到位時點(diǎn)亮，“關(guān)到位”指示燈與“關(guān)閉”按鈕組合成帶燈按鈕，在閘門b關(guān)到位時點(diǎn)亮；另外，還有一個“系統(tǒng)運(yùn)行”指示燈，與“系統(tǒng)啟動”按鈕組合成帶燈按鈕，在裝置處于運(yùn)行狀態(tài)時點(diǎn)亮。（5）每臺電動設(shè)備對應(yīng)1個故障指示燈，在發(fā)生過載、閘門動作超時等各種故障時點(diǎn)亮。
2.3裝置的緊急停止與故障復(fù)位（1)電控箱上配置有急停按鈕。在裝置發(fā)生故障或者有其它緊急情況時，按下急停按鈕，可以使裝置立即停運(yùn)。（2）電控箱上配置有1個故障復(fù)位按鈕，當(dāng)裝置的故障已經(jīng)排除，且急停按鈕處于旋出狀態(tài)時，按一下故障復(fù)位按鈕，系統(tǒng)故障報警器不再報警。此時如果按下“系統(tǒng)啟動”按鈕，裝置將接續(xù)發(fā)生故障前的程序步繼續(xù)運(yùn)行。
2.4裝置工作模式的選擇裝置有“運(yùn)行”、“檢修”2種工作模式，通過操作電控箱上的“運(yùn)行-檢修”2位旋鈕進(jìn)行切換。當(dāng)裝置切換在“運(yùn)行”模式時，“系統(tǒng)啟動”及“系統(tǒng)停止”按鈕起作用。在裝置沒有故障且2個閘門的閥位滿足設(shè)備運(yùn)行初始條件時，按下“系統(tǒng)啟動”按鈕后，3臺振動電機(jī)、閘門a及閘門b將根據(jù)工作流程自動按程序運(yùn)行，在完成對一個反應(yīng)罐的加料流程后，對應(yīng)的報警器A開始進(jìn)行聲光報警提示，約60s后，裝置所有電動設(shè)備均停運(yùn)，報警器A停止報警。裝置切換在“檢修”模式時，“系統(tǒng)啟動”及“系統(tǒng)停止”按鈕不起作用，各電動設(shè)備由其對應(yīng)的按鈕進(jìn)行操作。振動電機(jī)為自鎖運(yùn)行，啟動后一直運(yùn)行，按下“停止”按鈕后停止運(yùn)行；直流電動推桿為點(diǎn)動運(yùn)行，按下對應(yīng)的按鈕時，驅(qū)動閘門朝相應(yīng)的方向動作，松開按鈕時，停止對應(yīng)的動作。
2.5加料時間的控制為滿足不同工藝條件對添加鋅粉快慢的不同要求，可以通過控制閘門b的開度來控制鋅粉從計量料斗的卸除時間，從而控制整個加料過程的時間。旋動旋鈕電控箱面板上的旋鈕電位器（W2）可控制閘門b的開度。閘門b的開度首先轉(zhuǎn)化為直流電動推桿的伸縮位移，推桿的位移又使電動推桿的內(nèi)置電位器(稱W1)阻值的同步變化，通過比較W2與W1的阻值，即可控制閘門b開度。
3裝置的動作邏輯
3.1運(yùn)行模式下的動作邏輯裝置的“運(yùn)行-檢修”旋鈕切在“運(yùn)行”檔，且裝置沒有故障，閘門b已關(guān)到位（或者閘門b不在關(guān)位，但有儀表輸出的放料信號存在），按下“系統(tǒng)啟動”按鈕，啟動裝置后，各相關(guān)設(shè)備動作關(guān)系如圖2所示。
3.2檢修模式下的動作邏輯將電控箱上的“運(yùn)行—檢修”旋鈕切在“檢修”檔時，“系統(tǒng)啟動”、“系統(tǒng)停止”按鈕不起作用，可以操作相應(yīng)的“啟動”（“打開”）、“停止”（“關(guān)閉”）按鈕，啟動（開大）或停止（關(guān)小）對應(yīng)的電動設(shè)備。
3.3防誤動邏輯（1）裝置處于運(yùn)行模式且正在運(yùn)行時，按下除急停按鈕外的任意一個按鈕或者任意切換“運(yùn)行-檢修”旋鈕，都不會影響裝置當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)及下一步的動作程序。如果將“運(yùn)行-檢修”切到檢修檔，裝置在加料過程完成后將轉(zhuǎn)到檢修模式。（2）當(dāng)裝置處于檢修模式時，不管各電動設(shè)備是否處于運(yùn)行狀態(tài)，均可將“運(yùn)行-檢修”旋鈕切到“運(yùn)行”檔，使裝置切到運(yùn)行模式，但同時運(yùn)行態(tài)的電動設(shè)備將停運(yùn)。（3）裝置在任意工作模式下，只要按下急停按鈕，運(yùn)行態(tài)的電動設(shè)備均將立即停運(yùn)。（4）急停按鈕處于按下自鎖狀態(tài)時，如果裝置處于運(yùn)行模式，按下“系統(tǒng)啟動”按鈕將無法啟動裝置；如果裝置處于檢修模式，各電動設(shè)備對應(yīng)的按鈕將不起作用。（5）當(dāng)裝置處于停運(yùn)狀態(tài)時，“運(yùn)行-檢修”旋鈕可以在“運(yùn)行”、“檢修”2個檔位任意切換，裝置的工作模式也同步切換。
4采用PLC控制實現(xiàn)裝置的動作邏輯
本著經(jīng)濟(jì)適用原則，選用歐姆龍的CP1E系列小型PLC作為實現(xiàn)裝置功能的核心器件。計量儀表輸出的DI信號（快加料輸出、慢加料輸出等）、來自電控箱的DI信號（按鈕、旋鈕的觸點(diǎn)、各設(shè)備的故障及運(yùn)行信號等）均接到PLC的DI通道；2個閘門的閥位信號、閘門b的閥位設(shè)定信號均接到PLC的AI端口；PLC通過DO通道輸出開關(guān)量信號，控制各電動設(shè)備以及相關(guān)指示燈、報警器等。PLC程序分為4個主程序段：（1）閘門開度比較程序段：判斷閘門b是否開到設(shè)定閥位或是否全開、是否全關(guān)；判斷閘門a是否開到快加料給定閥位或慢加料給定閥位、是否全開、是否全關(guān)。（2）檢修模式程序段：判斷裝置是否處于檢修模式，如果是在檢修模式，則實現(xiàn)通過按鈕操作來控制各電動設(shè)備。（3）運(yùn)行模式程序段：判斷裝置是否處于運(yùn)行模式，如果是在運(yùn)行模式，則實現(xiàn)裝置在運(yùn)行模式時的動作邏輯，以完成向反應(yīng)罐自動定量加入鋅粉的功能。（4）故障報警程序段：通過分析采集到的各開關(guān)量信號以及程序內(nèi)部的有關(guān)定時器信號，判斷各設(shè)備是否發(fā)生過載故障、動作超時或是其它故障。根據(jù)故障嚴(yán)重程度，給出不同的處理方式：如果是輕微或局部故障，只輸出對應(yīng)設(shè)備的報警信號，點(diǎn)亮對應(yīng)的故障指示燈；如果是重大故障，則輸出系統(tǒng)報警信號，使報警器b發(fā)出聲光報警，同時中止裝置運(yùn)行。
5試運(yùn)行期間的改進(jìn)
新型鋅粉計量加料裝置剛投入試運(yùn)行時，也出現(xiàn)了一些事先沒有預(yù)見到的問題：集料倉下料不順暢；稱重傳感器頻繁發(fā)生損壞。針對第一個問題，經(jīng)過反復(fù)觀察研究鋅粉罐，發(fā)現(xiàn)鋅粉罐底部邊沿被支撐起來后，罐底的封堵裝置會自由下落，支撐物如果足夠高，封堵裝置下落一定尺寸后，會因吊裝環(huán)抵住罐頂而不再下落。集料倉的圓柱體部分高度不夠，導(dǎo)致下料不暢，于是對集料倉圓柱體部分進(jìn)行適當(dāng)加高，解決了下料不暢問題。針對第二個問題，經(jīng)跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)：計量料斗懸掛構(gòu)件與稱重傳感器之間采用螺桿直接連接，沒有緩沖部件，當(dāng)計量料斗向振動給料機(jī)卸料時，振動電機(jī)b產(chǎn)生的振動會經(jīng)通過計量料斗懸掛構(gòu)件與稱重傳感器之間的連接螺桿傳遞給稱重傳感器，從而使稱重傳感器的使用壽命顯著縮短，傳感器頻繁發(fā)生損壞。為解決此問題，根據(jù)設(shè)備的具體情況，設(shè)計制作了專用的緩沖減振套件，加裝在稱重模塊及計量料斗懸掛構(gòu)件的相應(yīng)部位，使計量料斗懸掛構(gòu)件與螺桿不直接接觸，與稱重傳感器也不直接接觸。按此方法改造后，效果明顯，到目前為止稱重傳感器再未壞過。
6結(jié)語
因第一批制作的裝置只有5臺，遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需要，后來又設(shè)計制造了5臺。第二批裝置，因在設(shè)計、制造過程中充分總結(jié)了第一批裝置試用過程中的經(jīng)驗教訓(xùn)，因此在投運(yùn)后一直比較穩(wěn)定，很少發(fā)生故障。這些裝置的使用，使鋅粉添加工作實現(xiàn)了自動化、計量精確化；并且使鋅粉往反應(yīng)罐的添加過程更加均勻，反應(yīng)更加徹底，從而顯著降低了噸鋅鋅粉單耗。與未使用鋅粉計量加料裝置的老生產(chǎn)線比較，每噸析出鋅的鋅粉單耗下降20kg左右。
作者：田善江單位：陜西鋅業(yè)有限公司
