LS灌浆机水泥计量系统的设计.doc

灌浆机水泥计量系统的设计

王慧清章青岳红新时间:2009年12月09日
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关键词:HYPERLINK"http://www.chinaaet.com/search/?q=水泥计量"水泥计量HYPERLINK"http://www.chinaaet.com/search/?q=螺旋输送机"螺旋输送机HYPERLINK"http://www.chinaaet.com/search/?q=PLC"PLCHYPERLINK"http://www.chinaaet.com/search/?q=步进电机"步进电机
摘要：介绍了灌浆机系统中水泥计量系统的结构、控制方式和PLC程序的设计，提出了由PLC控制步进电机的方法，并在PLC控制过程中加入反馈环节。关键词：水泥计量螺旋输送机PLC步进电机
灌浆机是海洋工程中用来生产、储存和浇灌泥浆的机电一体化设备。其工作过程是将一定比例的水泥、水和添加剂投入到混炼器中进行强制性搅拌，将搅拌好的泥浆储存在搅拌器中，待泥浆泵灌浆。在整个灌浆机系统中，水泥等原料的计量系统是重要设备之一，它关系到泥浆生产效率和泥浆质量。水泥是固态粉状物料，流动起来流量不稳定，而且疏松程度也变化很大。如何实现精确快捷计量是人们关注的焦点。水泥计量通常分为二种方式：静态测量和动态测量。动态测量因具有计量误差小、计量速度快的优点而倍受青睐，如德国PF公司生产的转子计量秤[1]，但其价格昂贵，只是在精度要求很高计量中用到。在这方面国内也作了很多研究，如对水泥的流动过程进行分析并建立了数学模型，但是实际计量过程中要进行复杂的数学运算，实现起来很困难。从经济性和实用性出发，针对灌浆机的水泥计量，本文设计了一种既结构简单又计量精度高的计量系统。1系统结构水泥计量系统的主体结构由三部分构成：水泥缓冲罐、水泥计量斗和螺旋输送机。水泥装进水泥缓冲罐后，就等待PLC发出计量开始的命令。螺旋输送机是添料机构，用到此处的优点有：(1)比水泥仅靠重力下降填料稳定，计量可靠性高；(2)水泥填料的进度容易控制；(3)传动比较简单，步进电机加联轴器就可实现。水泥计量系统的结构如图1所示。其中：

(1)水泥缓冲罐。计量水泥开始前暂时将水泥存放在罐中。其出口的锥度角小于60deg，且出口的横截面积大于最大横截面积的1/2。这样水泥不容易成拱，而且螺旋输送机的填充系数比较稳定。(2)LS小型螺旋输送机。它是利用螺旋旋转而推移物料的连续输送设备，其螺距布置均匀，在出料口布置二个旋向相反的叶片，有利于水泥的输出。(3)水泥计量进口蝶阀和驱动气缸。蝶阀选用DN200，公称压力1Mpa；二位五通电磁阀连接气缸，由PLC控制。在计量开始时打开蝶阀，计量完后关上，防止螺旋输送机由于不确定因素而漏料，影响计量。(4)称重传感器。在水泥计量斗的同一截面上布置三个称重传感器。该传感器为电阻应变式，采用S型剪切设计，具有高灵敏度输出、多层介质密封、高可靠性等特点。三个传感器的输出信号与所称的重量成线性关系，采用桥路联接，经变送器的放大、整流后输出4mA～20mA电流。(5)水泥计量斗。由三个称重传感器悬空吊起，是计量水泥的载体。(6)水泥计量出口蝶阀和驱动气缸。蝶阀DN300，公称压力1.25Mpa，气缸的控制设备与进口的气缸相同。(7)气动振动器。水泥是颗粒粉状物，计量完放出后，难免会有遗留物留在水泥计量斗的内侧壁，而且不清除会越积越多，严重影响了水泥计量。气动振动器固定在水泥计量斗的外侧壁，靠振动使水泥落下。(8)PLC。整个灌浆机的控制系统采用的是德国Siemens公司的S7－300系列PLC，在计量系统中要用到数字输入输出模块和模拟输入模块。(9)步进电机。本设计选用三相六拍的工作方式，在这种控制方式下工作，步进电机的运行特性较好，螺旋输送机送料的分辨率较高[3]。2计量控制水泥计量的过程分为粗秤和精秤二个阶段。计量开始，步进电机(螺旋输送机)以速度Vmax运转，螺旋输送机添料进度较大，当计量到所需要重量的90％时开始精秤，这时PLC控制步进电机的转速下降，螺旋输送机的添料速度也随之下降，水泥计量斗称的重量越来越接近需要量，其中螺旋输送机的转速与水泥计量斗计量值的关系如图2所示。图中M为一次计量需要的水泥量，△为控制裕量。当水泥计量斗称到100％M－△时，PLC发出停止计量的指令，关闭上蝶阀，停止步进电机及螺旋输送机运转，填料过程结束。水泥计量斗已称的量加上水泥落差质量σ即为计量值。把螺旋输送机转速下降的斜率设计为是考