1，工艺过程
      本配料系统为半干法原料磨计量配比控制系统，由四台原料磨组成，采取一磨三秤四通道进行计量、配比控制。其中，1#、2#原料磨常用物料品种为砂页岩、石灰石、铁粉；3#原料磨常用物料品种为砂页岩、石灰石、白云石；4#原料磨常用物料品种为石灰石、白云石、铁粉。图1是其中一个原料磨的示意图，原料磨由三个喂料仓下料，即需安装三台皮带秤给料机。该原料磨机的总台时产量为0－60t/h[5][6]。
      当前系统为核子秤计量系统，拟改成电子皮带秤。核子皮带秤和电子皮带秤都是对皮带输送机输送的物料进行计量的设备。从原理上来看，两设备的共同点是：为了得到所输送物料的重量流量，都要检测皮带的物料荷重和皮带的速度信号，然后将两个信号相乘得到瞬时流量，再经积分或累加运算得到一段时间内输送物料的重量累计值；检测皮带速度的方式相同，都是采用磁阻脉冲式、光电脉冲式之类测速传感器。不同点是：核子皮带秤是通过物料对射线的吸收来确定荷重信号，而电子皮带秤是通过对设定长度上的物料重量进行称量来确定荷重信号。

图1，一台原料磨的示意图

2，原有系统缺陷分析
      从精度方面考虑，对电子皮带秤来说，流量越大，通常可达到更高的精确度，而对核子皮带秤来说，由于放射源强度的限制，在大流量、高负荷的情况下，透过物料被探测器接收的射线强度太弱，这无疑影响了测量准确度。
      就安全问题讲，电子皮带秤不存在安全问题。核子皮带秤装有核辐射源，核辐射源通常采用铯（CS137），其辐射强度对点状射源一般为3.7×109贝可(100毫居里)，对线状射源一般为6×108贝可(16毫居里)。因此，核子皮带秤使用之前，要向全体工作人员普及核辐射仪表知识及防护知识；使用核辐射仪表应有完善的规章制度和严格的安全防护措施，订购核辐射仪表之前，要向卫生、防疫、公安部门提出申请并取得同意，安装后要经卫生、防疫、公安部门审查并发放使用合格证后方可使用；要配备专用的辐射剂量检测仪表并指定专人负责维护工作，工作人员享受特殊保健并需定期检查身体。

3，控制系统总体方案设计
      常规电子皮带秤计量系统由计量秤体（给料机）、荷重传感器、速度传感器、变频器、积算器、工控计算机等组成。配料控制系统通过积算器或计算机的PID调节，能使物料的实际流量达到设定流量，从而使该系统达到自动配料的目的。
      系统结构如图2所示。从图上可以看出，本控制系统为直接数字控制（DDC）型控制系统。下位控制中，传感器，变频器及积算器自成系统，形成闭环反馈，一般能够自动调节，达到上位设定值。下位控制的核心是积算器，积算器实质上为一单片机做成的配料系统专用配料控制器。上位控制为工业计算机。上位工控计算机提供人机界面，实时数据显示，趋势，报表等，并根据生产要求实现最优配比。上下位采用模拟信号和数字信号的直接交换和数据通讯两种方式进行数据交换[2][4]。

图2，基于积算器的DDC控制系统方案

图3，基于PLC的DDC控制系统方案
      该方案中，一台积算器配合荷重传感器及变频器，只能控制一台计量秤体，而单台积算器的造价较高，该系统中有12台秤，故在整个系统中，积算器的成本过高。而且，积算器一般都为专用设备，对设备制造厂家的依赖较大，也不方便备货。
      针对该积算器的控制功能及实际情况，我们提出另一种解决方案，即使用PLC替代积算器。使用PLC替代积算器，有自身独特的优势，如：系统配置灵活，可根据需要添加IO通道；系统可靠性高，信号响应快速；功能强大，可根据需要扩展控制器的功能；可适当减轻上位控制计算机负担，可一台PLC执行多个PID运算，替代多台积算器；价格有优势，备件方便。改进后的系统结构图如图3所示。
      该系统中，速度信号为脉冲信号，则PLC中需要配置脉冲计数模块；荷重信号为弱电信号，需要进行信号放大，并转化为标准信号；变频器可以接收标准的4～20mA信号或者0～10V的信号，采用4～20mA作为控制信号，这是因为电流信号抗干扰能力强的缘故。另外，秤体带有一些纠偏的限位开关装置，可用于系统报警。
PLC和上位控制计算机之间通过

4，系统的软硬件设计
1）系统硬件配置，如表1所示。
2）系统软件配置
      上位监控计算机采用西门子的HMI组态软件WINCC，下位PLC为西门子的S7300系列，故使用STEP7进行编程。下位PLC需要完成的主要任务有：①采集现场的速度信号、荷重信号，皮带纠偏状态信号等；②将荷重信号对速度信号进行积分运算，获取秤体上的瞬时流量；③执行PID运算，得到变频器的速度给定信号；④检查相关信号状态，满足报警条件者给出报警信号。程序流程图如图4所示。
PROFIBUS或者MPI方式进行通讯，通讯速度可达12M/S，足以达到系统的实时性要求[3][7]。

表1，基于PLC的DDC控制系统硬件配置表[3]

图4，PLC程序流程图

5，控制效果对比分析
      皮带核子秤改为电子皮带秤后，当前系统的计量精度在＋0.5%，大大超过厂家要求的1％的计量精度。因电子皮带秤称重原理是通过皮带测量物料重量，所以皮带输送机的状况，如皮带张力、皮带硬度、皮带跑偏、托辊未校准、托辊偏心等对称量准确度有一定影响，但只要进行相关校准及维护，计量精度还可以进一步提高。不过，相对于原有系统的核子秤系统，计量精度已经得到较大提高。究其原因，主要是因为核子皮带秤是通过射线吸收原理进行测量，物料特性的变化，如品种、成分、含水量、在皮带上断面形状的变化都对测量准确度有影响，例如称量物料变化时，需要重新进行校准。当物料含水量变化±10%时，就有可能引起±0.5%的误差，等等。虽然原有系统的标称精度为＋1％，但在实际使用过程中，基本达不到该精度。除了精度的提高外，电子皮带秤的维护也有其优势，不需要专人维护。
      在电子皮带秤的方案中，由于采用了PLC作为控制器，相对于原有的积算器，PLC的运算速度更快，计算精度更高，结构更灵活，功能更强大。对于提高系统的计量精度，降低系统的硬件成本，起到了很重要的作用。表2列出了系统在改造前后的控制效果的对比。

表2，原配料系统与新系统的控制效果对比表

6，结束语
      水泥配料系统改造为电子皮带秤以后，计量系统工作正常，达到了甚至超过了厂家的技术要求。当然，这次核子皮带秤改为电子皮带秤，并不意味电子皮带秤比核子秤更优越，只是应用场合不同，对计量秤的要求不同。核子皮带秤也有其优点，如安装简单，维护方便等。读者在选型时应针对具体情况区别对待。