传统皮带秤的自动化改造

　　1 引言

　　济南钢铁集团公司各生产厂配料皮带秤多采用模拟称重传感器外接称重二次仪表，由二次仪表转化为流量传输上位显示的方式，这种称重系统优点在于系统简单、安装方便、灵活性强，但也有其固有的缺点，例如称重传感器毫伏值远传存在抗干扰能力差、失真率高等缺陷，称重二次仪表维护量大、故障率高、采购备件成本高、不易操作，并且存在长期使用稳定性和准确性都明显下降等缺点。针对这种情况我们决定对部分配料皮带称重系统实施改造，利用现场自动化控制系统的控制器取代二次表头，在称重传感器外侧增加低成本高稳定性的变送放大单元将称重毫伏电压转化成标准 4mA~20mA 环路电流，从而实现小信号无损远传。

　　2 改造前皮带称重系统

　　改造前，称重传感器的 0mV~10mV 称重信号传递给称重二次表，经二次表转化为流量值，该流量值信号以 4mA~20mA 的形式传给 PLC 或DCS，由连接 PLC 或 DCS 的计算机进行上位软件显示，如图 1 所示。

　　3 改造后皮带称重系统

　　改造后，以信号放大器和过程控制器替代称重二次表，PID 控制输出经过程控制器计算给出，如图 2 所示。

　　4 系统改造的关键技术

　　4.1 控制器参与流量控制

　　传统称重系统中，流量的校准和控制是由称重二次表完成，过程控制器只参与接收流量值并进行上位显示;实现过程控制器参与流量控制，流量的远程控制。

　　4.2 称重信号放大器

　　该自动化改造以称重信号放大器取代传统称重二次表，信号放大器安装在配料秤现场，克服了毫伏值称重信号远传受到环境干扰大的问题，提高了称重控制系统的稳定性和可靠性。

　　称重放大器必须参照传感器的规格参数选定，具备为传感器提供恒定供桥电压功能。基本功能具备 0mV~10mV 转 4mA~20mA，转换精度在 0.1%以内。

　　4.3校对零点和校准斜率上下位程序设计

　　4.3.1程序概述

　　本称重系统上、下位程序编程方式因控制器不同而有所区别，本文主要讲述编程框架思想和一些重要算法。核心编程在下位控制器中完成，主要由信号滤波、零点校对、斜率校准和 PID 控制四部分组成。

　　4.3.2称重信号的软件滤波处理

　　由于配料工艺要求，要求信号稳定，波动幅度小，而实际称重检测的波动比较大，改造前的称重系统由于二次称重仪表对信号已经进行处理，可以输出相对较稳定的流量电流信号;改造后的系统由于称重信号经放大器直接进入控制器的模拟量输入模块，所以要对称重信号进行软件滤波。综合比较工控系统常用的软件滤波算法，本系统采用10 次均值加权实时滤波。顺次取当前值及之前 10 个称重信号值做平均得出当前值，本次滤波值与上次滤波值再做加权相加得出滤波后的称重值。如公式 1 所示，其中 Mn为控制器每次采样值，x 为加权值，Mfilted为滤波后的称重值。