以浙江水泥厂配料系统为基础，针对原有核子秤系统存在的缺陷，给出了电子皮带秤系统的改造方案。结合可编程控制器控制系统的优点和电子秤高精度、高可靠性的特点，详细介绍了系统的软硬件配置。通过实际应用，证明该改造方案具有诸多优点。改造后，系统的稳定性和精度大大提高，取得了良好的控制效果。
在20世纪50年代和60年代，固体物料的连续测量设备主要是机械皮带秤。20世纪60年代末，电子皮带秤开始应用，然后迅速占领了整个市场，完全取代了机械皮带秤。80年代末，国内一些钢厂、电厂开始引进核皮带秤，打破了电子皮带秤一统天下的局面。由于核子秤和电子秤的测量原理不同，核子秤和电子秤在不同的测量过程中各有优势。例如，由于核子秤的污染和精度问题，国外工业化国家的水泥厂和我国引进先进技术和设备的水泥厂都没有采用核子秤作为配料系统的进料计量装置[1]。以水泥配料系统为例，主要介绍了生料磨计量配料控制系统中核子秤改造为电子秤的总体方案和系统设计。
1.工艺流程
该配料系统为半干式生料磨计量配料控制系统，由四个生料磨组成，采用一个磨、三个秤、四个通道进行计量配料控制。其中，1#和2#生料磨常用的物料为砂页岩、石灰石、铁粉；3#生料磨常用的原料有砂页岩、石灰石、白云石。4#生料磨常用的原料有石灰石、白云石、铁粉。图1是原料研磨机之一的示意图。原料磨由三个料仓进料，即需要安装三个皮带秤。原料磨每小时总产量为0-60t/h[5][6]。
目前的系统是核子秤计量系统，计划改为电子皮带秤。核皮带秤和电子皮带秤都是测量带式输送机输送物料的设备。从原理上看，两种设备有一个共同点:为了得到被输送物料的重量流量，既要检测皮带的物料负荷，也要检测皮带的速度信号，然后将两个信号相乘得到瞬时流量，再通过积分或累加运算得到一段时间内被输送物料重量的累计值；检测皮带速度的方式相同，采用磁阻脉冲式和光电脉冲式速度传感器。区别在于核皮带秤通过物料对辐射的吸收来确定载荷信号，而电子皮带秤通过称量设定长度内物料的重量来确定载荷信号。
2、原系统缺陷分析
在精度方面，对于电子皮带秤，流量越高，通常可以达到的精度越高。对于核皮带秤，由于放射源强度的限制，在大流量、高负荷的情况下，探测器通过物料接收到的射线强度太弱，无疑影响测量精度。
就安全而言，电子皮带秤不存在安全问题。核皮带秤配有核辐射源，通常使用铯(CS137)，其辐射强度一般点源为3.7×109贝克勒尔(100毫居里)，线源为6×108贝克勒尔(16毫居里)。因此，在使用核带秤之前，有必要向所有工作人员普及核辐射仪器和防护知识；核辐射仪器的使用应有完善的规章制度和严格的安全防护措施。订购核辐射仪器前，应向卫生、防疫和公安部门提出申请，并征得同意。安装后，应经卫生、防疫、公安部门检查，并出具使用证明后，方可使用；应配备专用辐射剂量测量仪器，并指定专人负责维护。劳动者应享受特殊保健，并定期体检。
3.控制系统总体方案设计
常规电子皮带秤的测量系统由秤体(给料机)、负荷传感器、速度传感器、变频器、积分器、工控机等组成。配料控制系统通过积分器或计算机的PID调节，使物料的实际流量达到设定的流量，从而达到自动配料的目的。
该控制系统是直接数字控制(DDC)控制系统。在下控制中，传感器、变频器和积分器形成闭环反馈，可以自动调节达到上设定值。下位控制的核心是积分器，本质上是一个由单片机构成的配料系统专用的配料控制器。上位控制是工控机。上位机提供人机界面、实时数据显示、趋势、报表等。并根据生产要求实现最佳配比。高位和低位通过直接交换模拟信号和数字信号以及数据通信来交换数据[2][4]。
该方案中，一个带负载传感器和变频器的积分器只能控制一个测量标尺，但单个积分器成本高，系统中有12个标尺，所以积分器在整个系统中的成本太高。而且累加器一般都是专用设备，严重依赖设备厂家，不方便备货。
根据积分器的控制功能和实际情况，我们提出了另一种解决方案，即使用可编程控制器代替积分器。用PLC代替积分器有其独特的优势，如:灵活的系统配置，根据需要增加io通道；该系统可靠性高，信号响应快。功能强大，可以根据需要扩展控制器的功能；可以适当减轻上位控制计算机的负担，一个PLC可以进行多个PID运算，而不是多个积分器；
价格优越，备件方便。
在该系统中，速度信号是脉冲信号，因此脉冲计数模块需要在PLC中配置。负载信号是弱电信号，需要放大转换成标准信号。变频器可以接收标准的4~20mA信号或0~10V信号，由于电流信号抗干扰能力强，所以采用4~20mA作为控制信号。此外，秤体配有一些纠偏限位开关，可用于系统报警。
在可编程控制器和上位控制计算机之间传递。
4.系统的软硬件设计
1)系统硬件配置。
2)系统软件配置。
上位监控计算机采用HMI组态软件WINCC，下位PLC为S7300系列，因此编程采用STEP7。下位PLC要完成的主要任务如下:(1)现场采集速度信号、负荷信号和皮带纠偏状态信号；2)将负载信号和速度信号相结合，得到秤体上的瞬时流量；3)执行PID运算，得到变频器的给定速度信号；④检查相关信号状态，符合报警条件时发出报警信号。
通信采用PROFIBUS或MPI，通信速度可达12M/S，足以满足系统的实时性要求[3][7]。
5.控制效果对比分析
皮带秤核子秤改为电子皮带秤后，目前系统的测量精度为+0.5%，大大超过了厂家要求的1%的测量精度。由于电子皮带秤的称重原理是通过皮带测量物料的重量，所以皮带输送机的条件，如皮带张力、皮带硬度、皮带跑偏、滚筒错位、滚筒偏心等，对称重精度有一定的影响，但只要进行相关的校准和维护，测量精度可以进一步提高。然而，与原来的核子秤系统相比，测量精度有了很大提高。主要原因是核皮带秤是根据射线吸收原理进行测量的，材料特性的变化，如品种、成分、含水量以及皮带上截面形状的变化，对测量精度有影响。例如，称重材料发生变化时，需要重新校准。当材料含水量变化10%时，可能会造成0.5%的误差，以此类推。原系统虽然标称精度为+1%，但实际使用中达不到这个精度。电子皮带秤的维护除了提高精度外，还有它的优点，不需要专门的人来维护。
在电子皮带秤的方案中，由于采用了PLC作为控制器，与原来的积分器相比，PLC的运算速度更快，计算精度更高，结构更灵活，功能更强大。它对提高系统的测量精度和降低系统的硬件成本起着重要的作用。表2列出了修改前后系统控制效果的比较。
6.结论
水泥配料系统改造成电子皮带秤后，计量系统工作正常，达到甚至超过了厂家的技术要求。当然，核皮带秤改为电子皮带秤并不意味着电子皮带秤优于核皮带秤，而是不同的应用需要不同的计量秤。核皮带秤也有它的优点，比如安装简单，维护方便。读者在选择型号时应根据具体情况区别对待。

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