近几年来， 随着企业对铸铁性能要求的日益提高，市场对高品质铸件的需求日益增多，铸件性能的要求越来越高，对孕育装置的给料精度要求也越来越高。随着测量技术的不断发展，出现了采用微波测量技术的固体流量计，使用起来方便快捷，稳定可靠，抗干扰性强，还可以实现数据的长期存储。

 

1、流量计的主要功能及工作原理

    微波固体流量计是一种用来测量金属管道内固体物料流量的测量系统，具有测量累计流量、瞬时流量，流量控制等功能。微波固体流量计传感器采用24GH高频微波，通过传感器与管道之间电磁场的耦合，产生一个测量场，测量场的微波能量被固体微粒发射回来，然后被传感器接收。根据多普勒原理，微波固体流量计仅测量流动的颗微粒能，记录颗粒数目，计算出流量。测量信号不受管道内压力、温度和压缩空气的影响。微波固体流量计在使用时，需要根据现场实际流

量进行标定。在没有流量时，可以设置零点位置直到输出电流为4mA；流量非常大时，可以设置满量程位置直到输出电流为20mA。由于微波固体流量计采用微波多普勒原理，要求非常小流速（流量）为0.36m/s，所以要安装在管道中间， 距进料口要保证300mm 以上距离，距下料口至少2 倍管道直径的距离。伸进管道部分材料为TFE 特氟龙，挡在传感器前端，使得传感器不直接接触孕育剂，不易损坏，并且无穿透影响。

 

2、控制系统

   孕育装置电控系统以西门子S7-200PLC为控制核心，通过接收到的流量计信号，经PLC运算控制变

频器，控制调节螺旋给料机构驱动电机的启停，调节电机转速即下料量，达到瞬时流量基本恒定、下料总量精准控制的目的。

 

2.1、系统构成

    系统控制部分如图1 所示。以西门子S7224XPPLC 为基本控制单元， 配置康纳森流量MONITORSF1 （型号为17-8511-11， 输出4~20mA 电流信号）1个， 淮安三畅SC908流量积算仪1台， 施耐德ATV312H108M3 变频器及配套电机1 套。另外，为了简化系统硬件构成， 选用台湾威纶MT4424T 10 寸触摸屏1 台，PLC 通过2 个通信端口分别和流量积算仪及触摸屏进行RS-232C 通信，交换数据。

 

2.2 系统主要功能

（1）PLC 与流量积算仪、触摸屏通信。在PLC 编程软件及触摸屏组态软件中设置相应的通信参数， 可实现PLC 与流量积算仪及触摸屏之间的RS-232C 通信，完成信息采集、数据交换，并可把调试过程中对应不同设定流量的控制值存储在PLC 中。

 

（2）控制参数的输入、设备运行参数的显示。在触摸屏上的参数设置画面， 可以方便地设定工艺要求的孕育瞬时流量及下料总量， 还可以实时显示实际的瞬时流量及下料总量； 设备的控制与设备运行参数的显示都可在设备监控画面上实现。在调试或新产品研发时， 需要在触摸屏上输入试验性质的瞬时流量值和下料总量，一旦确定工艺参数，只要在触摸屏上输入铸件的代码， 变频器便根据接收到的PLC 模拟量输出信号， 使螺旋给料机电机按相应的初始工作频率运行，缩短PID 整定时间，迅速使瞬时流量与设定值趋向一致； 如果实际下料总量超过设定下料总量，PLC 发出指令停止下料，并把停机前的变频器工作频率值存储在PLC 中， 以备下次动作赋初值给变频器。

 

（3）故障报警、数据长期归档记录。

当螺旋给料机瞬时流量（相对于设定流量）出现异常时，PLC 会发出故障报警信号， 并通过触摸屏的报警画面进行显示，提醒设备操作人员查看下料系统是否有意外情况发生，同时，还可把设备的运行参数等数据进行长期归档记录。

 

3、流量测控系统

流量测控系统原理如图2 所示。

 

该系统为闭环控制系统。微波固体流量计把4~20mA 的模拟量信号发送到流量积算仪， 再由流量积算仪把瞬时流量（4~20mA 标准模拟量信号）变送输出到PLC 的模拟量输入端口，同时，通过标准串行双向通信接口与PLC 之间实现RS-232C 协议通信，把积算出的下料总量值发送到PLC 中，PLC 经过运算输出模拟量信号控制变频器的输出频率，从而控制电机转速。

 

3.1 变频调速系统的控制

    微波固体流量计采集的4~20mA 的模拟量信号变送回PLC 中后， 与触摸屏上预先设定的瞬时流量

值相比较，得出一个偏差（正偏差或负偏差），经过PLC 中的PID 功能块处理， 由PLC 的模拟量输出端口输出一个标准的4~20 mA 电流信号送到变频器，控制变频器的输出频率， 以调节电机的转速来调节流量。另外，PLC 将从流量积算仪接收到的下料总量值与触摸屏上预先设定的下料总量值相比较， 通过编制的PLC 程序控制变频器的启停， 保证下料总量的精准。

 

3.2 PID 控制

    PID 控制通过在西门子S7-200PLC 中调用PID功能块来实现，系统定时（按照采样时间）执行PID

功能块， 按照PID 运算规律， 根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。PID 控制是负反馈闭环控制， 能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。PID 功能块只接受0.0~1.0 之间的实数（实际上就是百分比） 作为反馈、给定与控制输出的有效数值， 如果直接使用PID 功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数，因此，必须把外围实际的物理量转换为PID 功能块需要的（或者输出的）数据。通过触摸屏上的PID 参数设置画面，可以很方便地整定参数，并可将其保存在存储区。

 

4 结语

    经生产验证，采用微波固体流量计的孕育装置控制系统自动化程度高，调试时间短，运行稳定、可靠，安全性高，操作简便，报警功能完善，不但保证了良好的孕育效果，提高了工艺的稳定性，还减轻了工作人员的劳动负担，大大提高了工作效率，节能效果显著。另外，由于实现了实时监控和数据存储，方便了工艺查询和分析以及质量追溯，该装置具有较好的实际应用效果，达到预期的设计目标。