快速煤質(zhì)分析儀用于洗煤及焦碳提煉等工礦企業(yè)，通過熱重分析法對煤樣品的水份、揮發(fā)分、灰分3個指標(biāo)進(jìn)行快速測量并自動計算出樣品的固定煤、氫值與熱值的儀器。老式儀器是采用計算機加一脈沖發(fā)生器驅(qū)動步進(jìn)電機進(jìn)行速度與定位控制的。存在定位精度不高、啟停性能差與步進(jìn)電機失步等現(xiàn)象，造成維修率、儀器損壞率及配件更換成本高。通過Kinco伺服系統(tǒng)在該儀器上的應(yīng)用，解決了原步進(jìn)控制系統(tǒng)定位精度不高、啟停性能差等缺點，樣品的測定周期從原來的180min下降到150min，提高了檢測效率。隨著Kinco伺服在儀器上使用，間接的降低了設(shè)備維修成本、提高了設(shè)備穩(wěn)定性與生產(chǎn)效率。

工藝流程

整個煤質(zhì)分析過程分為開機電爐預(yù)熱、樣品托盤穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)、樣品定位、樣品稱重等三部分。樣品托盤由伺服電機驅(qū)動，進(jìn)行速度模式控制與位置模式控制。

系統(tǒng)上電

儀器上電后電爐加熱至一定的溫度并進(jìn)行恒溫控制，電子天平秤復(fù)位。

運行步驟

計算機發(fā)出托盤旋轉(zhuǎn)指令，樣品隨托盤恒速旋轉(zhuǎn)均勻加熱。樣品加熱一段時間后停止托盤旋轉(zhuǎn)并執(zhí)行托盤回原點程序（原點位置：電子天平與樣品垂直的位置）；由操作人員選擇要稱的樣品，伺服電機根據(jù)操作人員所選稱重樣品的位置，將該樣品旋轉(zhuǎn)到電子天平的正上方；托盤旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置后，電子天平稱重裝置上升并托起樣品稱重，稱重完成后電子天平下降；由操作人員再選擇下一樣品進(jìn)行稱重；如未達(dá)到要求則返回步驟A重復(fù)運行。圖1示出快速煤質(zhì)分析儀工作示意圖。

圖1 快速煤質(zhì)分析儀
工藝要求

圖2托盤俯視圖
圖2所示的托盤分19個樣品放置位，由操作人員選擇要稱重的樣品位置；樣品恒速加熱時間由操作人員決定；伺服電機執(zhí)行完原點回歸程序后并將原點到達(dá)信號反饋給計算機。即由計算機讀取驅(qū)動器內(nèi)部對象0x604100，判斷是否等于0x8000，如伺服電機未到達(dá)到原點位置則不允許執(zhí)行樣品稱重位置選擇步驟；由操作人員隨機選擇要稱樣品的位置（1～19號樣品）；伺服電機按操作人員選擇的樣品位置通過位置模式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后將“目標(biāo)位置到達(dá)”信號反饋給計算機（即由計算機讀取驅(qū)動器內(nèi)部對象0x604100，判斷是否等于 0x8400）。如伺服電機未到達(dá)目標(biāo)位置則不允許執(zhí)行電子天平上升步驟；目標(biāo)位置到達(dá)后計算機控制電子天平上升進(jìn)行稱重，樣品位置可任意選擇。

控制方案

采用計算機的串口與伺服驅(qū)動器進(jìn)行通訊讀寫伺服電機運行的相關(guān)參數(shù)（RS232方式），并用程序調(diào)用指令調(diào)用編寫在驅(qū)動器內(nèi)的各功能程序（利用子程序段實現(xiàn)）。

計算機實時讀取伺服電機的原點位置到達(dá)信號與目標(biāo)位置到達(dá)信號并進(jìn)行比較，決定是否執(zhí)行下一步動作。

由計算機設(shè)定速度模式的運行速度、位置模式的運行速度。

計算機界面上放置托盤旋轉(zhuǎn)按鈕、旋轉(zhuǎn)停止按鈕、回原點按鈕、1至19號樣品稱重選擇按鈕、稱重按鈕、托旋轉(zhuǎn)速度、樣品定位速度。

實現(xiàn)

計算機通過C語言編寫相關(guān)程序與伺服驅(qū)動器進(jìn)行通訊，包括伺服電機原點位置、目標(biāo)位置到達(dá)信號的讀取，托盤旋轉(zhuǎn)速度的設(shè)定，樣品定位速度設(shè)定及各應(yīng)用程序調(diào)用。

伺服驅(qū)動器編寫速度模式、停止、回原點、位置模式（19段）共22段子程序。

伺服驅(qū)動器編寫速度模式、停止、回原點、位置模式（19段）共22段子程度。各子程序由計算機界面上的各功能按鈕通過程序調(diào)用指令21180008調(diào)用。

計算機讀取伺服電機是否到達(dá)原點位置或目標(biāo)位置后再給出能能否執(zhí)行下一動作的權(quán)限。確保設(shè)備各環(huán)節(jié)運行安全，防止錯位損壞電子天平。

伺服選型與參數(shù)設(shè)置

伺服電機選用23S21-0560-803J7，伺服驅(qū)動器選用 ED100-LA （支持RS485和RS232）

驅(qū)動器電源選用臺灣明緯開關(guān)電源 S-350-48。

由于負(fù)載和電機慣量比接近300：1，屬于小電機帶大慣量負(fù)載的典型應(yīng)用，故伺服電機的相關(guān)參數(shù)不能按常規(guī)的方式設(shè)置具體設(shè)置如下：

回原點模式 33（即電機旋轉(zhuǎn)至第一個index pulse信號時停止并以此點作為原點，此法可不利用外部信號就能實現(xiàn)找到原點的功能。

位置環(huán)參數(shù)：比例參數(shù)設(shè)為50其它參數(shù)不變

速度環(huán)參數(shù)：比例參數(shù)設(shè)為350-400 濾波常數(shù)設(shè)為14-18

速度環(huán)參數(shù)設(shè)置說明：速度環(huán)比例參數(shù)如按常規(guī)值（0-100）設(shè)置，伺服電機則產(chǎn)生較嚴(yán)重的振動現(xiàn)象無法正常運行。將速度環(huán)比例參數(shù)設(shè)置350-400時，電機將發(fā)出嘯叫聲必須將濾波常數(shù)調(diào)整至14-18。

結(jié)語

該控制系統(tǒng)，充分利用了Kinco伺服的通訊、電機快速起停、適合大慣量、內(nèi)部可編程、控制模式自由切換、豐富的原點模式等諸多功能，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與測量速度有很大的提高。減少了因步進(jìn)電機失步或脈沖丟失造成的樣品定位錯位現(xiàn)象，減少了樣品托盤與電子天平的損壞機率。避免了傳統(tǒng)儀器利用機械凸輪檢測樣品位置高錯誤率，最終很好的滿足客戶的工藝要求。(end)