一、产品概述

ZTP－A2型智能探测料位计为CTS－Z型料位计的换代产品并在原ZTP-A型料位计的基础上加以了改进。该产品采用了德国西门子可编程控制器、TD400操作员界面及欧姆龙旋转编码器，具有运行可靠、响应速度快、测量精确、调试方便简捷、可远程控制、可用于恶劣的工业环境等优点。

工业现场的传感器与仪表往往相距几十米甚至数百米远，这就要求设备具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性。原CTS-Z型料位计的仪表部分采用分立电子元件和普通仪表，抗干扰能力很差。因电磁的干扰很容易造成数据的漂移，导致测量不准确，甚至无法测量。为此，我公司在原产品的基础上，采用了西门子可编程控制器和欧姆龙绝对型旋转编码器等先进的高科技产品，欧姆龙绝对型旋转编码器可以把重锤的位置转化成格雷码送到PLC，重锤的某一位置对应一个唯一的码值。即使某一时刻受到干扰，但下一时刻就可以把丢失的码找回来，不会因为干扰而产生累计误差，保证了重锤回原点的准确性，从根本上解决了其抗干扰难题。同时还增加了西门子TD400操作员界面。TD400具有功能强、背光液晶显示、全中文界面、操作简捷、维护方便等特点。友好的操作界面使得ZTP－A2型料位计调试简捷、操作简便、数据直观。特别适用于冶金、煤炭、化工、水泥、储运等行业的竖炉和料仓的粉末状、块状、颗粒状物料的料位检测与控制。

二、产品构成

本产品由控制箱、驱动机箱及连接电缆组成。控制箱可安装在现场的墙壁上或支架上(也可以安装在控制室内)，通过连接电缆与驱动机箱相连接共同组成料位计探测系统 (见图1) 。

图1  系统结构图

控制箱由西门子S7-200可编程控制器(CPU222) 、开关量输入模块（EM221）、西门子操作员界面TD400、断路器、接触器、模拟量输出模块(EM232，可选)等组成。驱动机箱由电气底板、电动机 、减速机、绕线盘 、1#绝对型旋转编码器 、随动轮 、微型减速机、2#增量型旋转编码器 、摆动支架 、微动开关、导向轮、重锤等组成(见图2)。

    图2  驱动箱结构示意图

三、技术规格

1、测量范围：0.00～10.00 m  

2、测量误差：±5cm(料位)     

3、电源：3N～50Hz  380/220V   

4、功耗: 150W     

5、工作环境：-10～+115℃

6、控制箱外形尺寸：400×320×600 mm

7、控制箱安装方式: 垂直安装

8、驱动机箱至控制箱信号传输距离≤1Km

四、工作原理

定义：

①原点:相当于一个坐标原点，在运算中是一个参考点，对应重锤在放锤的整个行程中的一个具体物理位置，在PLC中的编码为“0”。根据需要可以把重锤在行程中的任一位置设定为原点，通常把仓顶设为原点。“重锤高度”及其他的限位都是以“原点”为参考点的。

②重锤高度:重锤距仓底的距离。

③料面高度h:料面距仓底的距离。

④空仓高度H :原点距仓底的距离。

⑤探料信号:自动探料时间到、按下手动探料F1或上位机给的远程探料信号。

⑥触料面信号:重锤接触到料面的信号。

⑦当前编码:1#旋转编码器传给PLC，经PLC处理后得到的码值。

ZTP－A2型料位计具有自动和手动两种工作模式。手动模式可随时探测料面高度，自动模式可由用户设置为以分钟为单位的时间间隔自动探测，随时显示探测结果。

放锤过程(参看图2)：料位计接收到探料信号后，在可编程控制器(PLC)的控制下，使下降交流接触器得电吸合，电动机通过连轴器带动减速机转动，减速机再带动绕线盘转动放出钢丝绳使重锤从原点位置（当前编码为0）开始下降，1#旋转编码器与绕线盘同步转动。在钢丝绳的压力作用下，随动轮也随钢丝绳运动而转动。随动轮再通过微型减速机及连轴器带动2#旋转编码器转动，钢丝绳通过摆动支架和导向轮在重锤重力的作用下下降。（为保证料位计探测的准确性，当重锤停在原点位置左右即当前编码大于-25小于25时料位计接收到探料信号后才会探料）

1#旋转编码器与绕线盘同步转动，并将重锤的位置转化成格雷码送到可编程序控制器（PLC）的输入端，PLC将采集到的格雷码进行译码、累加等数学运算处理，并将运算的结果通过操作面板TD400中所显示的“当前编码”间接的表示出来。

触料面停锤过程(参看图2)：钢丝绳在重锤的重力作用下，始终保持拉紧状态，钢丝绳和随动轮间有足够的摩擦力带动随动轮转动，2#旋转编码器将采到的编码送到PLC进行分析处理。当重锤接触到料面时，钢丝绳由于失去重锤拉力作用而松弛离开随动轮，随动轮减速甚至停止运转，从而2#旋转编码器200ms内采到的码值减小。PLC分析得到触料面信号(停锤信号)，下降交流接触器断开，电动机停止。PLC根据2#旋转编码器提供的码数计算出重锤下降的距离h1，及料面高度h(h=H－h1)，并在操作面板上直接显示出料面高度h。

收锤过程(参看图2)：触料面停锤3秒后，PLC控制的上升交流接触器吸合，电动机转动,收锤直到原点。在收锤的过程中，电动机带动减速机使绕线盘和1#旋转编码器同步转动，PLC将采集到的1#旋转编码器发出的格雷码进行处理后，将得到的“当前编码”与停锤提前量相比较，当小于此值时，PLC控制上升交流接触器断电，电动机停止，探测结束，到此完成了一个探料周期。

五、功能与使用

1、TD400操作面板(见图3)：

图3 TD400操作面板示意图

2、TD400操作员界面各按键功能及显示信息如下：

※仅当出现埋锤报警并通过按F3清除报警后，手动收锤才有效。

1)上表中带“****”的均为可显示信息。

2)上表中序号3—5中的信息为正常显示信息，其数值(****)不能修改。

3)上表中序号6—10中的信息中的数值(****)可根据具体情况及用户需要修改，具体修改方法请参照下面的参数设定部分。

a.空仓高度：原点距仓底的距离。(可由用户设定)                              b.重锤高度：重锤距仓底的距离。(测量过程中测量值实时改变)           c.料面高度：料面距仓底的距离。(在重锤触料的时刻，该值更新并等

于此时重锤高度，保持该值至下一次重锤触料面)                       

d.料面上限：允许的最高料面。(可由用户设定)

e.料面下限：允许的最低料面。(可由用户设定)

f.当前编码：1#旋转编码器采集到的码值。(放锤时递增，升锤时递减)

g.设原点：  调整原点时使用。(将该处的“1”改为“0”时，把当前重锤的位置设定为原点)

h.探位间隔：自动测量的间隔时间。(以分钟为单位，可由用户设定)

1. 停止参数：用来判断随动轮转动快慢的参数。(数值越大，判断越灵敏；数值越小，判断越迟钝。设值过大，可造成误停锤，一般设为4-6。可由用户设定)

j.最低料面：空仓高度减去可探测的钢丝绳有效长度。例如空仓高度为5米，钢丝绳最多可下探4米，最低料面就应设为1.1米左右。

3、参数设定(参看图3)

1)、按2<显示信息选择>键,选择需要修改显示的信息；

2)、按6<信息行选择、加减数字键>上下箭头,在1<文本显示窗口> 中选择要修改的信息的行,使光标在要修改信息行前第一个字符上闪烁；

3)、按5<修改数据、确认信息>ENTER键确认,使光标移动到当前信息行中要修改的数字区,光标在数字区第一个数字的最后一个字符上闪烁，或按4<退出当前编辑>ESC键,退出当前选择行,光标消失,进行第6步；

4)、按6<信息行选择、加减数字键>键的上下箭头增加、减小数字；

5)、按5<修改数据、确认信息>ENTER键使修改结果有效，同时光标移动到第二个数字的最后一个字符上闪烁，再重复第4步的操作，改好后按5<修改数据、确认信息>ENTER键当前行消失；或按4<退出当前编辑>ESC键使当前修改无效,光标消失；

6)、按2<显示信息选择>中F3键,使窗口显示正常信息。

如在1<文本显示窗口>中不显示预先定义好的、与本系统有关的信息之一时，可连续按4<退出当前编辑>ESC键，使在1<文本显示窗口>中显示预先定义好的、与本系统有关的信息之一，再进行参数设定，或按F3键显示正常信息。

举例:( 以料面上限为例 )

(1)、当显示窗口显示上表中所列信息之一(否则连续按键)时,按键,使窗口显示:

     (2)、按6<信息行选择、加减数字键>中上箭头时，光标在第一行“料”字上闪烁:

     (3)、 按5<修改数据、确认信息>ENTER键,使光标移动到修改数字(5.40)的最后一位上闪烁:

(4) 、按6<信息行选择、加减数字键>中上/下箭头修改数字到6.00米,按5<修改数据、确认信息>ENTER键,修改结束,本行信息消失。

(5)、按F3窗口显示正常信息:

4、料位计有自动测量功能。预置好自动监测的间隔时间(以分钟为单位)，料

位计将自动定时测量。在自动待测状态下可以按F1键或上位机给远程探料信号，随时进行手动测量。若自动测量间隔时间（探位间隔）设置为“0”，否则只能手动测量。

5、料位计有报警提示功能。报警时操作面板有故障种类显示，报警种类如下：

1. 1#编码器信号故障（探料时PLC检测到1秒内采集到的1#编码器码值不变或者发生突变）

原因：①1#编码器信号线故障，设一下原点把“当前编码”复位为0然后缓慢转动电机与减速机之间的连轴器使重锤向下，从TD400上观察“当前编码” 是否依次增加直到255以上，如有不连续上下波动现象说明信号线有故障。

②1#编码器连轴器松。

2)2#脉冲故障报警(探料时PLC检测到1秒内没有接收到2#编码器发出的计数脉冲)

3)超上限报警(料面超出设定的上限)

4)超下限报警(料面低于设定的下限)

5)埋锤报警(升锤时PLC检测到1秒内两个编码器的信号都没有发生变化)

当PLC检测到埋锤报警时为保护电机及其它设备，本料位计会自动停

止电机运行，这时先不要清除报警，先检查一下驱动机构以及重锤情况，

没有异常清况后，按F3清除报警，然后按F2手动收锤，脉冲复位；当PLC

报其它任何一种故障时都能自动把重锤提回仓顶，减少了埋锤机会。报警

以后，请按F3清除报警。如果连续出现报警，请检查设备。

6、料位计有复位升锤功能。如遇意外情况，重锤没有回到原点，按复位键或

设备初上电，PLC将控制电机升锤。这样就避免了测量时突然断电，再上

电送料时出现埋锤。

7、料位计有远程探料功能。在PLC输入端(I0.3)上外接一个常开自复按钮,

按动按钮，或上位机给PLC一脉冲信号，即可实现远程探料。

8、料位计有远程禁止功能。在PLC输入端(I0.4)上外接一个自锁按钮，当按

钮打开时，可进行测量；当按钮闭合时手动与自动探料均被禁止或上位机给PLC一信号使料位机禁止工作。本功能与送料系统配合动作，可提高运行的可靠性。

六、安装与接线

1、电气控制箱：电气控制箱（如图4）建议固定到控制室的墙上，便于与其它控制系统相连也便于操作人员观察和操作，安装尺寸见图5。    

图4 电气控制箱                                                     图5 控制箱固定尺寸

2、安装：（参考图6）用户可在料仓顶部开一个φ100mm的孔,并如图6（A向）所示做一个活动的盖，工作时钢丝绳能自由的上下运动。开孔位置应选在重锤及钢丝绳工作过程中不直接受下料冲击并能反映物料平均高度处.如果料位计所探的物料为高温材料，可如图中所示选用件9耐高温链条（注意件7导向轮的位置，不能让钢丝绳进入高温环境，也不能让链条通过导向轮）。安装过程中，先把钢丝绳放开，连接好重锤和链条，把重锤放入孔中，然后把驱动箱支架固定在两个槽钢上（M8螺丝4个）；导向轮7安装在探测孔上方，使钢丝绳对中探测孔，然后调好驱动箱体的位置，使得钢丝绳通过两个滑轮运行自如，这时用点焊机将两个槽钢点焊在仓顶。（槽钢100×320两件由用户自己配置;钢丝绳应定期更换,如发现钢丝绳出现形变没有韧性请更换钢丝绳）

图6 驱动箱体安装图                   

图7  驱动箱支架固定图

3、接线

L1、L2、L3 是三相交流电电源，经用户熔断器输入,N是零线。L+、M、I0.0～I0.7、I1.4～I1.6均为直流信号直接进PLC，Q0.0、07为AC220V信号控制接触器线圈，因而在走线时这两种信号必须分开走电缆，要禁止直流与交流信号走在同一根电缆上。

1)控制电缆应避开高压线和动力线，尽量单独走线，加防护钢管。

2)控制箱电源线应选用标称截面为1.5～2.5mm2的导线。

3)控制电缆导线应选用标称截面为0.5～1.5mm2的导线，驱动机箱与电气控制箱之间连接电缆必须选用屏蔽电缆。

4)信号线必须用屏蔽电缆。

七、调试步骤

1. 确认电机相序是否正确

       合上电气控制箱内的三极断路器，断开两极断路器，用螺丝刀点动控制箱内的接触器（左边接触器吸合重锤向下，右边接触器吸合重锤向上）确认电机相序是否正确，如不正确倒一下相序。

1. 调整重锤初始高度(设原点)

依据保持两极断路器断开状态，手动(通过控制箱内交流接触器的通断)将重锤调整至预设高度(原点位置)后，断开三极断路器合上两极断路器（因为料位计有复位收锤功能，初次调试时料位计接受的信号非实际信号有可能会造成误收锤），此时PLC应该已通上电TD400面板有显示，操作TD400，按F4键，如果此时“当前编码”不是0，则按以下步骤操作：

1)向上或向下箭头键，把光标移动到“设原点”这一信息上。

2)按ENTER键把光标移到该信息行数据区。

3)按向上或向下箭头键，将“设原点”设为0，按ENTER键，待“当前编码”变为0，则设置完毕。(“设原点”设为0后会自动变为1，设为其它数无效,也会自动变为1)

注意：如探料过程中断电或出现报警，为保证料位准确，请重新调整重锤初始高度（设原点）。

2、参数设定

所有参数设定均可通过操作TD400来完成，具体操作步骤请参照说明书5—6页。

完成上述设定后合上三极断路器按F1手动探料几次，观察测量过程中有没有出异常情况及报警。如出现报警请按照TD400所显示的报警种类及接线原理图检查。如无异常，则调试完毕，可投入正常使用。