快速煤質分析儀用于洗煤及焦碳提煉等工礦企業，通過熱重分析法對煤樣品的水份、揮發分、灰分3個指標進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生器驅動步進電機進行速度與定位控制的。存在定位精度不高、啟停性能差與步進電機失步等現象，造成維修率、儀器損壞率及配件更換成本高。通過Kinco伺服系統在該儀器上的應用，解決了原步進控制系統定位精度不高、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，間接的降低了設備維修成本、提高了設備穩定性與生產效率。

工藝流程

整個煤質分析過程分為開機電爐預熱、樣品托盤穩速旋轉、樣品定位、樣品稱重等三部分。樣品托盤由伺服電機驅動，進行速度模式控制與位置模式控制。

系統上電

儀器上電后電爐加熱至一定的溫度并進行恒溫控制，電子天平秤復位。

運行步驟

計算機發出托盤旋轉指令，樣品隨托盤恒速旋轉均勻加熱。樣品加熱一段時間后停止托盤旋轉并執行托盤回原點程序（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，伺服電機根據操作人員所選稱重樣品的位置，將該樣品旋轉到電子天平的正上方；托盤旋轉到目標位置后，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行稱重；如未達到要求則返回步驟A重復運行。圖1示出快速煤質分析儀工作示意圖。

圖1 快速煤質分析儀
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；伺服電機執行完原點回歸程序后并將原點到達信號反饋給計算機。即由計算機讀取驅動器內部對象0x604100，判斷是否等于0x8000，如伺服電機未到達到原點位置則不允許執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行旋轉，旋轉到位后將“目標位置到達”信號反饋給計算機（即由計算機讀取驅動器內部對象0x604100，判斷是否等于 0x8400）。如伺服電機未到達目標位置則不允許執行電子天平上升步驟；目標位置到達后計算機控制電子天平上升進行稱重，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動器進行通訊讀寫伺服電機運行的相關參數（RS232方式），并用程序調用指令調用編寫在驅動器內的各功能程序（利用子程序段實現）。

計算機實時讀取伺服電機的原點位置到達信號與目標位置到達信號并進行比較，決定是否執行下一步動作。

由計算機設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按鈕、旋轉停止按鈕、回原點按鈕、1至19號樣品稱重選擇按鈕、稱重按鈕、托旋轉速度、樣品定位速度。

實現

計算機通過C語言編寫相關程序與伺服驅動器進行通訊，包括伺服電機原點位置、目標位置到達信號的讀取，托盤旋轉速度的設定，樣品定位速度設定及各應用程序調用。

伺服驅動器編寫速度模式、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用指令21180008調用。

計算機讀取伺服電機是否到達原點位置或目標位置后再給出能能否執行下一動作的權限。確保設備各環節運行安全，防止錯位損壞電子天平。

伺服選型與參數設置

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

驅動器電源選用臺灣明緯開關電源 S-350-48。

由于負載和電機慣量比接近300：1，屬于小電機帶大慣量負載的典型應用，故伺服電機的相關參數不能按常規的方式設置具體設置如下：

回原點模式 33（即電機旋轉至第一個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找到原點的功能。

位置環參數：比例參數設為50其它參數不變

速度環參數：比例參數設為350-400 濾波常數設為14-18

速度環參數設置說明：速度環比例參數如按常規值（0-100）設置，伺服電機則產生較嚴重的振動現象無法正常運行。將速度環比例參數設置350-400時，電機將發出嘯叫聲必須將濾波常數調整至14-18。

結語

該控制系統，充分利用了Kinco伺服的通訊、電機快速起停、適合大慣量、內部可編程、控制模式自由切換、豐富的原點模式等諸多功能，系統運行穩定性與測量速度有很大的提高。減少了因步進電機失步或脈沖丟失造成的樣品定位錯位現象，減少了樣品托盤與電子天平的損壞機率。避免了傳統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)