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(duì)煤樣品的水份、揮發(fā)分、灰分3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行快速測(cè)量并自動(dòng)計(jì)算出樣品的固定煤、氫值與熱值的儀器。老式儀器是采用計(jì)算機(jī)加一脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(diǎn)，樣品的測(cè)定周期從原來的180min下降到150min，提高了檢測(cè)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(gè)煤質(zhì)分析過程分為開機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(yùn)行步驟
　　計(jì)算機(jī)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(shí)間后停止托盤旋轉(zhuǎn)并執(zhí)行托盤回原點(diǎn)程序（原點(diǎn)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(jī)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(yùn)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(gè)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(shí)間由操作人員決定；伺服電機(jī)執(zhí)行完原點(diǎn)回歸程序后并將原點(diǎn)到達(dá)信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)。即由計(jì)算機(jī)讀取驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部對(duì)象0x604100，判斷是否等于0x8000，如伺服電機(jī)未到達(dá)到原點(diǎn)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(jī)選擇要稱樣品的位置（1～19號(hào)樣品）；伺服電機(jī)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(hào)反饋給計(jì)算機(jī)（即由計(jì)算機(jī)讀取驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部對(duì)象0x604100，判斷是否等于 0x8400）。如伺服電機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的串口與伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊讀寫伺服電機(jī)運(yùn)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(dòng)器內(nèi)的各功能程序（利用子程序段實(shí)現(xiàn)）。

　　計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)讀取伺服電機(jī)的原點(diǎn)位置到達(dá)信號(hào)與目標(biāo)位置到達(dá)信號(hào)并進(jìn)行比較，決定是否執(zhí)行下一步動(dòng)作。

　　由計(jì)算機(jī)設(shè)定速度模式的運(yùn)行速度、位置模式的運(yùn)行速度。

　　計(jì)算機(jī)界面上放置托盤旋轉(zhuǎn)按鈕、旋轉(zhuǎn)停止按鈕、回原點(diǎn)按鈕、1至19號(hào)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(shí)現(xiàn)

　　計(jì)算機(jī)通過C語言編寫相關(guān)程序與伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊，包括伺服電機(jī)原點(diǎn)位置、目標(biāo)位置到達(dá)信號(hào)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(dòng)器編寫速度模式、停止、回原點(diǎn)、位置模式（19段）共22段子程度。

　　各子程序由計(jì)算機(jī)界面上的各功能按鈕通過程序調(diào)用指令21180008調(diào)用。

　　計(jì)算機(jī)讀取伺服電機(jī)是否到達(dá)原點(diǎn)位置或目標(biāo)位置后再給出能能否執(zhí)行下一動(dòng)作的權(quán)限。確保設(shè)備各環(huán)節(jié)運(yùn)行安全，防止錯(cuò)位損壞電子天平。
　　
　　伺服選型與參數(shù)設(shè)置

　　伺服電機(jī)選用23S21-0560-803J7，伺服驅(qū)動(dòng)器選用 ED100-LA (支持RS485和RS232)；

　　驅(qū)動(dòng)器電源選用中國(guó)臺(tái)灣明緯開關(guān)電源 S-350-48。

　　由于負(fù)載和電機(jī)慣量比接近300：1，屬于小電機(jī)帶大慣量負(fù)載的典型應(yīng)用，故伺服電機(jī)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(diǎn)模式 33（即電機(jī)旋轉(zhuǎn)至*個(gè)index pulse信號(hào)時(shí)停止并以此點(diǎn)作為原點(diǎn)，此法可不利用外部信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)找到原點(diǎn)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(jī)則產(chǎn)生較嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象無法正常運(yùn)行。將速度環(huán)比例參數(shù)設(shè)置350-400時(shí)，電機(jī)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(jī)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(diǎn)模式等諸多功能，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與測(cè)量速度有很大的提高。減少了因步進(jìn)電機(jī)失步或脈沖丟失造成的樣品定位錯(cuò)位現(xiàn)象，減少了樣品托盤與電子天平的損壞機(jī)率。避免了傳統(tǒng)儀器利用機(jī)械凸輪檢測(cè)樣品位置高錯(cuò)誤率，zui終很好的滿足客戶的工藝要求。