水泥配料秤的改造

１ 配料秤概況

冀東水泥股份有限公司＃２生產(chǎn)線(xiàn)為我國(guó)第１條４０００ ｔｄ的國(guó)產(chǎn)示范化水泥生產(chǎn)線(xiàn)，其水泥配料秤控制原理見(jiàn)圖１，采用的是經(jīng)過(guò)改造的原民主德國(guó)的二手設(shè)備。
該設(shè)備陳舊，控制落后。系統(tǒng)采用單回路控制，無(wú)流量調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的流量給定值和反饋值都給到直流調(diào)速單元上。另外，測(cè)速發(fā)電機(jī)直接作為荷重傳感器的供電電源，荷重傳感器的輸出信號(hào)即為實(shí)際流量信號(hào)。這樣的控制特點(diǎn)，導(dǎo)致了本系統(tǒng)控制精度低，抗干擾能力差；直流調(diào)速單元器件老化，故障頻頻，但無(wú)備件和可替代的備件；現(xiàn)場(chǎng)粉塵對(duì)直流電機(jī)換向器影響較大；由于測(cè)速發(fā)電機(jī)和直流電機(jī)同軸，皮帶打滑時(shí)，中控仍顯示喂料正常，常造成配料不合格。此外，由于荷重傳感器的橋壓由測(cè)速發(fā)電機(jī)提供，故皮帶上無(wú)料時(shí)必造成電機(jī)飛車(chē)，因此，零點(diǎn)的標(biāo)定不僅繁瑣，而且很難保證精度。上述問(wèn)題的存在，直接影響了＃２線(xiàn)水泥磨的正常生產(chǎn)。為此，我公司于２０００年底到２００１年初對(duì)這３臺(tái)水泥配料秤進(jìn)行了改造。

２ 改造方案的確定及控制原理

（１） 改造方案。由于本系統(tǒng)最終要控制的工藝參數(shù)為物料流量，而流量的控制是通過(guò)調(diào)整皮帶速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此我們采用串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料流量的控制，以提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。其中，選擇流量為主控量，皮帶速度為副控量。目前變頻技術(shù)已非常成熟，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)粉塵大的環(huán)境特點(diǎn)，選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)控制皮帶速度，為了克服原系統(tǒng)中存在的其他缺點(diǎn)，我們將測(cè)速裝置安裝于皮帶上，而荷重傳感器采用穩(wěn)恒直流電源供電，其輸出信號(hào)為物料重量信號(hào)，見(jiàn)圖２。
圖２中，流量調(diào)節(jié)器采用日本大和的新一代高精度演算調(diào)節(jié)器ＣＦＣ－１００，變頻器選用日本富士的Ｇ１１Ｓ系列，測(cè)速傳感器采用ＴＨ－２６。其中，ＣＦＣ－１００采用了８位ＣＰＵ芯片，ＰＩ調(diào)節(jié)功能完全由軟件實(shí)現(xiàn)，并強(qiáng)化了自我診斷機(jī)能，對(duì)秤的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，具有故障診斷、故障報(bào)警、故障保持功能。軟件編程通過(guò)參數(shù)設(shè)定的方法實(shí)現(xiàn)，使用方便，通用性強(qiáng)，對(duì)不同能力的秤都能用數(shù)字設(shè)定的方法調(diào)節(jié)零點(diǎn)和量程，自動(dòng)計(jì)算調(diào)整值，一次調(diào)整就能記憶，無(wú)須人工干預(yù)。另外，ＣＦＣ－１００的抗干擾能力極強(qiáng)，可適應(yīng)惡劣的環(huán)境，與強(qiáng)干擾源變頻器同裝于一個(gè)柜子中，仍能可靠工作，保證計(jì)量控制精度。
ＴＨ－２６采用的是磁電式脈沖發(fā)生器，其外形象一個(gè)小車(chē)（見(jiàn)圖３），重約２０ｋｇ；以Ｏ點(diǎn)為固定點(diǎn)，水平安裝于皮帶機(jī)的回程皮帶上，并能夠以Ｏ點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可帶動(dòng)ＴＨ－２６的測(cè)速車(chē)車(chē)輪無(wú)滑動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而測(cè)得皮帶速度。當(dāng)皮帶與主動(dòng)輪打滑時(shí)，仍能測(cè)得皮帶真實(shí)速度。
（２） 控制原理。當(dāng)物料通過(guò)計(jì)量皮帶的有效稱(chēng)量段時(shí)，物料的重量通過(guò)稱(chēng)量框架作用在荷重傳感器上，荷重傳感器產(chǎn)生與物料重量成正比的電壓信號(hào)，同時(shí)將皮帶速度轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，由ＣＦＣ－１００對(duì)荷重傳感器采集到的物料重量信號(hào)與ＴＨ－２６采集到的皮帶速度信號(hào)進(jìn)行綜合，得出實(shí)際流量，再與流量給定值進(jìn)行比較，輸出操作值給變頻器，變頻器以此作為皮帶速度設(shè)定值來(lái)控制電機(jī)速度，從而達(dá)到了控制流量的目的。顯然，重量信號(hào)的波動(dòng)以及皮帶打滑就成了主控回路的干擾信號(hào)，流量調(diào)節(jié)器會(huì)針對(duì)這些干擾，進(jìn)行ＰＩ調(diào)節(jié)，以克服干擾的影響。完成定量給料。

３ 調(diào)試與標(biāo)定

根據(jù)工藝要求設(shè)定好ＣＦＣ－１００與變頻器Ｇ１１Ｓ的所有參數(shù)，并用信號(hào)發(fā)生器對(duì)ＣＦＣ－１００的所有模擬通道進(jìn)行零點(diǎn)和量程的標(biāo)定，以保證與上位ＤＣＳ系統(tǒng)的可靠通訊，然后對(duì)皮帶秤進(jìn)行砝碼標(biāo)定。下面以熟料秤為例介紹砝碼標(biāo)定的過(guò)程和某些技術(shù)細(xì)節(jié)。

３．１ 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整

（１） 調(diào)整稱(chēng)量框架的水平度使稱(chēng)量段上的３個(gè)托輥在同一水平面上，其水平度誤差≤±１ｍｍ時(shí)，就可保證０．５％的計(jì)量精度。
 （２） 調(diào)整稱(chēng)量框架的配重，使荷重傳感器輸出略大于０ｍＶ。啟秤，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶，在皮帶轉(zhuǎn)過(guò)１周的過(guò)程中，使荷重傳感器每一刻的輸出都大于０ｍＶ，這樣就能保證物料實(shí)實(shí)在在地壓在荷重傳感器上，避免秤虛。熟料秤荷重傳感器輸出在０．６ｍＶ～３．８ｍＶ之間波動(dòng)。
（３） 測(cè)量皮帶周長(zhǎng)。熟料秤皮帶周長(zhǎng)為８．５３ｍ。

３．２ 置脈沖

將ＣＦＣ－１００打至手動(dòng)操作位置，給一操作值。在Ｐ運(yùn)行狀態(tài)下啟秤。將皮帶轉(zhuǎn)過(guò)５圈時(shí)ＴＨ－２６產(chǎn)生的脈沖數(shù)置入ＣＦＣ－１００的機(jī)能數(shù)據(jù)０６號(hào)地址中。該脈沖數(shù)代表了皮帶長(zhǎng)度。在零點(diǎn)和量程標(biāo)定過(guò)程中，當(dāng)啟動(dòng)標(biāo)定程序后，系統(tǒng)將自動(dòng)累積脈沖；當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)過(guò)５圈時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)停止標(biāo)定程序，使標(biāo)定簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。

３．３ 標(biāo)零點(diǎn)

將ＣＦＣ－１００打至“標(biāo)０點(diǎn)”運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。啟動(dòng)零點(diǎn)標(biāo)定程序，系統(tǒng)開(kāi)始累積流量；當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)過(guò)５圈時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止累積。將累積量的折算值置入ＣＦＣ－１００的００號(hào)地址中，即可去皮重。重復(fù)啟動(dòng)零點(diǎn)標(biāo)定程序，記錄累積值，不修改００號(hào)地址中的內(nèi)容。

３．４ 標(biāo)量程

計(jì)算基準(zhǔn)值。基準(zhǔn)值 ＝ 砝碼折算值（ｋｇｍ）×皮帶周長(zhǎng)（ｍ）×皮帶圈數(shù)（Ｎ）。熟料秤稱(chēng)量框架長(zhǎng)０．５ｍ，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)料重約為２４０ ｋｇｍ。本次標(biāo)定掛１２０ｋｇ砝碼，因此，熟料秤基準(zhǔn)值＝ ２４０×８．５３×５ ＝１０２３６ ｋｇ 。
將此基準(zhǔn)值置入ＣＦＣ－１００的０４號(hào)地址中。然后將ＣＦＣ－１００打“標(biāo)量程”運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)加砝碼１２０ ｋｇ，啟動(dòng)量程標(biāo)定程序，系統(tǒng)開(kāi)始累積流量；當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)過(guò)５圈時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止累積。將累積值與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，自動(dòng)計(jì)算出累積量的折算值，將該折算值置入ＣＦＣ－１００的０２號(hào)地址中，量程標(biāo)定完畢。重復(fù)啟動(dòng)量程標(biāo)定程序，記錄累積值，不修改０２號(hào)地址中的內(nèi)容。
砝碼標(biāo)定完畢后，將系統(tǒng)打至自動(dòng)，進(jìn)行ＰＩＤ整定。將ＣＦＣ－１００打至遙控運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，中控室給一流量設(shè)定值，啟秤，由于稱(chēng)量框架上有砝碼，故系統(tǒng)有流量反饋值。當(dāng)反饋值等于給定值時(shí)，突然去掉一個(gè)砝碼——給系統(tǒng)一個(gè)階躍擾動(dòng)，觀(guān)察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，調(diào)整ＰＩ參數(shù)，直至滿(mǎn)足工藝要求為止。熟料秤ＰＩ參數(shù)最后整定值為：Ｐ＝１２０，Ｉ＝５。在這樣的ＰＩ參數(shù)調(diào)節(jié)下，階躍擾動(dòng)約２ ｓ即可消除，滿(mǎn)足工藝要求。

４ 改造效果

原系統(tǒng)中，由于荷重傳感器的橋壓是由測(cè)速發(fā)電機(jī)提供的，其輸出信號(hào)即為實(shí)際流量信號(hào)。當(dāng)荷重傳感器上無(wú)壓力時(shí)，實(shí)際信號(hào)為零，調(diào)速單元不斷調(diào)節(jié)，造成飛車(chē)。因此，零點(diǎn)標(biāo)定也必須加上砝碼，通過(guò)間接的方法進(jìn)行標(biāo)定，該方法繁瑣，需反復(fù)調(diào)整。并且由于加上砝碼標(biāo)零點(diǎn)，就不能保證皮帶空載時(shí)，荷重傳感器上有預(yù)壓力。也就是說(shuō)，皮帶上一定存在某些位置使皮帶懸空，當(dāng)皮帶上的重物達(dá)到一定程度時(shí)，才對(duì)荷重傳感器產(chǎn)生壓力。因此，這樣標(biāo)出的零點(diǎn)不準(zhǔn)確。而新系統(tǒng)從零點(diǎn)的標(biāo)定過(guò)程中就可看出，完全克服了這一點(diǎn)，使零點(diǎn)的標(biāo)定簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。
另外，由于原系統(tǒng)中的直流調(diào)速單元由分立元件搭成，參數(shù)調(diào)整極不方便，元器件老化、器件參數(shù)漂移等問(wèn)題的存在，直接影響了皮帶秤穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。并且皮帶打滑不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)常造成水泥配料不合格。而新系統(tǒng)完全克服了以上缺點(diǎn)。表１是零點(diǎn)、量程標(biāo)定后，做重復(fù)性試驗(yàn)時(shí)記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)由表１可知，在不改變零點(diǎn)和量程標(biāo)定參數(shù)時(shí)，重復(fù)做零點(diǎn)和量程標(biāo)定試驗(yàn)，累積量的相對(duì)誤差都在±０．５％之內(nèi)，這充分說(shuō)明新系統(tǒng)運(yùn)行是穩(wěn)定的。在以后的實(shí)際生產(chǎn)中也證明了這一點(diǎn)，水泥配比長(zhǎng)期穩(wěn)定。
因此，本次改造徹底解決了原系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并取得了以下幾個(gè)方面的效果：
（１） 實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)，改善了控制質(zhì)量，并滿(mǎn)足與ＤＣＳ系統(tǒng)的通訊及其它設(shè)備的聯(lián)鎖。
（２） 增加手動(dòng)調(diào)速模式和機(jī)旁控制模式，便于設(shè)備維護(hù)。
（３） 解決了備件、皮帶打滑等問(wèn)題。
（４） 標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。控制精度＜±１％，計(jì)量精度＜±０．５％。
維護(hù)量明顯減少，故障率大大降低，控制質(zhì)量明顯提高，保證了水泥磨的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和水泥質(zhì)量，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

摘自：中國(guó)水泥網(wǎng)論壇