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燒結(jié)配料系統(tǒng)采用配料秤和螺旋秤，數(shù)字顯示儀表以Modbus 方式與上位機(jī)實(shí)時(shí)通訊，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，根據(jù)下料情況改變皮帶稱控制器中PID的調(diào)節(jié)系數(shù)，從而改善配料系統(tǒng)的控制特性，抑制下料量的頻繁波動(dòng)。秤的校驗(yàn)采用鏈碼校驗(yàn)與實(shí)物校驗(yàn)相結(jié)合的方法。投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，配比控制可靠，滿足了生產(chǎn)要求。
1 前言
配料系統(tǒng)主要功能就是將鐵料、精礦、生石灰、白云石和一定數(shù)量的返礦按照一定的比例均衡地混配在一起，形成一種成分均一的物料。電子皮帶秤（主要包括計(jì)量皮帶秤、配料秤、螺旋秤）以其固有的特性被廣泛應(yīng)用于配料系統(tǒng)中，目前張鋼新區(qū)180m2燒結(jié)配料系統(tǒng)就應(yīng)用了配料秤和螺旋秤。隨著燒結(jié)工藝系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)配料系統(tǒng)精確性和快速性的要求也越來(lái)越高，完善燒結(jié)配料系統(tǒng)對(duì)提高燒結(jié)礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)至關(guān)重要。因此，必須采取措施提高燒結(jié)配料的自動(dòng)化控制精度。
2 電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)
2.1 配料秤的組成
1）速度傳感器。要完成稱重，必須測(cè)出皮帶的速度。速度傳感器安裝于下皮帶的上表面，利用自重壓力使磨擦輪與皮帶接觸，當(dāng)皮帶移動(dòng)時(shí)磨擦輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)速度傳感器發(fā)生同步脈沖信號(hào)。
2）調(diào)速裝置。用于在PID 信號(hào)控制下驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備電機(jī)。常用的有滑差電機(jī)控制器和變頻調(diào)速器。
3）秤架。對(duì)整機(jī)型配料秤而言，秤架實(shí)際上是一條小型皮帶機(jī)，擔(dān)負(fù)將物料從料倉(cāng)中拖出并輸送的目的。在物料通過(guò)稱量段時(shí)，由秤框及傳感器對(duì)物料重量進(jìn)行檢測(cè)，從而在連續(xù)輸送物料的同時(shí)完成稱量，當(dāng)改變調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)即可調(diào)節(jié)物料量的大小。
4）控制、顯示。完成這一功能的模塊為SA-500稱重控制器，接受信號(hào)放大器送來(lái)的稱重信號(hào)和速度信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理得到此時(shí)物料的累計(jì)重量和瞬時(shí)流量，并根據(jù)設(shè)定流量值與現(xiàn)流量值差距發(fā)出PID控制信號(hào)，控制給料設(shè)備達(dá)到要求流量。
5）重力傳感器。當(dāng)物料通過(guò)稱量段時(shí)，由秤框傳遞物料重量到重力傳感器，重力傳感器將重量轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的毫伏電壓信號(hào)送出。重力傳感器采用電阻應(yīng)變式，當(dāng)傳感器受力后，貼在傳感器壁上的電阻應(yīng)變片發(fā)生相應(yīng)變形，阻值亦隨之改變，電阻應(yīng)變片連接成橋式，當(dāng)橋臂阻值發(fā)生變化時(shí)，即可輸出相應(yīng)的電信號(hào)。
2.2 螺旋秤組成
某些粉狀物料（如水泥、石灰粉等）不宜用配料秤稱重，可采用螺旋秤。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，稱重精度比皮帶秤要低。
1）計(jì)算、顯示、控制及調(diào)整裝置。作用與配料秤相同，但調(diào)速對(duì)象是給料電機(jī)。
2）秤體。秤體由螺旋給料筒、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及支點(diǎn)組成。支點(diǎn)位置應(yīng)處于給料口中心位置，在無(wú)料時(shí)螺旋筒與驅(qū)動(dòng)電機(jī)在支點(diǎn)兩側(cè)重量基本相等，當(dāng)運(yùn)料時(shí)，物料由入口進(jìn)入向出口運(yùn)行，對(duì)傳感器的壓力逐步增大。整個(gè)秤體是懸臂秤的結(jié)構(gòu)。
3）軟連接。用于連接秤體與給料設(shè)備，既可防止物料外泄，又可使秤體與給料設(shè)備之間的連接不影響稱重。常用材料為化纖、橡皮等。
4）稱重傳感器。將感受到的重力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，與配料秤中傳感器作用相同。由于螺旋秤體較重，傳感器量程又不太大，故應(yīng)注意螺旋給料筒與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重量平衡，必要時(shí)加配重進(jìn)行調(diào)整。稱重與皮帶秤相同，但無(wú)測(cè)速信號(hào)。認(rèn)為速度是恒定的，由電源頻率決定。
3 皮帶秤的校秤
在生產(chǎn)前或生產(chǎn)一定時(shí)間后，需要對(duì)皮帶秤進(jìn)行校驗(yàn)，以保證其使用精度，滿足生產(chǎn)需要。秤的校驗(yàn)方法很多，張鋼采用的是鏈碼校驗(yàn)與實(shí)物校驗(yàn)相結(jié)合的方法。實(shí)物校驗(yàn)是用已知質(zhì)量的實(shí)物復(fù)現(xiàn)配料秤的實(shí)際工作過(guò)程，此方法標(biāo)定效果準(zhǔn)確、誤差小，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。鏈碼校驗(yàn)是模擬實(shí)物的一種形式，簡(jiǎn)單省力，但精度與實(shí)物校驗(yàn)相比偏低。
1）實(shí)物校驗(yàn)。用鏈碼標(biāo)定累計(jì)流量且在允許的誤差范圍內(nèi)，實(shí)際使用后認(rèn)為實(shí)物與鏈碼標(biāo)定還有一定差距時(shí)，可采用實(shí)物校驗(yàn)。張鋼采用的是拋盤，皮帶勻速運(yùn)行時(shí)，物料落在皮帶單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量是一定的，只要把單位長(zhǎng)度上的物料質(zhì)量測(cè)量出來(lái)，就可以得到任意物料的質(zhì)量。即只要用單位長(zhǎng)度上的物料質(zhì)量乘以皮帶運(yùn)行長(zhǎng)度即可得到物料的質(zhì)量。為了使拋盤數(shù)據(jù)更接近真實(shí)值，在一次拋盤時(shí)，一般連續(xù)拋6～10 盤。
2）鏈碼校驗(yàn)。校秤步驟：①校秤前準(zhǔn)備。檢查皮帶，保證無(wú)粘料；觀察重力傳感器與秤框接觸是否良好；檢查稱重托滾是否高于承重托滾2～3 mm；檢查要校驗(yàn)秤的皮帶是否有跑偏現(xiàn)象。②皮帶去皮值操作。③校皮帶料重操作。把一定重量的鏈碼放在配料皮帶上，一端固定好，開啟皮帶，保證鏈碼不跑偏。觀察顯示儀表上皮帶料重顯示是否為鏈碼重量，若不是，修改標(biāo)定系數(shù)使儀表重量顯示為鏈碼重量。④流量標(biāo)定。當(dāng)標(biāo)定結(jié)束后，看實(shí)際重量與顯示重量的差值是否在誤差范圍內(nèi)，若不在內(nèi)，需修改流量標(biāo)定系數(shù)，反復(fù)幾次，直到在誤差范圍之內(nèi)。
4 皮帶秤配料的PID 調(diào)節(jié)控制
PID 控制即為比例、積分、微分控制，又稱PID 調(diào)節(jié)，PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。其目的是減少和消除系統(tǒng)誤差，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整比例、積分、微分系數(shù)使輸出信號(hào)趨于設(shè)定值。
4.1 單PID 控制
1）調(diào)速裝置與偏差的關(guān)系。配料給定值與實(shí)時(shí)流量相等，達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；配料給定值大于實(shí)時(shí)流量，調(diào)速裝置調(diào)速增加，流量增加；配料給定值小于實(shí)時(shí)流量，調(diào)速裝置調(diào)速減小，流量減小。為了減少變頻器頻率變化，設(shè)定1 個(gè)死區(qū)，即-2‰＜T＜2‰，變頻器頻率不變化，電機(jī)調(diào)速不變，此時(shí)認(rèn)為到了最佳動(dòng)態(tài)給料平衡狀態(tài)
2）通訊。張鋼采用的通訊方式是現(xiàn)場(chǎng)總線Modbus 方式，主控中心通過(guò)PLC 與儀表實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的參數(shù)可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控，操作方便，控制可靠，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，形成了既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用總線方式傳輸，距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。
3）當(dāng)物料經(jīng)過(guò)稱重傳感器時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)數(shù)字顯示儀表處理后與配料給定值進(jìn)行比較，經(jīng)調(diào)解計(jì)算改變變頻器的輸出值，控制圓盤給料機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制圓盤下料量。配料秤控制基本數(shù)學(xué)模型十分復(fù)雜，常用的有經(jīng)典式的增量式控制模型，張鋼采用的是智能算法。故而不會(huì)產(chǎn)生振蕩過(guò)沖，并且調(diào)節(jié)速度很快。
4）自動(dòng)控制處理。在上位機(jī)上觀察配料秤流量的歷史曲線，分析流量在該時(shí)間段的波動(dòng)情況，如果曲線變化較小，說(shuō)明配料較好；反之，說(shuō)明配料波動(dòng)大。逐步減小PID 調(diào)節(jié)系數(shù)值，觀察其歷史曲線，直至曲線變化較小為止。如果改小調(diào)節(jié)系數(shù)不起作用，如在冬季，應(yīng)采用在料倉(cāng)旁生火的措施。如果出現(xiàn)配料不夠，應(yīng)檢查料口或料門開度是否太小，料倉(cāng)本身下料是否及時(shí)。
5）PID 控制調(diào)節(jié)與配料的關(guān)系。為了使皮帶開啟或運(yùn)行中不出現(xiàn)大的波動(dòng)，采取了如下措施：皮帶開啟過(guò)程，當(dāng)手動(dòng)切換到自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在手動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，PID 電流恒定輸出，給料穩(wěn)定。手動(dòng)時(shí)間過(guò)后，儀表進(jìn)入自動(dòng)控制給料，使幾種物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定范圍內(nèi)。根據(jù)設(shè)定值的大小，計(jì)算手動(dòng)PID 輸出電流的大小，根據(jù)不同的料種來(lái)確定手動(dòng)持續(xù)時(shí)間大小，原則不超過(guò)10 s。
4.2 雙PID 控制
單PID 控制配料皮帶秤是配料皮帶秤的主要形式。雙PID 控制配料秤在改善系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高系統(tǒng)精度方面較單皮帶秤效果好。對(duì)于系統(tǒng)要求不是太高，一般使用單路PID 調(diào)節(jié)；對(duì)系統(tǒng)要求高的可使用雙路PID 調(diào)節(jié)，一路PID 控制料層的厚度（調(diào)給料機(jī)的速度），另一路PID 控制皮帶速度，控制流量微小變化，而料層厚度值是通過(guò)主控中心配料值計(jì)算出來(lái)的（即稱為定值2），把配料設(shè)定值稱為定值1。在使用中，對(duì)不同的皮帶走料設(shè)定不同的皮帶運(yùn)行控制頻率，以滿足配料要求。
5 應(yīng)用效果
配料系統(tǒng)自2009 年12 月投入運(yùn)行以來(lái)，工作狀況良好，秤架和現(xiàn)場(chǎng)稱重傳感器性能穩(wěn)定，經(jīng)標(biāo)定（鏈碼標(biāo)定或?qū)嵨飿?biāo)定）測(cè)試，該燒結(jié)配料自動(dòng)控制系統(tǒng)控制計(jì)量準(zhǔn)確，各圓盤料量調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，控制精度達(dá)到了預(yù)期的要求。該配料系統(tǒng)的投運(yùn)，減輕了崗位的勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了作業(yè)程序，提高了生產(chǎn)效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
 

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