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本文介紹自動(dòng)配料系統(tǒng)炭素陽(yáng)極自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制與應(yīng)用等知識(shí)。
炭素陽(yáng)極是鋁電解工藝中至關(guān)重要的原料。在炭素陽(yáng)極的生產(chǎn)過(guò)程中，各種物料重量的配比準(zhǔn)確與否，直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。國(guó)內(nèi)目前的炭素陽(yáng)極配料過(guò)程，一般是采用配料車(chē)，用人工控制配料下料量的方法。這種方法很難確保配料比例的準(zhǔn)確，經(jīng)常出現(xiàn)在混捏過(guò)程中發(fā)現(xiàn)配料有誤差，需要進(jìn)行補(bǔ)油操作。這樣的后果是影響了電解效率，甚至有陽(yáng)極斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，由于炭素粉末很細(xì)，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)配料工人的身體健康構(gòu)成很大威脅，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了配料過(guò)程的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)和配料智能補(bǔ)償算法，運(yùn)用變頻調(diào)速方式控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了炭素陽(yáng)極配料的精確計(jì)量和自動(dòng)配料控制，不僅減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了炭素陽(yáng)極的產(chǎn)品質(zhì)量。

自動(dòng)配料系統(tǒng)簡(jiǎn)介
炭素陽(yáng)極產(chǎn)品的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)原料的配料與預(yù)碎、原料的煅燒、破碎和篩分、配料方的編制與配料操作、混捏、壓型、焙燒的過(guò)程才能最終形成。本系統(tǒng)是其中配料、混捏的過(guò)程。
固體炭素材料經(jīng)破碎、篩分后，得到大小不同的各種力度的物料，存放在不同的儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)。配料就是把各種不同力度、不同性質(zhì)的材料按一定的比例進(jìn)行混合的過(guò)程。而這一比例的確定，就是所謂配料的編制。把配料操作出來(lái)的干料和粘結(jié)劑在一定的溫度下混合，捏合成可塑性的糊狀，即為混捏。均勻的混捏，可以使制品的結(jié)構(gòu)趨于完善，性能趨于穩(wěn)定?；炷蟮倪^(guò)程在混捏鍋中完成，混捏鍋主要是由雙層鍋體和一對(duì)麻花型絞刀以及減速傳動(dòng)裝置組成，它是間斷性生產(chǎn)的設(shè)備，即加料 -混捏 -卸料周期地循環(huán)操作?；炷蟮倪^(guò)程分為干混和濕混兩個(gè)階段，即先將固體炭素原料顆粒加熱到100℃以上，然后再加入液體瀝青進(jìn)行濕捏。混捏的工藝操作主要是控制糊料的溫度和混捏時(shí)間。
我公司炭素廠原由1、2 # 
自動(dòng)配料系統(tǒng)均采用電動(dòng)小車(chē)實(shí)現(xiàn)配料的方法進(jìn)行配料。磅稱(chēng)裝在配料車(chē)上，在配料車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，始終需要操作工在配料車(chē)上進(jìn)行操作，在惡劣的環(huán)境下控制配料車(chē)的行進(jìn)、停止，并根據(jù)稱(chēng)量的指示控制下料量，人為誤差極大。而混捏過(guò)程由電器連鎖系統(tǒng)完成，繁瑣的中間繼電器故障率高，不易維護(hù)。因此，針對(duì)所存在的問(wèn)題，新增3系統(tǒng)配料的設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)控制。如圖1所示:
新增3系統(tǒng)配料由自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程。原料存放在7個(gè)儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)，使用電振給料器控制下料量，料分別下到三個(gè)配料倉(cāng)中。PLC通過(guò)模擬量輸入模板，實(shí)時(shí)采樣監(jiān)測(cè)控制配料倉(cāng)下料。在配料倉(cāng)下方，采用變頻控制的運(yùn)輸車(chē)，負(fù)責(zé)將三個(gè)配料倉(cāng)內(nèi)配置好的原料自動(dòng)運(yùn)送到空鍋等待的混捏鍋內(nèi)。原料在混捏鍋中混捏，由PLC控制時(shí)間并自動(dòng)下油?；炷蠼Y(jié)束后，拉糊車(chē)自動(dòng)將糊料運(yùn)送到天車(chē)起吊位置，等待天車(chē)。

自動(dòng)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

炭素陽(yáng)極配料自動(dòng)控制系統(tǒng)選擇了日本三菱MITSUBISHI的A2AS系列PLC作為系統(tǒng)的下位機(jī)，上位機(jī)選擇惠普工控機(jī)，配以美國(guó)Intellution 
FIX軟件，該軟件作為一種開(kāi)放型軟件，具有與多種PLC系統(tǒng)能夠的接口，炭素陽(yáng)極配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的總貌圖如圖2所示:
PLC自動(dòng)配料控制系統(tǒng)

配料控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括:配料和運(yùn)輸部分、瀝青下油部分、混捏部分自動(dòng)控制。每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分為三種:就地、手動(dòng)操作、自動(dòng)控制。
就地控制:由操作工在現(xiàn)場(chǎng)扳動(dòng)切換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入就地操作，PLC不輸出到該設(shè)備。
手動(dòng)控制:在上位機(jī)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接輸出。
自動(dòng)控制:PLC根據(jù)連鎖條件自動(dòng)輸出到設(shè)備。

自動(dòng)配料系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)
自動(dòng)配料算法由VB語(yǔ)言設(shè)計(jì)，通過(guò)DDE數(shù)據(jù)傳送到FIX軟件。生產(chǎn)操作人員在計(jì)算機(jī)上輸入生產(chǎn)產(chǎn)品類(lèi)型、各種配料的技術(shù)參數(shù)和所陪物料的總重量，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)計(jì)算出各種物料的配比重量，并自動(dòng)下載到PLC作為稱(chēng)重控制依據(jù)。操作人員也可以在計(jì)算機(jī)上手工輸入和/或調(diào)整各種物料的配比。配料與總重量的修改，僅當(dāng)本次配料過(guò)程結(jié)束后方可有效，配料過(guò)程中進(jìn)行的修改不能影響本次配料配比。
配料的原始依據(jù)來(lái)自篩分的純度結(jié)果。將純度值按照要求填入下表，其理論配料方案分別為:
根據(jù)理論配料和處理分析結(jié)果進(jìn)行第一次估算(百分比):
+4 +2 +1 -0.5 0.075
P1 P2 P3 P4 P5 
純度物料 +4 +2 +1 +0.5 +0.15 0.025 -0.015
4-2mm A1 A2 A3 A4
2-1mm B1 B2 B3
1-0mm C1 C2 C3 C4 C5
球磨粉　　 D1 D2 D3 D4
E1 E2 E3
配料及計(jì)算參數(shù)表
根據(jù)理論配料和處理分析結(jié)果進(jìn)行第一次估算(百分比):
4-2料子粒重(G1): G1= P2/A2
2-1粒子料重(G2): G2= P3-G1×A3
球磨粉料重(G4):G4= P5-G5×E3
收塵粉料重(G5): G5=(%1至10%)逐調(diào)
1—0粒子料重: G3=1—G1—G2—G4—G5
根據(jù)估算結(jié)果，帶入負(fù)算公式進(jìn)行自動(dòng)復(fù)算，得出最終重量配比值，作為控制依據(jù)。最后進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果由下式確定:
G1×A1＜P1 G1×A2+G2×B1≈P2±1
G1×A3+G2×B2+G3×C1≈P3±1
(D3+D4)×G4+(C4+C5)×G3+(E2+E3)×G5≈P4±2
C5×G4+D4×G4+E3×G5≈P5±1
驗(yàn)算結(jié)果合格，則配料計(jì)算結(jié)果可由配料自動(dòng)控制程序使用。

自動(dòng)配料系統(tǒng)的啟動(dòng) 
和停止由操作工在上位機(jī)上進(jìn)行操作。PLC根據(jù)上位機(jī)所輸出的配比值，自動(dòng)控制7個(gè)電振給料器的下料量。對(duì)于3個(gè)配料斗而言，各種物料的下料順序應(yīng)遵循按照所占比例由大到小的過(guò)程依次下料。自動(dòng)配料過(guò)程的過(guò)沖量根據(jù)給定值與實(shí)際值的差值自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，最大限度保證配料的精確性。振動(dòng)給料稱(chēng)量系統(tǒng)采用二步振料，既快速振料90%后，慢速振料10%。采用微機(jī)控制 
整個(gè)振料配料過(guò)程，根據(jù)上一次振料的終值與設(shè)定值的之差，進(jìn)行本次振料值補(bǔ)償。
根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)某物料重復(fù)撐量的特點(diǎn)，能利用過(guò)去的稱(chēng)量誤差數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)空間物料量的估計(jì)進(jìn)行補(bǔ)償，保持誤差在最小的范圍內(nèi)波動(dòng)?？刂扑惴ㄈ缦?
振動(dòng)速度由下式?jīng)Q定:
S1.........SJI>(90%×Wg)
S= S2.........SJI>(90%×Wg)
0 .........SJI=Wg+ε
SJI為第I次采集的數(shù)據(jù)，S1為慢振速度，S2為快振速度，令:
C1=90%×Wg 
C2=(1-90%)×Wg
則可得各速度對(duì)應(yīng)下料量:
C1.........ed ＞λ
Y={ C2.........ed ＞λ
0 .........ed ＞ε
當(dāng)稱(chēng)量誤差超出不靈敏帶且e△有發(fā)散趨勢(shì)時(shí)，采用累計(jì)補(bǔ)償。開(kāi)始進(jìn)入累加補(bǔ)償?shù)姆Q(chēng)量次數(shù)為X，累積補(bǔ)償持續(xù)到稱(chēng)量誤差區(qū)域收斂為止。當(dāng)稱(chēng)量誤差向e△內(nèi)收斂時(shí)，采用恒值補(bǔ)償，一旦進(jìn)入不靈敏帶之中，則將補(bǔ)償值清零，不對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
[3.5 拉糊小車(chē)控制
當(dāng)處于自動(dòng)控制的混捏鍋混捏過(guò)程完成后，操作人員根據(jù)小車(chē)上料斗情況，按動(dòng)確認(rèn)按鈕，拉糊小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行到相應(yīng)的混捏鍋下面，等待接料?；炷箦侀T(mén)關(guān)閉以后，小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行到天車(chē)起吊位置，等待天車(chē)。上述部分全部由PLC自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。
3.6 專(zhuān)家診斷系統(tǒng)
在本系統(tǒng)中，專(zhuān)家診斷系統(tǒng)在自動(dòng)控制過(guò)程中通過(guò)連鎖提示畫(huà)面實(shí)現(xiàn)連鎖過(guò)程提示、連鎖故障診斷以及操作失誤判斷等。該系統(tǒng)由PLC進(jìn)行判斷，在連鎖示意的畫(huà)面上進(jìn)行顯示，并在報(bào)警屏上予以提示。一旦產(chǎn)生連鎖故障，將有相應(yīng)報(bào)警聲響，報(bào)警屏有紅色故障提示，操作工可由連鎖示意圖查找故障原因。
3.7 變頻技術(shù)應(yīng)用
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電氣傳動(dòng)的運(yùn)行精度要求日益提高，同時(shí)也對(duì)節(jié)能提出了要求，而變頻調(diào)速技術(shù)正好能夠滿足此種要求。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)7個(gè)電振給料機(jī)、配料車(chē)、拉糊小車(chē)均采用了變頻調(diào)速。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中，我們選用龍芯616G5A系列電流型變頻器。該系列變頻器除了能滿足調(diào)速的要求外，還具有過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、過(guò)載、接地等完善的保護(hù)功能。
3.8 工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)
在本系統(tǒng)中，采用了四套工業(yè)電視顯示，分別從儲(chǔ)料倉(cāng)下料過(guò)程、配料車(chē)配料過(guò)程、瀝青下油過(guò)程和拉糊小車(chē)?yán)线^(guò)程四個(gè)方面進(jìn)行了監(jiān)視。操作工在主控室中可以從各個(gè)方位監(jiān)視本系統(tǒng)工藝的全過(guò)程，在不去現(xiàn)場(chǎng)的情況下也能完全了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況，避免了控制系統(tǒng)不能控制的一切異常故障的出現(xiàn)。
自動(dòng)配料系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展效益前景
該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明系統(tǒng)硬件合理，軟件設(shè)計(jì)完善，功能齊全，保證了生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低了能耗，改善了勞動(dòng)條件。該系統(tǒng)的應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控的空白，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)碳素陽(yáng)極自動(dòng)配料系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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