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1 前言
電石是化工行業(yè)的一種重要產(chǎn)品。過去的電石生產(chǎn)存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、配比精度低、人工現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境等弊病。配料質(zhì)量如果達(dá)不到要求, 輕則導(dǎo)致原料、能源的浪費(fèi), 重則影響產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量,所以應(yīng)對(duì)配料質(zhì)量控制給予足夠的重視。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在化工行業(yè)自動(dòng)化中的廣泛應(yīng)用, 電石的生產(chǎn)采用了自動(dòng)控制配料系統(tǒng)后, 解決了過去電石生產(chǎn)存在的一些問題, 并取得明顯的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
2 電石配料的工藝要求和自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2．1 工藝要求
電石的工藝要求規(guī)定, 首先將電石燒制原料石灰石、顆粒煤、焦炭 3 種料, 分別裝入對(duì)應(yīng)的料倉(cāng)儲(chǔ)存, 通過電磁振動(dòng)給料機(jī), 按其一定的比例( 100B30B40) 混合后, 打入圓形布料器, 再分配到 16 個(gè)加料倉(cāng), 其中 13個(gè)倉(cāng)的料按其投放在電石爐中的位置不同, 而有不同的優(yōu)先權(quán), 另外 3個(gè)倉(cāng)是用來調(diào)整爐況的。電石就是由混合后的原料在電石爐中加熱至一定的溫度燒制而成。配比混合質(zhì)量關(guān)系到電石的一些重要質(zhì)量指標(biāo)是否合格, 因此配比的精度必須達(dá)到比例要求。配料生產(chǎn)工藝過程的特點(diǎn)是連續(xù)、快速、不間斷生產(chǎn)。自動(dòng)化系統(tǒng)要完成倉(cāng)位檢測(cè)、控制電機(jī)啟停( 電磁振動(dòng)給料機(jī)、皮帶機(jī)) 、振倉(cāng)下料、故障報(bào)停、緊急報(bào)警等控制動(dòng)作。
2．2 自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
微機(jī)控制系統(tǒng)主要由研華工控機(jī)和 PLC 組成。二臺(tái)電磁振動(dòng)給料機(jī)( 分別為進(jìn)料和下料) 的啟停信號(hào)、電子稱重儀表的輸出信號(hào)、皮帶輸送機(jī)的啟停信號(hào)全部送入 PLC。圓形布料器下分配有 16 個(gè)倉(cāng), 每個(gè)倉(cāng)的料位檢測(cè)報(bào)警信號(hào)也連到 PLC, 對(duì)倉(cāng)位的上、下限進(jìn)行監(jiān)控。PLC 和工控機(jī)都放在控制室里, 它們之間通過 RS- 232 串行通訊電纜連接, 利用組態(tài)軟件對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、顯示, 具有累積功能, 可累積各倉(cāng)的下料量及總下料量、班累積及總累積, 具有實(shí)時(shí)趨勢(shì)及歷史趨勢(shì)圖, 并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行報(bào)表打印,實(shí)現(xiàn)控制室對(duì)配料系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控。
3 自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)的工作原理
生產(chǎn)過程中原料配比的主要環(huán)節(jié)在稱重部分,過去上、下料全靠人工憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)操作, 稱重用機(jī)械式來完成, 系統(tǒng)極易出故障, 而且配料精度低。用計(jì)算機(jī)和稱重儀表相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了配料自動(dòng)化, 提高配料精度。
3．1 稱重的工作原理
此次配料系統(tǒng)中稱重部分由稱重傳感器( WZ)及電子稱重儀表( WIC) 組成,稱重傳感器由金屬?gòu)椥栽倔w和與其相連的電阻應(yīng)變片( DMS) 構(gòu)成, 4 個(gè)電阻應(yīng)變片組成一個(gè)惠斯通電橋。當(dāng)被測(cè)物的重力 G 使彈性元件產(chǎn)生形變 λ, 由胡克定律, 彈性形變與外力成正比 λ∝G
根據(jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)理論: 電阻應(yīng)變片的相對(duì)變化(△R / R ) 與形變 K成正比, 即△R/ R = Kλ, 其中 K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)因此△R/ R ∝G
惠斯通電橋的不平衡電壓 Um= (△R/ R ) Un( Un 為輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓) 所以 Um ∝G 只要測(cè)量到Um, 且經(jīng)過放大、變送, 并經(jīng)稱重儀表處理后, 便可得到被測(cè)物的重量 G。這個(gè)信號(hào)一方面可以在現(xiàn)場(chǎng)的表頭上顯示, 以方便技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校, 同時(shí)通過儀表內(nèi)的 RS- 232C 串口送到 PLC。
3．2 稱重配料系統(tǒng)的工作原理
利用稱重儀表組成的配料系統(tǒng)工作原理是: 首先根據(jù)配制比例設(shè)定該物料的加量值, 由 PLC 順序執(zhí)行各種物料的加料。PLC發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)電磁振動(dòng)機(jī)進(jìn)行上料, 根據(jù)稱重儀表檢測(cè)物料的加入量, 當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí), 通知 PLC 關(guān)閉上料機(jī), 延遲一段時(shí)間后, 啟動(dòng)下料機(jī)和皮帶機(jī),將料通過皮帶機(jī)送入圓形布料器, 完成此物料的加量后進(jìn)入下一個(gè)物料的加料過程。當(dāng) 3 種料加完后, 完成一次配料過程。
4 配料過程中幾個(gè)實(shí)際問題的解決方法
( 1) 在實(shí)際操作中, 當(dāng)稱重儀表的零點(diǎn)發(fā)生飄移時(shí), 量程也隨即發(fā)生變化, 那么配比能夠準(zhǔn)確嗎? 現(xiàn)討論如下:
由于稱重傳感器為線性傳感器, 假設(shè)稱重儀表輸入、輸出關(guān)系 U= KS, K 為比例系數(shù), G1、G2兩種物料之間配制比例為 F, 那么 F= G2/ G1
F = ( U2- U1) / ( U1- U0) = ( KS2- KS1) / ( KS1- KS0)= ( S2- S1) / ( S1- S0) = G2/ G1 ( 4--1)
當(dāng)儀表的零點(diǎn)和量程同時(shí)變化后, 輸入、輸出的關(guān)系為
由此看來, 雖然零點(diǎn)和量程同時(shí)發(fā)生變化, 稱重配料系統(tǒng)仍可實(shí)現(xiàn)物料之間準(zhǔn)確的配比。
( 2) 在實(shí)際運(yùn)行過程中, 稱重傳感器安裝在秤體上后固定在平臺(tái)上, 進(jìn)料和下料時(shí), 由于振動(dòng)電機(jī)對(duì)平臺(tái)有沖擊振動(dòng), 導(dǎo)致秤體會(huì)隨平臺(tái)振蕩不停, 嚴(yán)重影響稱量精度。我們采取以下兩種措施, 一, 加固平臺(tái), 使平臺(tái)更加穩(wěn)固可靠; 二, 電振進(jìn)料秤體有一個(gè)平衡趨穩(wěn)的過程, 延遲一段時(shí)間后, PLC 采集的稱重信號(hào)能夠正確反映加料值, 故選用合理的延遲時(shí)間,提高了配料的精度, 從而保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
5 結(jié)論
( 1) 稱重傳感器無機(jī)械行程, 全封閉式的結(jié)構(gòu),不與工藝介質(zhì)接觸, 不受惡劣環(huán)境影響, 精度能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定, 安裝調(diào)校方便。
( 2) 稱重儀表性能穩(wěn)定, 稱量準(zhǔn)確, 重新標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)砝碼即可, 方便易行。
( 3) 經(jīng)過實(shí)踐證明, 稱重儀表做為檢測(cè)和控制手段在配料過程中的應(yīng)用, 在電石生產(chǎn)中很好解決其手動(dòng)人工配料過程中存在的精度較低、長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好、惡劣環(huán)境的影響、生產(chǎn)效率低等弊病, 同時(shí)又具有安裝、調(diào)試方便, 系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

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