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原料配料站的計量、控制問題在許多生產(chǎn)線都出現(xiàn)過計量不準(zhǔn)，配料不穩(wěn)定情況。廣東某水泥集團(tuán)有限公司為確保配料計量準(zhǔn)確，進(jìn)行了利用ＤＣＳ（集散控制系統(tǒng)）實現(xiàn)電子皮帶秤控制器功能的技術(shù)改造并獲成功。改造后該集團(tuán)的各臺秤的計量精度和流量控制均滿足了生產(chǎn)控制要求。另外還詳細(xì)介紹了電子皮帶秤的零點標(biāo)定、實物標(biāo)定、流量控制等方法與措施。

電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量。但由于水泥廠物料特別是原料配料站物料的特殊性， 導(dǎo)致計量和控制效果不理想。對此，我們采取的改造措施是：利用ＤＣＳ（集散控制系統(tǒng)）實現(xiàn)電子皮帶稱控制器功能，從而達(dá)到其計量精度和控制要求。在改造中參考了重慶電子皮帶秤儀表的設(shè)計。

１ 電子皮帶秤的控制器功能

當(dāng)皮帶輸送物料時， 稱量段上的物料重量通過皮帶秤量拖輥載臺作用于稱重傳感器， 稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換成電信號（ｍＶ級）送入稱重控制器，經(jīng)過放大、濾波、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。裝在從動輪上的測速傳感器把皮帶運行的速度信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號，送入控制器，經(jīng)過一系列運算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?？刂破鞲鶕?jù)輸入的信號進(jìn)行運算， 從而得出物料的瞬時流量和累計質(zhì)量值， 并輸送到上層控制系統(tǒng) （如ＤＣＳ）中顯示。同時，控制器根據(jù)接收到的上層控制系統(tǒng)設(shè)定的流量信號， 控制電機的速度實現(xiàn)物料流量的穩(wěn)定控制。這是電子皮帶秤的一般工作原理，其中控制器是保證電子皮帶秤正常工作的核心部件，負(fù)責(zé)信號的處理、物料流量的計算、物料流量的控制等主要功能。從實際使用情況看，可以省去電子皮帶秤的現(xiàn)場控制器，完全通過ＤＣＳ實現(xiàn)電子皮帶秤控制器的所有功能，既節(jié)約了企業(yè)的投資，又達(dá)到了比較好的控制效果。

２ 物料的流量計算

要在ＤＣＳ里面實現(xiàn)電子皮帶秤現(xiàn)場控制器的功能，需要做好如下幾個方面的工作：現(xiàn)場信號的處理、物料瞬時流量的計算、物料累計總量的計算、物料流量的控制、電子皮帶秤的零點標(biāo)定。其中的重點是物料計算， 包括物料的瞬時流量計算和物料累計總量的計算。

根據(jù)電子皮帶秤的工作原理可知， 物料的瞬時流量計算公式：Ｆ＝ｋｖＱ， 其中，Ｆ為流量，ｋｇ／ｓ；ｋ為稱量系數(shù)；ｖ為皮帶速度，ｍ／ｓ；Ｑ為稱量段負(fù)荷，ｋｇ／ｍ。ｋ可通過實物標(biāo)定獲得，ｖ，Ｑ可通過處理現(xiàn)場傳送過來的信號得到。

在實施由ＤＣＳ實現(xiàn)電子皮帶秤控制器功能的改造中，我們沒有使用測速傳感器，而是直接使用變頻器的輸出信號。在現(xiàn)場分別測算出（也可以根據(jù)電子皮帶秤的技術(shù)參數(shù)理論計算出）１００，２００，３００，４００Ｈｚ對應(yīng)的線速度，通過折線函數(shù)將０～５００Ｈｚ信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的線速度ｖ。

稱量段負(fù)荷計算公式是：Ｑ＝２（Ｍｔ－Ｍ０）／Ｌ。Ｍｔ 是現(xiàn)場荷重傳感器傳送過來的實時荷重信號，Ｍ０ 是電子皮帶秤自身的皮帶重量 （通過電子皮帶秤的零點標(biāo)定獲得， 后面我們會提到），Ｌ是電子皮帶秤的有效稱量段的長度。實際使用中，現(xiàn)場傳送過來的荷重信號變化比較大，影響了ＰＩＤ的自動控制。因此，現(xiàn)場傳送過來荷重信號在通過濾波函數(shù)處理后才參與計算。

綜上所述，物料瞬時流量的計算公式：Ｆ＝７．２ｋｖ（Ｍｔ－Ｍ０）／Ｌ物料總的流量計算可通過對物料瞬時流量進(jìn)行積分運算得到。∑Ｍ＝∫Ｆｄｔ進(jìn)行積分運算時，要注意ＤＣＳ現(xiàn)場控制站主控制器的運算周期。物料瞬時流量使用的單位是（ｔ／ｈ）；如果主控制器的運算周期是１ｓ，那么積分運算的使用的參數(shù)是１／３６００； 如果主控制器的運算周期是０．５０ｓ，那么積分運算的使用的參數(shù)是１／７２００；以此類推。

３ 電子皮帶秤的零點標(biāo)定

電子皮帶秤的荷重傳感器所測量的物質(zhì)包括物料的重量和皮帶的重量兩部分， 電子皮帶秤的零點標(biāo)定其實就是確定皮帶自身的重量。在實際使用中，電子皮帶秤的皮帶的重量是不斷變化的， 我們使用的是求算的皮帶重量的平均數(shù)。如圖１，每一臺皮帶秤都有一個按鈕，當(dāng)按鈕按下時，表示電子皮帶秤正在標(biāo)定；當(dāng)按鈕彈起后，表示電子皮帶秤的皮重已經(jīng)確定。

零點標(biāo)定時， 要注意觀察電子皮帶秤的荷重信號的變化。一般情況下，我們要求皮重值穩(wěn)定在某一個較小的范圍內(nèi)。以２００ｋｇ的荷重傳感器為例，要求上下波動范圍為±２．５ｋｇ；如果超過這個范圍，就要求相關(guān)人員去現(xiàn)場檢查電子皮帶秤是否運行正常。

第一次零點標(biāo)定前， 應(yīng)給電子皮帶秤足夠的運行時間，讓設(shè)備機械部分的各個部件充分磨合。在電子皮帶秤運行穩(wěn)定后，再進(jìn)行零點標(biāo)定。在確定皮重后，從理論上而言電子皮帶秤繼續(xù)空載運行，物料累計總量是應(yīng)該等于零；如果是相差較大，可再適當(dāng)修改皮重值。確定皮重后，如果皮重值超過荷重傳感器量程的３０％，就應(yīng)該去現(xiàn)場檢查電子皮帶秤是否異常，如皮帶是否會摩擦到稱架，又或者是一些雜物卡住了皮帶；如果無異常，我們就要考慮荷重傳感器的選型是否合適， 可考慮選擇更大量程范圍的荷重傳感器。

電子皮帶秤的零點標(biāo)定畫面和程序

４ 電子皮帶秤的實物標(biāo)定

電子皮帶秤的零點標(biāo)定完成后， 我們會發(fā)現(xiàn)ＤＣＳ計算出來的物料瞬時流量值、物料的累計總量，與實際值相差較大。此時，我們可通過實物標(biāo)定修改電子皮帶秤的稱重系數(shù)，從而減少這種誤差。稱重系數(shù)的計算公式：ｋ＝（ｋ０×Ｍ）／Ｍ０。ｋ表示新的稱重系數(shù)、ｋ０表示舊的稱重系數(shù)，Ｍ０表示ＤＣＳ計算出來的物料累計總量值，Ｍ表示實際的物料重量。標(biāo)定時，電子皮帶秤通過的物料輸送到汽車， 汽車把物料運到地磅進(jìn)行稱量，可獲得實際的物料重量。電子皮帶秤第一次標(biāo)定稱量系數(shù)時， 可考慮首先使用砝碼標(biāo)定。砝碼標(biāo)定的稱量系數(shù)具有一定的參考作用， 但與實物標(biāo)定最后所得的稱量系數(shù)仍有較大的差距，而且每臺秤的差距都不一樣。因此，要使電子皮帶秤的使用達(dá)到較好的效果， 就一定要實物標(biāo)定。電子皮帶秤實物標(biāo)定時，因各種因素的影響，如汽車、輸送物料的通道、操作員的誤操作等，都使得標(biāo)定的系數(shù)出現(xiàn)反反復(fù)復(fù)的情況。即使第一次標(biāo)定，

ＤＣＳ稱量的數(shù)據(jù)與地磅數(shù)據(jù)相符， 也需要再標(biāo)定一次。電子皮帶秤的第一次實物標(biāo)定稱量系數(shù)，一般需要五六次才能完成。表１是我公司實物標(biāo)定的一組數(shù)據(jù)，僅供參考。電子皮帶秤的標(biāo)定工作并不是一勞永逸。在日陳晨科：利用ＤＣＳ實現(xiàn)電子皮帶秤控制器的使用實踐

常的生產(chǎn)中，我們會對秤體進(jìn)行改造，又或者更換新的皮帶，或者其它的一些情況，遇到這些情況就要重新標(biāo)定皮重和稱量系數(shù)。正常的情況下，電子皮帶秤使用一段時間后，需重新標(biāo)定皮重和稱量系數(shù)（要求最少一個月一次）。

表１ 一組塔牌公司實物標(biāo)定的數(shù)據(jù)

５ 電子皮帶秤的流量控制

在水泥廠，不同的物料按一定的比例混合后，進(jìn)行煅燒或粉磨。每一種物料不能多也不能少，否則生產(chǎn)出來的水泥質(zhì)量就會不合格。實際生產(chǎn)中，從料斗中下到皮帶秤的物料因各種因素的影響會產(chǎn)生較大波動。這時要求電子皮帶秤能快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)皮帶的速度，從而能保證通過的物料能滿足配料的要求。

生料配料系統(tǒng)電子皮帶秤的流量控制曲線

在我公司的實踐改造中， 電子皮帶秤的流量控制是通過ＤＣＳ的ＰＩＤ功能模塊來實現(xiàn)的。ＰＩＤ模塊能根據(jù)反饋的瞬時流量與設(shè)定流量比較， 增大或減少電子皮帶秤的速度實現(xiàn)流量的控制。從電子皮帶秤的使用情況看，我司的改造還是比較成功的。生料配料系統(tǒng)的配料稱， 除石灰石稱流量波動范圍在±５０ｔ／ｈ外，其它的配料稱流量波動范圍在±２０ｔ／ｈ；水泥配料系統(tǒng)的配料秤運行更穩(wěn)定，其流量波動范圍在±１０ｔ／ｈ。圖２是一組生料配料系統(tǒng)的電子皮帶秤的流量曲線。

要想通過ＤＣＳ的ＰＩＤ模塊實現(xiàn)流量的穩(wěn)定控制， 首先要整定好ＰＩＤ模塊的參數(shù)， 主要有三個：Ｐ（比例參數(shù)），Ｉ（積分參數(shù)），Ｄ（微分參數(shù)）。電子皮帶秤的瞬時流量能圍繞設(shè)定流量值在一個較小的范圍內(nèi)波動；同時如有意外的擾動，物料的瞬時流量能快速返回到設(shè)定流量值附近， 那么這臺電子皮帶秤的ＰＩＤ參數(shù)整定就是成功的。每一臺電子皮帶秤具體情況有所不同，整定出來的參數(shù)也不同。

ＰＩＤ參數(shù)的整定，先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，Ｐ值要增大；曲線漂浮繞大灣，Ｐ值要減??；曲線偏離回復(fù)慢，Ｉ值要減??；曲線波動周期長，Ｉ值要增大；曲線振蕩頻率快，Ｄ值要減??；動差大來波動慢，Ｄ值要增大。表２為我公司電子皮帶秤的ＰＩＤ模塊參數(shù)整定值的一組數(shù)據(jù)。

從料倉或者板式喂料機下落到電子皮帶秤上的物料穩(wěn)定、均勻，是實現(xiàn)電子皮帶秤穩(wěn)定物料控制的另一個重要因素。從表２組數(shù)據(jù)可以看到，水泥配料系統(tǒng)的電子皮帶秤其ＰＩＤ參數(shù)整定值都是一樣的。這是因為該系統(tǒng)的物料是顆粒狀的、細(xì)度比較均勻、沒有過多的水分、沒有大團(tuán)的結(jié)塊、也沒有其它的雜質(zhì)，物料的下料情況是非常穩(wěn)定，在皮帶上形成平整的料層。ＰＩＤ參數(shù)經(jīng)過很短時間的整定，就達(dá)到了比較理想的狀態(tài)； 電子皮帶秤的速度穩(wěn)定在一個比較小的范圍內(nèi)，只有在流量增大或減小時，速度才會發(fā)生一定的變化。

表２ 某公司電子皮帶秤ＰＩＤ參數(shù)整定值的一組數(shù)據(jù)

同理， 生料配料系統(tǒng)的電子皮帶秤因為來料不穩(wěn)定，料層變化很大，ＰＩＤ參數(shù)的整定需要較長的時間， 而且整定出來的電子皮帶秤流量控制效果也沒那么好。在南方地區(qū)，物料水分較大會結(jié)成一塊塊的大小不一的形狀。下料時， 就會形成一股一股的物料；皮帶上有時有物料，有時沒有，有時又很多，有時又很少，極大地影響了電子皮帶秤流量的穩(wěn)定控制。

因此，我們要想辦法保證皮帶上料層的穩(wěn)定。其一是在皮帶上在增加擋料板， 把高料層的尖峰部分削掉，填充到較薄的料層上；其二是適當(dāng)控制板式喂料機的速度，在下料斗內(nèi)形成較高的料層（一般的料層厚度要高于出料口），這樣物料卸出到皮帶上就會形成較為平整的物料。但是也要注意板式喂料機的速度，如果太快，物料就會堵在下料斗，甚至?xí)绯鱿铝隙贰Ｒ虼?，可以考慮在下料斗安裝一個料位檢測儀，板式喂料機根據(jù)料位調(diào)整自身的下料速度，保證形成一定料層的基礎(chǔ)上，最大限度地避免堵料。

實際使用中， 電子皮帶秤的流量控制會出現(xiàn)另一種特殊情況， 物料在皮帶上有時會形成很厚的料層，電子皮帶秤為滿足流量的要求，速度被調(diào)整的很慢，有時會超過變頻器要求的最低運行頻率。如果變頻器參數(shù)沒有設(shè)置好， 那么電子皮帶秤就會因為變頻器的故障而停機，影響正常的生產(chǎn)。這種情況下，設(shè)置適當(dāng)?shù)淖畹洼敵鲱l率，就可避免此類問題。

結(jié)語

我們利用ＤＣＳ實現(xiàn)電子皮帶秤控制器功能的改造實踐，成功實現(xiàn)了計量準(zhǔn)確，配料穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)線的產(chǎn)量、質(zhì)量控制要求，避免了在大多數(shù)水泥廠出現(xiàn)的配料不穩(wěn)定情況，同時節(jié)約了投資，提高了控制功能，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

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