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生產線為我國第１條４０００ ｔ?Nｄ的國產示范化水泥生產線，其水泥配料秤控制原理見圖１，采用的是經過改造的原民主德國的二手設備。
該設備陳舊，控制落后。系統采用單回路控制，無流量調節器，系統的流量給定值和反饋值都給到直流調速單元上。另外，測速發電機直接作為荷重傳感器的供電電源，荷重傳感器的輸出信號即為實際流量信號。這樣的控制特點，導致了本系統控制精度低，抗干擾能力差；直流調速單元器件老化，故障頻頻，但無備件和可替代的備件；現場粉塵對直流電機換向器影響較大；由于測速發電機和直流電機同軸，皮帶打滑時，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速發電機提供，故皮帶上無料時必造成電機飛車，因此，零點的標定不僅繁瑣，而且很難保證精度。上述問題的存在，直接影響了＃２線水泥磨的正常生產。為此，我公司于２０００年底到２００１年初對這３臺水泥配料秤進行了改造。
２ 改造方案的確定及控制原理
（１） 改造方案。由于本系統最終要控制的工藝參數為物料流量，而流量的控制是通過調整皮帶速度來實現的，因此我們采用串級控制系統來實現對物料流量的控制，以提高系統的控制質量。其中，選擇流量為主控量，皮帶速度為副控量。目前變頻技術已非常成熟，為了適應現場粉塵大的環境特點，選擇變頻調速系統來控制皮帶速度，為了克服原系統中存在的其他缺點，我們將測速裝置安裝于皮帶上，而荷重傳感器采用穩恒直流電源供電，其輸出信號為物料重量信號，見圖２。
圖２中，流量調節器采用日本大和的新一代高精度演算調節器ＣＦＣ－１００，變頻器選用日本富士的Ｇ１１Ｓ系列，測速傳感器采用ＴＨ－２６。其中，ＣＦＣ－１００采用了８位ＣＰＵ芯片，ＰＩ調節功能完全由軟件實現，并強化了自我診斷機能，對秤的運行狀態進行監視，具有故障診斷、故障報警、故障保持功能。軟件編程通過參數設定的方法實現，使用方便，通用性強，對不同能力的秤都能用數字設定的方法調節零點和量程，自動計算調整值，一次調整就能記憶，無須人工干預。另外，ＣＦＣ－１００的抗干擾能力極強，可適應惡劣的環境，與強干擾源變頻器同裝于一個柜子中，仍能可靠工作，保證計量控制精度。
ＴＨ－２６采用的是磁電式脈沖發生器，其外形象一個小車（見圖３），重約２０ｋｇ；以Ｏ點為固定點，水平安裝于皮帶機的回程皮帶上，并能夠以Ｏ點為軸在豎直面內靈活轉動。這樣，當皮帶轉動時，就可帶動ＴＨ－２６的測速車車輪無滑動地轉動，從而測得皮帶速度。當皮帶與主動輪打滑時，仍能測得皮帶真實速度。
（２） 控制原理。當物料通過計量皮帶的有效稱量段時，物料的重量通過稱量框架作用在荷重傳感器上，荷重傳感器產生與物料重量成正比的電壓信號，同時將皮帶速度轉換為脈沖信號，由ＣＦＣ－１００對荷重傳感器采集到的物料重量信號與ＴＨ－２６采集到的皮帶速度信號進行綜合，得出實際流量，再與流量給定值進行比較，輸出操作值給變頻器，變頻器以此作為皮帶速度設定值來控制電機速度，從而達到了控制流量的目的。顯然，重量信號的波動以及皮帶打滑就成了主控回路的干擾信號，流量調節器會針對這些干擾，進行ＰＩ調節，以克服干擾的影響。完成定量給料。
３ 調試與標定
根據工藝要求設定好ＣＦＣ－１００與變頻器Ｇ１１Ｓ的所有參數，并用信號發生器對ＣＦＣ－１００的所有模擬通道進行零點和量程的標定，以保證與上位ＤＣＳ系統的可靠通訊，然后對皮帶秤進行砝碼標定。下面以熟料秤為例介紹砝碼標定的過程和某些技術細節。
３．１ 現場調整
（１）?? 調整稱量框架的水平度?熓鉤屏慷紊系模掣鐾泄踉諭?一水平面上，其水平度誤差≤±１ｍｍ時，就可保證０．５％的計量精度。
?? （２）?? 調整稱量框架的配重，使荷重傳感器輸出略大于０ｍＶ。啟秤，緩緩轉動皮帶，在皮帶轉過１周的過程中，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實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。
（３） 測量皮帶周長。熟料秤皮帶周長為８．５３ｍ。
３．２ 置脈沖
將ＣＦＣ－１００打至手動操作位置，給一操作值。在Ｐ運行狀態下啟秤。將皮帶轉過５圈時ＴＨ－２６產生的脈沖數置入ＣＦＣ－１００的機能數據０６號地址中。該脈沖數代表了皮帶長度。在零點和量程標定過程中，當啟動標定程序后，系統將自動累積脈沖；當皮帶轉過５圈時，系統將自動停止標定程序，使標定簡單準確。
３．３ 標零點
將ＣＦＣ－１００打至“標０點”運轉狀態。啟動零點標定程序，系統開始累積流量；當皮帶轉過５圈時，系統自動停止累積。將累積量的折算值置入ＣＦＣ－１００的００號地址中，即可去皮重。重復啟動零點標定程序，記錄累積值，不修改００號地址中的內容。
３．４ 標量程
計算基準值。基準值 ＝ 砝碼折算值（ｋｇ?Nｍ）×皮帶周長（ｍ）×皮帶圈數（Ｎ）。熟料秤稱量框架長０．５ｍ，正常運轉時料重約為２４０ ｋｇ?Nｍ。本次標定掛１２０ｋｇ砝碼，因此，熟料秤基準值＝ ２４０×８．５３×５ ＝１０２３６ ?煟耄紓? 。
將此基準值置入ＣＦＣ－１００的０４號地址中。然后將ＣＦＣ－１００打“標量程”運行狀態。現場加砝碼１２０ ｋｇ，啟動量程標定程序，系統開始累積流量；當皮帶轉過５圈時，系統自動停止累積。將累積值與基準值進行比較，自動計算出累積量的折算值，將該折算值置入ＣＦＣ－１００的０２號地址中，量程標定完畢。重復啟動量程標定程序，記錄累積值，不修改０２號地址中的內容。
砝碼標定完畢后，將系統打至自動，進行ＰＩＤ整定。將ＣＦＣ－１００打至遙控運轉狀態，中控室給一流量設定值，啟秤，由于稱量框架上有砝碼，故系統有流量反饋值。當反饋值等于給定值時，突然去掉一個砝碼——給系統一個階躍擾動，觀察系統的調節動作，調整ＰＩ參數，直至滿足工藝要求為止。熟料秤ＰＩ參數最后整定值為：Ｐ＝１２０，Ｉ＝５。在這樣的ＰＩ參數調節下，階躍擾動約２ ｓ即可消除，滿足工藝要求。
４ 改造效果
原系統中，由于荷重傳感器的橋壓是由測速發電機提供的，其輸出信號即為實際流量信號。當荷重傳感器上無壓力時，實際信號為零，調速單元不斷調節，造成飛車。因此，零點標定也必須加上砝碼，通過間接的方法進行標定，該方法繁瑣，需反復調整。并且由于加上砝碼標零點，就不能保證皮帶空載時，荷重傳感器上有預壓力。也就是說，皮帶上一定存在某些位置使皮帶懸空，當皮帶上的重物達到一定程度時，才對荷重傳感器產生壓力。因此，這樣標出的零點不準確。而新系統從零點的標定過程中就可看出，完全克服了這一點，使零點的標定簡單、準確。
另外，由于原系統中的直流調速單元由分立元件搭成，參數調整極不方便，元器件老化、器件參數漂移等問題的存在，直接影響了皮帶秤穩定地運轉。并且皮帶打滑不能及時被發現常造成水泥配料不合格。而新系統完全克服了以上缺點。表１是零點、量程標定后，做重復性試驗時記錄下來的數據由表１可知，在不改變零點和量程標定參數時，重復做零點和量程標定試驗，累積量的相對誤差都在±０．５％之內，這充分說明新系統運行是穩定的。在以后的實際生產中也證明了這一點，水泥配比長期穩定。
因此，本次改造徹底解決了原系統中存在的問題，并取得了以下幾個方面的效果：
（１） 實現串級調節，使系統抗干擾能力增強，改善了控制質量，并滿足與ＤＣＳ系統的通訊及其它設備的聯鎖。
（２） 增加手動調速模式和機旁控制模式，便于設備維護。
（３） 解決了備件、皮帶打滑等問題。
（４） 標定過程簡單、準確。控制精度＜±１％，計量精度＜±０．５％。
維護量明顯減少，故障率大大降低，控制質量明顯提高，保證了水泥磨的正常運轉和水泥質量，創造了良好的經濟效益。
冀東水泥股份有限公司＃２生產線為我國第１條４０００ ｔ?Nｄ的國產示范化水泥生產線，其水泥配料秤控制原理見圖１，采用的是經過改造的原民主德國的二手設備。
該設備陳舊，控制落后。系統采用單回路控制，無流量調節器，系統的流量給定值和反饋值都給到直流調速單元上。另外，測速發電機直接作為荷重傳感器的供電電源，荷重傳感器的輸出信號即為實際流量信號。這樣的控制特點，導致了本系統控制精度低，抗干擾能力差；直流調速單元器件老化，故障頻頻，但無備件和可替代的備件；現場粉塵對直流電機換向器影響較大；由于測速發電機和直流電機同軸，皮帶打滑時，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速發電機提供，故皮帶上無料時必造成電機飛車，因此，零點的標定不僅繁瑣，而且很難保證精度。上述問題的存在，直接影響了＃２線水泥磨的正常生產。為此，我公司于２０００年底到２００１年初對這３臺水泥配料秤進行了改造。
２ 改造方案的確定及控制原理
（１） 改造方案。由于本系統最終要控制的工藝參數為物料流量，而流量的控制是通過調整皮帶速度來實現的，因此我們采用串級控制系統來實現對物料流量的控制，以提高系統的控制質量。其中，選擇流量為主控量，皮帶速度為副控量。目前變頻技術已非常成熟，為了適應現場粉塵大的環境特點，選擇變頻調速系統來控制皮帶速度，為了克服原系統中存在的其他缺點，我們將測速裝置安裝于皮帶上，而荷重傳感器采用穩恒直流電源供電，其輸出信號為物料重量信號，見圖２。
圖２中，流量調節器采用日本大和的新一代高精度演算調節器ＣＦＣ－１００，變頻器選用日本富士的Ｇ１１Ｓ系列，測速傳感器采用ＴＨ－２６。其中，ＣＦＣ－１００采用了８位ＣＰＵ芯片，ＰＩ調節功能完全由軟件實現，并強化了自我診斷機能，對秤的運行狀態進行監視，具有故障診斷、故障報警、故障保持功能。軟件編程通過參數設定的方法實現，使用方便，通用性強，對不同能力的秤都能用數字設定的方法調節零點和量程，自動計算調整值，一次調整就能記憶，無須人工干預。另外，ＣＦＣ－１００的抗干擾能力極強，可適應惡劣的環境，與強干擾源變頻器同裝于一個柜子中，仍能可靠工作，保證計量控制精度。
ＴＨ－２６采用的是磁電式脈沖發生器，其外形象一個小車（見圖３），重約２０ｋｇ；以Ｏ點為固定點，水平安裝于皮帶機的回程皮帶上，并能夠以Ｏ點為軸在豎直面內靈活轉動。這樣，當皮帶轉動時，就可帶動ＴＨ－２６的測速車車輪無滑動地轉動，從而測得皮帶速度。當皮帶與主動輪打滑時，仍能測得皮帶真實速度。
（２） 控制原理。當物料通過計量皮帶的有效稱量段時，物料的重量通過稱量框架作用在荷重傳感器上，荷重傳感器產生與物料重量成正比的電壓信號，同時將皮帶速度轉換為脈沖信號，由ＣＦＣ－１００對荷重傳感器采集到的物料重量信號與ＴＨ－２６采集到的皮帶速度信號進行綜合，得出實際流量，再與流量給定值進行比較，輸出操作值給變頻器，變頻器以此作為皮帶速度設定值來控制電機速度，從而達到了控制流量的目的。顯然，重量信號的波動以及皮帶打滑就成了主控回路的干擾信號，流量調節器會針對這些干擾，進行ＰＩ調節，以克服干擾的影響。完成定量給料。
３ 調試與標定
根據工藝要求設定好ＣＦＣ－１００與變頻器Ｇ１１Ｓ的所有參數，并用信號發生器對ＣＦＣ－１００的所有模擬通道進行零點和量程的標定，以保證與上位ＤＣＳ系統的可靠通訊，然后對皮帶秤進行砝碼標定。下面以熟料秤為例介紹砝碼標定的過程和某些技術細節。
３．１ 現場調整
（１）?? 調整稱量框架的水平度?熓鉤屏慷紊系模掣鐾泄踉諭?一水平面上，其水平度誤差≤±１ｍｍ時，就可保證０．５％的計量精度。
?? （２）?? 調整稱量框架的配重，使荷重傳感器輸出略大于０ｍＶ。啟秤，緩緩轉動皮帶，在皮帶轉過１周的過程中，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實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。
（３） 測量皮帶周長。熟料秤皮帶周長為８．５３ｍ。
３．２ 置脈沖
將ＣＦＣ－１００打至手動操作位置，給一操作值。在Ｐ運行狀態下啟秤。將皮帶轉過５圈時ＴＨ－２６產生的脈沖數置入ＣＦＣ－１００的機能數據０６號地址中。該脈沖數代表了皮帶長度。在零點和量程標定過程中，當啟動標定程序后，系統將自動累積脈沖；當皮帶轉過５圈時，系統將自動停止標定程序，使標定簡單準確。
３．３ 標零點
將ＣＦＣ－１００打至“標０點”運轉狀態。啟動零點標定程序，系統開始累積流量；當皮帶轉過５圈時，系統自動停止累積。將累積量的折算值置入ＣＦＣ－１００的００號地址中，即可去皮重。重復啟動零點標定程序，記錄累積值，不修改００號地址中的內容。
３．４ 標量程
計算基準值。基準值 ＝ 砝碼折算值（ｋｇ?Nｍ）×皮帶周長（ｍ）×皮帶圈數（Ｎ）。熟料秤稱量框架長０．５ｍ，正常運轉時料重約為２４０ ｋｇ?Nｍ。本次標定掛１２０ｋｇ砝碼，因此，熟料秤基準值＝ ２４０×８．５３×５ ＝１０２３６ ?煟耄紓? 。
將此基準值置入ＣＦＣ－１００的０４號地址中。然后將ＣＦＣ－１００打“標量程”運行狀態。現場加砝碼１２０ ｋｇ，啟動量程標定程序，系統開始累積流量；當皮帶轉過５圈時，系統自動停止累積。將累積值與基準值進行比較，自動計算出累積量的折算值，將該折算值置入ＣＦＣ－１００的０２號地址中，量程標定完畢。重復啟動量程標定程序，記錄累積值，不修改０２號地址中的內容。
砝碼標定完畢后，將系統打至自動，進行ＰＩＤ整定。將ＣＦＣ－１００打至遙控運轉狀態，中控室給一流量設定值，啟秤，由于稱量框架上有砝碼，故系統有流量反饋值。當反饋值等于給定值時，突然去掉一個砝碼——給系統一個階躍擾動，觀察系統的調節動作，調整ＰＩ參數，直至滿足工藝要求為止。熟料秤ＰＩ參數最后整定值為：Ｐ＝１２０，Ｉ＝５。在這樣的ＰＩ參數調節下，階躍擾動約２ ｓ即可消除，滿足工藝要求。
４ 改造效果
原系統中，由于荷重傳感器的橋壓是由測速發電機提供的，其輸出信號即為實際流量信號。當荷重傳感器上無壓力時，實際信號為零，調速單元不斷調節，造成飛車。因此，零點標定也必須加上砝碼，通過間接的方法進行標定，該方法繁瑣，需反復調整。并且由于加上砝碼標零點，就不能保證皮帶空載時，荷重傳感器上有預壓力。也就是說，皮帶上一定存在某些位置使皮帶懸空，當皮帶上的重物達到一定程度時，才對荷重傳感器產生壓力。因此，這樣標出的零點不準確。而新系統從零點的標定過程中就可看出，完全克服了這一點，使零點的標定簡單、準確。
另外，由于原系統中的直流調速單元由分立元件搭成，參數調整極不方便，元器件老化、器件參數漂移等問題的存在，直接影響了皮帶秤穩定地運轉。并且皮帶打滑不能及時被發現常造成水泥配料不合格。而新系統完全克服了以上缺點。表１是零點、量程標定后，做重復性試驗時記錄下來的數據由表１可知，在不改變零點和量程標定參數時，重復做零點和量程標定試驗，累積量的相對誤差都在±０．５％之內，這充分說明新系統運行是穩定的。在以后的實際生產中也證明了這一點，水泥配比長期穩定。
因此，本次改造徹底解決了原系統中存在的問題，并取得了以下幾個方面的效果：
（１） 實現串級調節，使系統抗干擾能力增強，改善了控制質量，并滿足與ＤＣＳ系統的通訊及其它設備的聯鎖。
（２） 增加手動調速模式和機旁控制模式，便于設備維護。
（３） 解決了備件、皮帶打滑等問題。
（４） 標定過程簡單、準確。控制精度＜±１％，計量精度＜±０．５％。
維護量明顯減少，故障率大大降低，控制質量明顯提高，保證了水泥磨的正常運轉和水泥質量，創造了良好的經濟效益。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
上一篇：變頻調速給水的基本原理
下一篇：變頻器的工作原理和控制方式
服務咨詢