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燒結配料系統中電子皮帶秤的使用

新區180 m2燒結配料系統采用配料秤和螺旋秤，數字顯示儀表以Modbus 方式與上位機實(shí)時(shí)通訊，上位機監控系統運行，根據下料情況改變皮帶稱(chēng)控制器中PID的調節系數，從而改善配料系統的控制特性，抑制下料量的頻繁波動(dòng)。秤的校驗采用鏈碼校驗與實(shí)物校驗相結合的方法。投運以來(lái)，系統運行穩定，配比控制可靠，滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求。

1 前言

配料系統主要功能就是將鐵料、精礦、生石灰、白云石和一定數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（主要包括計量皮帶秤、配料秤、螺旋秤）以其固有的特性被廣泛應用于配料系統中，目前新區180m2燒結配料系統就應用了配料秤和螺旋秤。隨著(zhù)燒結工藝系統自動(dòng)化程度的提高，對配料系統精確性和快速性的要求也越來(lái)越高，完善燒結配料系統對提高燒結礦的技術(shù)經(jīng)濟指標至關(guān)重要。因此，必須采取措施提高燒結配料的自動(dòng)化控制精度。

2 電子皮帶秤的結構

2.1 配料秤的組成

1）速度傳感器。要完成稱(chēng)重，必須測出皮帶的速度。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，當皮帶移動(dòng)時(shí)磨擦輪同時(shí)轉動(dòng)，同時(shí)速度傳感器發(fā)生同步脈沖信號。

2）調速裝置。用于在PID 信號控制下驅動(dòng)調節設備電機。常用的有滑差電機控制器和變頻調速器。

3）秤架。對整機型配料秤而言，秤架實(shí)際上是一條小型皮帶機，擔負將物料從料倉中拖出并輸送的目的。在物料通過(guò)稱(chēng)量段時(shí)，由秤框及傳感器對物料重量進(jìn)行檢測，從而在連續輸送物料的同時(shí)完成稱(chēng)量，當改變調速電機轉速時(shí)即可調節物料量的大小。

4）控制、顯示。完成這一功能的模塊為SA-500稱(chēng)重控制器，接受信號放大器送來(lái)的稱(chēng)重信號和速度信號，經(jīng)運算處理得到此時(shí)物料的累計重量和瞬時(shí)流量，并根據設定流量值與現流量值差距發(fā)出PID控制信號，控制給料設備達到要求流量。

5）重力傳感器。當物料通過(guò)稱(chēng)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化為相對應的毫伏電壓信號送出。重力傳感器采用電阻應變式，當傳感器受力后，貼在傳感器壁上的電阻應變片發(fā)生相應變形，阻值亦隨之改變，電阻應變片連接成橋式，當橋臂阻值發(fā)生變化時(shí)，即可輸出相應的電信號。

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(chēng)重，可采用螺旋秤。由于其結構特點(diǎn)限制，稱(chēng)重精度比皮帶秤要低。

1）計算、顯示、控制及調整裝置。作用與配料秤相同，但調速對象是給料電機。

2）秤體。秤體由螺旋給料筒、驅動(dòng)電機及支點(diǎn)組成。支點(diǎn)位置應處于給料口中心位置，在無(wú)料時(shí)螺旋筒與驅動(dòng)電機在支點(diǎn)兩側重量基本相等，當運料時(shí)，物料由入口進(jìn)入向出口運行，對傳感器的壓力逐步增大。整個(gè)秤體是懸臂秤的結構。

3）軟連接。用于連接秤體與給料設備，既可防止物料外泄，又可使秤體與給料設備之間的連接不影響稱(chēng)重。常用材料為化纖、橡皮等。

4）稱(chēng)重傳感器。將感受到的重力轉換為電信號輸出，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，故應注意螺旋給料筒與驅動(dòng)電機的重量平衡，必要時(shí)加配重進(jìn)行調整。稱(chēng)重與皮帶秤相同，但無(wú)測速信號。認為速度是恒定的，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，需要對皮帶秤進(jìn)行校驗，以保證其使用精度，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。秤的校驗方法很多，張鋼采用的是鏈碼校驗與實(shí)物校驗相結合的方法。實(shí)物校驗是用已知質(zhì)量的實(shí)物復現配料秤的實(shí)際工作過(guò)程，此方法標定效果準確、誤差小，但費時(shí)費力。鏈碼校驗是模擬實(shí)物的一種形式，簡(jiǎn)單省力，但精度與實(shí)物校驗相比偏低。

1）實(shí)物校驗。用鏈碼標定累計流量且在允許的誤差范圍內，實(shí)際使用后認為實(shí)物與鏈碼標定還有一定差距時(shí)，可采用實(shí)物校驗。張鋼采用的是拋盤(pán)，皮帶勻速運行時(shí)，物料落在皮帶單位長(cháng)度上的質(zhì)量是一定的，只要把單位長(cháng)度上的物料質(zhì)量測量出來(lái)，就可以得到任意物料的質(zhì)量。即只要用單位長(cháng)度上的物料質(zhì)量乘以皮帶運行長(cháng)度即可得到物料的質(zhì)量。為了使拋盤(pán)數據更接近真實(shí)值，在一次拋盤(pán)時(shí)，一般連續拋6～10 盤(pán)。

2）鏈碼校驗。校秤步驟：①校秤前準備。檢查皮帶，保證無(wú)粘料；觀(guān)察重力傳感器與秤框接觸是否良好；檢查稱(chēng)重托滾是否高于承重托滾2～3 mm；檢查要校驗秤的皮帶是否有跑偏現象。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(kāi)啟皮帶，保證鏈碼不跑偏。觀(guān)察顯示儀表上皮帶料重顯示是否為鏈碼重量，若不是，修改標定系數使儀表重量顯示為鏈碼重量。④流量標定。當標定結束后，看實(shí)際重量與顯示重量的差值是否在誤差范圍內，若不在內，需修改流量標定系數，反復幾次，直到在誤差范圍之內。

4 皮帶秤配料的PID 調節控制

PID 控制即為比例、積分、微分控制，又稱(chēng)PID 調節，PID 控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。其目的是減少和消除系統誤差，保證系統穩定運行，通過(guò)調整比例、積分、微分系數使輸出信號趨于設定值。

4.1 單PID 控制

1）調速裝置與偏差的關(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，調速裝置調速增加，流量增加；配料給定值小于實(shí)時(shí)流量，調速裝置調速減小，流量減小。為了減少變頻器頻率變化，設定1 個(gè)死區，即-2‰＜T＜2‰，變頻器頻率不變化，電機調速不變，此時(shí)認為到了最佳動(dòng)態(tài)給料平衡狀態(tài)

2）通訊。張鋼采用的通訊方式是現場(chǎng)總線(xiàn)Modbus 方式，主控中心通過(guò)PLC 與儀表實(shí)時(shí)交換數據，系統的參數可通過(guò)上位機進(jìn)行設定和監控，操作方便，控制可靠，整個(gè)系統實(shí)現了高度自動(dòng)化，形成了既相對獨立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統。采用總線(xiàn)方式傳輸，距離遠，抗干擾能力強。

3）當物料經(jīng)過(guò)稱(chēng)重傳感器時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的電壓信號，此信號經(jīng)數字顯示儀表處理后與配料給定值進(jìn)行比較，經(jīng)調解計算改變變頻器的輸出值，控制圓盤(pán)給料機電機轉速，從而控制圓盤(pán)下料量。配料秤控制基本數學(xué)模型十分復雜，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，并且調節速度很快。

4）自動(dòng)控制處理。在上位機上觀(guān)察配料秤流量的歷史曲線(xiàn)，分析流量在該時(shí)間段的波動(dòng)情況，如果曲線(xiàn)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 調節系數值，觀(guān)察其歷史曲線(xiàn)，直至曲線(xiàn)變化較小為止。如果改小調節系數不起作用，如在冬季，應采用在料倉旁生火的措施。如果出現配料不夠，應檢查料口或料門(mén)開(kāi)度是否太小，料倉本身下料是否及時(shí)。

5）PID 控制調節與配料的關(guān)系。為了使皮帶開(kāi)啟或運行中不出現大的波動(dòng)，采取了如下措施：皮帶開(kāi)啟過(guò)程，當手動(dòng)切換到自動(dòng)運行時(shí)，在手動(dòng)轉換時(shí)間內，PID 電流恒定輸出，給料穩定。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量均保持在設定范圍內。根據設定值的大小，計算手動(dòng)PID 輸出電流的大小，根據不同的料種來(lái)確定手動(dòng)持續時(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穩定性、提高系統精度方面較單皮帶秤效果好。對于系統要求不是太高，一般使用單路PID 調節；對系統要求高的可使用雙路PID 調節，一路PID 控制料層的厚度（調給料機的速度），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)主控中心配料值計算出來(lái)的（即稱(chēng)為定值2），把配料設定值稱(chēng)為定值1。在使用中，對不同的皮帶走料設定不同的皮帶運行控制頻率，以滿(mǎn)足配料要求。

5 應用效果

配料系統自投入運行以來(lái)，工作狀況良好，秤架和現場(chǎng)稱(chēng)重傳感器性能穩定，經(jīng)標定（鏈碼標定或實(shí)物標定）測試，該燒結配料自動(dòng)控制系統控制計量準確，各圓盤(pán)料量調節反應速度快，控制精度達到了預期的要求。該配料系統的投運，減輕了崗位的勞動(dòng)強度，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)濟效益。