1 配料秤系统概况
某水泥股份有限公司#2生产线为我国第1条水泥产量4000吨/天的国产示范化水泥生产线,,采用的是经过改造的原民主德国的二手配料秤｡
该配料秤陈旧,控制落后｡配料秤系统采用单回路控制,无流量调节器,系统的流量给定值和反馈值都给到直流调速单元上｡另外,测速发电机直接作为荷重传感器的供电电源,荷重传感器的输出信号即为实际流量信号｡这样的控制特点,导致了水泥配料系统控制精度低,抗干扰能力差;直流调速单元器件老化,故障频频,但无备件和可替代的备件;现场粉尘对直流电机换向器影响较大;由于测速发电机和直流电机同轴,皮带打滑时,中控仍显示喂料正常,常造成水泥配料不合格｡此外,由于荷重传感器的桥压由测速发电机提供,故皮带上无料时必造成电机飞车,因此,零点的标定不仅繁琐,而且很难保证精度｡上述问题的存在,直接影响了#2线水泥磨的正常生产｡为此,我公司于2000年底到2001年初对这3台水泥配料秤进行了改造｡

2 改造方案的确定及控制原理
(1)改造方案｡由于本系统最终要控制的工艺参数为物料流量,而流量的控制是通过调整皮带速度来实现的,因此我们采用串级控制系统来实现对物料流量的控制,以提高配料秤系统的控制质量｡其中,选择流量为主控量,皮带速度为副控量｡目前变频技术已非常成熟,为了适应现场粉尘大的环境特点,选择变频调速系统来控制皮带速度,为了克服原配料秤系统中存在的其他缺点,我们将测速装置安装于皮带上,而荷重传感器采用稳恒直流电源供电,其输出信号为物料重量信号｡

流量调节器采用新一代高精度演算调节器CFC-100,变频器选用G11S系列,测速传感器采用TH-26｡其中,CFC-100采用了8位CPU芯片,PI调节功能完全由软件实现,并强化了自我诊断机能,对秤的运行状态进行监视,具有故障诊断､故障报警､故障保持功能｡软件编程通过参数设定的方法实现,使用方便,通用性强,对不同能力的秤都能用数字设定的方法调节零点和量程,自动计算调整值,一次调整就能记忆,无须人工干预｡另外,CFC-100的抗干扰能力极强,可适应恶劣的环境,与强干扰源变频器同装于一个柜子中,仍能可靠工作,保证计量控制精度｡
TH-26采用的是磁电式脉冲发生器,其外形象一个小车,重约20kg;以O点为固定点,水平安装于皮带机的回程皮带上,并能够以O点为轴在竖直面内灵活转动｡这样,当皮带转动时,就可带动TH-26的测速车车轮无滑动地转动,从而测得皮带速度｡当皮带与主动轮打滑时,仍能测得皮带真实速度｡
(2)配料秤系统控制原理｡当物料通过计量皮带的有效称量段时,物料的重量通过称量框架作用在荷重传感器上,荷重传感器产生与物料重量成正比的电压信号,同时将皮带速度转换为脉冲信号,由CFC-100对荷重传感器采集到的物料重量信号与TH-26采集到的皮带速度信号进行综合,得出实际流量,再与流量给定值进行比较,输出操作值给变频器,变频器以此作为皮带速度设定值来控制电机速度,从而达到了控制流量的目的｡显然,重量信号的波动以及皮带打滑就成了主控回路的干扰信号,流量调节器会针对这些干扰,进行PI调节,以克服干扰的影响｡完成定量给料｡

3 配料秤调试与标定
根据配料工艺要求设定好CFC-100与变频器G11S的所有参数,并用信号发生器对CFC-100的所有模拟通道进行零点和量程的标定,以保证与上位DCS系统的可靠通讯,然后对皮带秤进行砝码标定｡下面以熟料秤为例介绍砝码标定的过程和某些技术细节｡

3.1 现场调整

(1) 调整称量框架的水平度?使称量段上的3个托辊在同一水平面上,其水平度误差≤±1mm时,就可保证0.5%的计量精度｡
? (2) 调整称量框架的配重,使荷重传感器输出略大于0mV｡启秤,缓缓转动皮带,在皮带转过1周的过程中,使荷重传感器每一刻的输出都大于0mV,这样就能保证物料实实在在地压在荷重传感器上,避免秤虚｡熟料秤荷重传感器输出在0.6mV~3.8mV之间波动｡
(3) 测量皮带周长｡熟料秤皮带周长为8.53m｡

3.2 置脉冲

将CFC-100打至手动操作位置,给一操作值｡在P运行状态下启秤｡将皮带转过5圈时TH-26产生的脉冲数置入CFC-100的机能数据06号地址中｡该脉冲数代表了皮带长度｡在零点和量程标定过程中,当启动标定程序后,系统将自动累积脉冲;当皮带转过5圈时,系统将自动停止标定程序,使标定简单准确｡

3.3 标零点

将CFC-100打至“标0点”运转状态｡启动零点标定程序,配料秤系统开始累积流量;当皮带转过5圈时,系统自动停止累积｡将累积量的折算值置入CFC-100的00号地址中,即可去皮重｡重复启动零点标定程序,记录累积值,不修改00号地址中的内容｡

3.4 标量程

计算基准值｡基准值 = 砝码折算值(kg?m)×皮带周长(m)×皮带圈数(N)｡熟料秤称量框架长0.5m,正常运转时料重约为240 kg?m｡本次标定挂120kg砝码,因此,熟料秤基准值= 240×8.53×5 =10236 ?kg ｡
将此基准值置入CFC-100的04号地址中｡然后将CFC-100打“标量程”运行状态｡现场加砝码120kg,启动量程标定程序,系统开始累积流量;当皮带转过5圈时,系统自动停止累积｡将累积值与基准值进行比较,自动计算出累积量的折算值,将该折算值置入CFC-100的02号地址中,量程标定完毕｡重复启动量程标定程序,记录累积值,不修改02号地址中的内容｡
砝码标定完毕后,将系统打至自动,进行PID整定｡将CFC-100打至遥控运转状态,中控室给一流量设定值,启秤,由于称量框架上有砝码,故系统有流量反馈值｡当反馈值等于给定值时,突然去掉一个砝码——给配料秤控制仪表一个阶跃扰动,观察系统的调节动作,调整PI参数,直至满足工艺要求为止｡熟料秤PI参数最后整定值为:P=120,I=5｡在这样的PI参数调节下,阶跃扰动约2 s即可消除,满足配料工艺要求｡

4 配料秤系统改造效果
原配料秤系统中,由于荷重传感器的桥压是由测速发电机提供的,其输出信号即为实际流量信号｡当荷重传感器上无压力时,实际信号为零,调速单元不断调节,造成飞车｡因此,零点标定也必须加上砝码,通过间接的方法进行标定,该方法繁琐,需反复调整｡并且由于加上砝码标零点,就不能保证皮带空载时,荷重传感器上有预压力｡也就是说,皮带上一定存在某些位置使皮带悬空,当皮带上的重物达到一定程度时,才对荷重传感器产生压力｡因此,这样标出的零点不准确｡而新配料秤系统从零点的标定过程中就可看出,完全克服了这一点,使零点的标定简单､准确｡
另外,由于原系统中的直流调速单元由分立元件搭成,参数调整极不方便,元器件老化､器件参数漂移等问题的存在,直接影响了皮带秤稳定地运转｡并且皮带打滑不能及时被发现常造成水泥配料不合格｡而新系统完全克服了以上缺点｡在不改变零点和量程标定参数时,重复做零点和量程标定试验,累积量的相对误差都在±0.5%之内,这充分说明新系统运行是稳定的｡在以后的实际生产中也证明了这一点,水泥配比长期稳定｡
因此,本次改造彻底解决了原系统中存在的问题,并取得了以下几个方面的效果:
(1) 实现串级调节,使系统抗干扰能力增强,改善了控制质量,并满足与DCS系统的通讯及其它配料设备的联锁｡
(2) 增加手动调速模式和机旁控制模式,便于设备维护｡
(3) 解决了备件､皮带打滑等问题｡
(4) 标定过程简单､准确｡控制精度<±1%,计量精度<±0.5%｡
维护量明显减少,故障率大大降低,控制质量明显提高,保证了水泥磨的正常运转和水泥质量,创造了良好的经济效益｡

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