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原料配料站的計(jì)量、控制問(wèn)題在許多生產(chǎn)線都出現(xiàn)過(guò)計(jì)量不準(zhǔn)，配料不穩(wěn)定情況。廣東塔牌水泥集團(tuán)有限公司為確保配料計(jì)量準(zhǔn)確，進(jìn)行了利用ＤＣＳ（集散控制系統(tǒng)）實(shí)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(tái)秤的計(jì)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(diǎn)標(biāo)定、實(shí)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(jī)輸送固體散狀物料過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)稱重的一種計(jì)量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測(cè)量出皮帶輸送機(jī)上通過(guò)物料的瞬時(shí)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(jì)量和控制效果不理想。對(duì)此，我們采取的改造措施是：利用ＤＣＳ（集散控制系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)電子皮帶稱控制器功能，從而達(dá)到其計(jì)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(jì)。

１ 電子皮帶秤的控制器功能

當(dāng)皮帶輸送物料時(shí)， 稱量段上的物料重量通過(guò)皮帶秤量拖輥載臺(tái)作用于稱重傳感器， 稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（ｍＶ級(jí)）送入稱重控制器，經(jīng)過(guò)放大、濾波、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。裝在從動(dòng)輪上的測(cè)速傳感器把皮帶運(yùn)行的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送入控制器，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算， 從而得出物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)質(zhì)量值， 并輸送到上層控制系統(tǒng) （如ＤＣＳ）中顯示。同時(shí)，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(hào)， 控制電機(jī)的速度實(shí)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(hào)的處理、物料流量的計(jì)算、物料流量的控制等主要功能。從實(shí)際使用情況看，可以省去電子皮帶秤的現(xiàn)場(chǎng)控制器，完全通過(guò)ＤＣＳ實(shí)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(jì)算

要在ＤＣＳ里面實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤現(xiàn)場(chǎng)控制器的功能，需要做好如下幾個(gè)方面的工作：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的處理、物料瞬時(shí)流量的計(jì)算、物料累計(jì)總量的計(jì)算、物料流量的控制、電子皮帶秤的零點(diǎn)標(biāo)定。其中的重點(diǎn)是物料計(jì)算， 包括物料的瞬時(shí)流量計(jì)算和物料累計(jì)總量的計(jì)算。

根據(jù)電子皮帶秤的工作原理可知， 物料的瞬時(shí)流量計(jì)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(guò)實(shí)物標(biāo)定獲得，ｖ，Ｑ可通過(guò)處理現(xiàn)場(chǎng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)得到。

在實(shí)施由ＤＣＳ實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤控制器功能的改造中，我們沒(méi)有使用測(cè)速傳感器，而是直接使用變頻器的輸出信號(hào)。在現(xiàn)場(chǎng)分別測(cè)算出（也可以根據(jù)電子皮帶秤的技術(shù)參數(shù)理論計(jì)算出）１００，２００，３００，４００Ｈｚ對(duì)應(yīng)的線速度，通過(guò)折線函數(shù)將０～５００Ｈｚ信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的線速度ｖ。

稱量段負(fù)荷計(jì)算公式是：Ｑ＝２（Ｍｔ－Ｍ０）／Ｌ。Ｍｔ 是現(xiàn)場(chǎng)荷重傳感器傳送過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)荷重信號(hào)，Ｍ０ 是電子皮帶秤自身的皮帶重量 （通過(guò)電子皮帶秤的零點(diǎn)標(biāo)定獲得， 后面我們會(huì)提到），Ｌ是電子皮帶秤的有效稱量段的長(zhǎng)度。實(shí)際使用中，現(xiàn)場(chǎng)傳送過(guò)來(lái)的荷重信號(hào)變化比較大，影響了ＰＩＤ的自動(dòng)控制。因此，現(xiàn)場(chǎng)傳送過(guò)來(lái)荷重信號(hào)在通過(guò)濾波函數(shù)處理后才參與計(jì)算。

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

３ 電子皮帶秤的零點(diǎn)標(biāo)定

電子皮帶秤的荷重傳感器所測(cè)量的物質(zhì)包括物料的重量和皮帶的重量?jī)刹糠郑?電子皮帶秤的零點(diǎn)標(biāo)定其實(shí)就是確定皮帶自身的重量。在實(shí)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)。每一臺(tái)皮帶秤都有一個(gè)按鈕，當(dāng)按鈕按下時(shí)，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(diǎn)標(biāo)定時(shí)， 要注意觀察電子皮帶秤的荷重信號(hào)的變化。一般情況下，我們要求皮重值穩(wěn)定在某一個(gè)較小的范圍內(nèi)。以２００ｋｇ的荷重傳感器為例，要求上下波動(dòng)范圍為±２．５ｋｇ；如果超過(guò)這個(gè)范圍，就要求相關(guān)人員去現(xiàn)場(chǎng)檢查電子皮帶秤是否運(yùn)行正常。

第一次零點(diǎn)標(biāo)定前， 應(yīng)給電子皮帶秤足夠的運(yùn)行時(shí)間，讓設(shè)備機(jī)械部分的各個(gè)部件充分磨合。在電子皮帶秤運(yùn)行穩(wěn)定后，再進(jìn)行零點(diǎn)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(yùn)行，物料累計(jì)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(guò)荷重傳感器量程的３０％，就應(yīng)該去現(xiàn)場(chǎng)檢查電子皮帶秤是否異常，如皮帶是否會(huì)摩擦到稱架，又或者是一些雜物卡住了皮帶；如果無(wú)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(diǎn)標(biāo)定畫面和程序

４ 電子皮帶秤的實(shí)物標(biāo)定

電子皮帶秤的零點(diǎn)標(biāo)定完成后， 我們會(huì)發(fā)現(xiàn)ＤＣＳ計(jì)算出來(lái)的物料瞬時(shí)流量值、物料的累計(jì)總量，與實(shí)際值相差較大。此時(shí)，我們可通過(guò)實(shí)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(jì)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(jì)算出來(lái)的物料累計(jì)總量值，Ｍ表示實(shí)際的物料重量。標(biāo)定時(shí)，電子皮帶秤通過(guò)的物料輸送到汽車， 汽車把物料運(yùn)到地磅進(jìn)行稱量，可獲得實(shí)際的物料重量。電子皮帶秤第一次標(biāo)定稱量系數(shù)時(shí)， 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(shí)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(tái)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(shí)物標(biāo)定。電子皮帶秤實(shí)物標(biāo)定時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)電子皮帶秤控制器的使用實(shí)踐

常的生產(chǎn)中，我們會(huì)對(duì)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(shí)間后，需重新標(biāo)定皮重和稱量系數(shù)（要求最少一個(gè)月一次）。

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(lái)的水泥質(zhì)量就會(huì)不合格。實(shí)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(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)。這時(shí)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(guò)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(shí)踐改造中， 電子皮帶秤的流量控制是通過(guò)ＤＣＳ的ＰＩＤ功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。ＰＩＤ模塊能根據(jù)反饋的瞬時(shí)流量與設(shè)定流量比較， 增大或減少電子皮帶秤的速度實(shí)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(dòng)范圍在±５０ｔ／ｈ外，其它的配料稱流量波動(dòng)范圍在±２０ｔ／ｈ；水泥配料系統(tǒng)的配料秤運(yùn)行更穩(wěn)定，其流量波動(dòng)范圍在±１０ｔ／ｈ。

要想通過(guò)ＤＣＳ的ＰＩＤ模塊實(shí)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(gè)：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(shí)流量能圍繞設(shè)定流量值在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)；同時(shí)如有意外的擾動(dòng)，物料的瞬時(shí)流量能快速返回到設(shè)定流量值附近， 那么這臺(tái)電子皮帶秤的ＰＩＤ參數(shù)整定就是成功的。每一臺(tái)電子皮帶秤具體情況有所不同，整定出來(lái)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值要減小；曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，Ｉ值要增大；曲線振蕩頻率快，Ｄ值要減?。粍?dòng)差大來(lái)波動(dòng)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(cāng)或者板式喂料機(jī)下落到電子皮帶秤上的物料穩(wěn)定、均勻，是實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤穩(wěn)定物料控制的另一個(gè)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?yàn)樵撓到y(tǒng)的物料是顆粒狀的、細(xì)度比較均勻、沒(méi)有過(guò)多的水分、沒(méi)有大團(tuán)的結(jié)塊、也沒(méi)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(guò)很短時(shí)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(gè)比較小的范圍內(nèi)，只有在流量增大或減小時(shí)，速度才會(huì)發(fā)生一定的變化。

 

同理， 生料配料系統(tǒng)的電子皮帶秤因?yàn)閬?lái)料不穩(wěn)定，料層變化很大，ＰＩＤ參數(shù)的整定需要較長(zhǎng)的時(shí)間， 而且整定出來(lái)的電子皮帶秤流量控制效果也沒(méi)那么好。在南方地區(qū)，物料水分較大會(huì)結(jié)成一塊塊的大小不一的形狀。下料時(shí)， 就會(huì)形成一股一股的物料；皮帶上有時(shí)有物料，有時(shí)沒(méi)有，有時(shí)又很多，有時(shí)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(jī)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(huì)形成較為平整的物料。但是也要注意板式喂料機(jī)的速度，如果太快，物料就會(huì)堵在下料斗，甚至?xí)绯鱿铝隙?。因此，可以考慮在下料斗安裝一個(gè)料位檢測(cè)儀，板式喂料機(jī)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(shí)際使用中， 電子皮帶秤的流量控制會(huì)出現(xiàn)另一種特殊情況， 物料在皮帶上有時(shí)會(huì)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(shí)會(huì)超過(guò)變頻器要求的最低運(yùn)行頻率。如果變頻器參數(shù)沒(méi)有設(shè)置好， 那么電子皮帶秤就會(huì)因?yàn)樽冾l器的故障而停機(jī)，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(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

我們利用ＤＣＳ實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤控制器功能的改造實(shí)踐，成功實(shí)現(xiàn)了計(jì)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(shí)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。

作者：陳晨科

 

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