山东省淄博水泥厂 王光明 李昆生
烟台水泥自控设备厂 王岩峰 王文祥
调速定量给料秤是原料磨和水泥磨进行重量配料的先进设备。它适合水泥厂物料特性(块状和粉粒状、流量大、含有一定水分)、恶劣的工作环境(含尘大、温度高、振动大)及料仓料位和仓压变动等要求。
1 系统组成
生料配料计量控制系统有安装在库底与皮带输送机之间的八台调速定量给料秤；控制室内有八台单片微机及其外设(CRT显示器、打印机)；仪表操作柜上有电气开关、调速控制器、负荷显示仪及报警装置等。
1.1 定量给料秤机械秤体部分
包括机架、主从滚筒、称重框架、皮带及其自动张紧器、传动装置及料厚控制闸门等。通过调节皮带速度实现给料定量控制。采用交流电磁调速电机驱动，配以摆线针轮减速机或蜗轮减速机，有两种传动方式。
1.2 检测控制仪表和微机部分
由高精度称重传感器及其稳压电源、负荷显示报警仪、调速控制器及MCS-51系列单片微机等组成实时控制智能化仪表系统。系统配有高精度稳压电源和滤波电路。
2 工作原理
物料由料仓经控制闸门卸到皮带上，保持料层厚度一定。称量段单位长度上的料重q(千克/米)与皮带线速度ωt(米/秒)之乘积即为重量流量瞬时值Gt(千克/秒)
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当控料闸门高度一定时，皮带上料厚一定，q值仅随物料粒度、容重及水分而变化。因此，为保持重量流量Gt一定，系统应根据q值的变化自动调节皮带速度ωt，使乘积q·ωt一定，从而达到重量流量的定量控制。当原料化学成分发生变动时，必须快速分析出磨生料成分，由上位配料计算机根据预定熟料率值控制指标及时算出新的原料配比，向单片微机发出配比和重量流量设定值，开始第二个闭环——化学成分配比控制。
为了累积一段时间内物料产量，应对重量流量瞬时值积分，即：
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显然，用微机实现(1)和(2)式的运算是极其容易的。我们将称重传感器输出信号UＴ放大为与q成正比的UP。而调速电机的速度反馈信号(或频率信号)Uω与皮带线速度ωt成正比。将电压信号UP与Uω及相应计算系数输入微机，进行乘法与积分运算，即可在LED数码显示器和电磁计数器分别显示重量流量瞬时值和积算值。
为了实现定量控制，需控制带速。在一般仪表控制系统中，采用“放大加反馈”装置实现。而在微机控制系统中，多采用增量式离散算法。
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式中：
YK、YK-1——微机本次和前次输出值；
eK、eK-1——本次和前次偏差；
KP、Ki——比例和积分系数。
在微机中完成(3)式运算并输出控制值，即实现了比例积分(PI)控制。在微机实时控制中，只需修改KP、Ki地址单元的内容，即可稳定控制系统的动态性能，以获得灵敏而稳定的调节品质。
流量设定值Gs可利用微机面板上的四位拨盘开关直接进行数字设定。在配比控制系统中，可由上位机进行设定，送来流量设定信号Us。在微机中按PI调节规律或逐步寻优算法对设定值与实际值的偏差进行控制计算，输出控制信号Uy，通过速度控制器改变电机转速，即调节皮带速度，保持q与ωt；乘积——重量流量实际值与设定值一致，达到定量控制目的。系统工作原理见图1。
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图1 系统硬件图
3 单片微机系统特点
3.1 硬件
采用8031CPU为核心部件，组成单回路数字控制器，内部包括一个8位微处理器，128个字节RAM，21个特殊功能寄存器，4个并行接口，一个全双工串行口，2个16位定时器。本系统采用8031外加2764芯片(8k字节)作EPROM，用8255作并行口，从而组成完整的实时控制系统。
模拟量输入采用8路芯片0809实现A/D转换，称重信号UP、速度信号Uω及上位机设定信号Us均为0～5伏直流统一信号。转换精度与时间均满足系统指标要求。
模拟量输出采用电流型输出芯片0832作D/A转换，输出信号经运算放大器输出0～10毫安直流信号。因此，该机接口与通用的DDZ—Ⅱ型仪表执行器联接极其方便。该机现有两路输出，一路控制电机速度，另一路供给上位机流量瞬时值，以便实现微机联网监测。
本机硬件系统见图1。根据用户使用要求，设置了服务器，可配接CRT显示器和打印机。打印各种原料的班产量，随时显示流量瞬时值或累积值(通过按键切换)及设定值。如不配服务器及打印机和显示器时，通过单片机面板上的四位LED数码显示器实现显示。为防止断电时丢失累积数值，设置了6位电磁计数器。当实际值偏离设定值±5%时，本机可进行声光报警。机器后面板配用键盘，完成流量计算系数的在线修正。
3.2 软件
采用结构化程序设计。根据生料配料工艺特点和现场条件，控制算法采取逐步寻优方式，其跟踪步长与动态误差相关，步距大小与偏差大小成正比，兼顾了生产工艺对控制系统稳定性和动态品质的要求。
控制软件无振荡，输出控制量有防止飞车的软保护措施。模拟信号采样后有数字滤波功能。为了提高和稳定控制精度，提供了测零(去皮重)软件，在给料开始时先由“测零”键实现秤底检测并记忆。为了实现在线运行中修改设定值无扰动切换，设置了设定值修改键。当需要修改设定值时，按下改数“设定”键，停止对拨盘开关采样，防止采取错误数值造成系统失控。而在改数结束时复位设定键，恢复正常采样。软件系统程序框图见图2。
经长期使用表明，系统运行可靠，控制误差与计量累积误差均小于1%，完全能满足生料配料工艺要求。
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图2 系统程序软件框图
由于整个系统是由八路相互独立的子系统组成，各子系统硬软件均通用，仅各秤体参数和设定值不同，运行中一旦发现某子系统失灵，则只需取下内存芯片插入备用机，立即投入运行，简便易行，因而提高了系统可靠性。
4 应用效果
4.1 提高了生料质量
淄博水泥厂生料配料工艺为全黑生料，使用本系统后，出磨生料CaO和Fe2O3平均合格率由原来的35%和55%提高到60%和80%，生料含煤合格率由60%提高到75%，生料KH值合格率由70%提高到80%。
4.2 提高了熟料质量
由于生料各项指标合格率提高及化学成分稳定，为立窑正常煅烧和稳定热工制度创造了有利条件，从而提高了熟料产质量。1988年7～9月与1987年同期对比，熟料平均标号由565号提高到581号。特别是立窑产量由8.03吨/时提高到9.13吨/时，增产13.7%。仅此一项年增经济效益18万元。一年即可收回该控制系统投资。
根据淄博水泥厂和济南水泥厂等厂的使用结果表明，单片微机控制调速定量给料秤特别适用于水泥厂原料磨和水泥磨配料工艺。
来源：《水泥》
