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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 方式與上位機實時通訊，上位機監控系統運行，根據下料情況改變皮帶稱控制器中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。秤的校驗采用鏈碼校驗與實物校驗相結合的方法。投運以來，系統運行穩定，配比控制可靠，滿足了生產要求。

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。隨著燒結工藝系統自動化程度的提高，對配料系統精確性和快速性的要求也越來越高，完善燒結配料系統對提高燒結礦的技術經濟指標至關重要。因此，必須采取措施提高燒結配料的自動化控制精度。

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，當皮帶移動時磨擦輪同時轉動，同時速度傳感器發生同步脈沖信號。

2）調速裝置。用于在PID 信號控制下驅動調節設備電機。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。在物料通過稱量段時，由秤框及傳感器對物料重量進行檢測，從而在連續輸送物料的同時完成稱量，當改變調速電機轉速時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稱重控制器，接受信號放大器送來的稱重信號和速度信號，經運算處理得到此時物料的累計重量和瞬時流量，并根據設定流量值與現流量值差距發出PID控制信號，控制給料設備達到要求流量。

5）重力傳感器。當物料通過稱量段時，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，當橋臂阻值發生變化時，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）不宜用配料秤稱重，可采用螺旋秤。由于其結構特點限制，稱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、驅動電機及支點組成。支點位置應處于給料口中心位置，在無料時螺旋筒與驅動電機在支點兩側重量基本相等，當運料時，物料由入口進入向出口運行，對傳感器的壓力逐步增大。整個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重。常用材料為化纖、橡皮等。

4）稱重傳感器。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電機的重量平衡，必要時加配重進行調整。稱重與皮帶秤相同，但無測速信號。認為速度是恒定的，由電源頻率決定。

3 皮帶秤的校秤

在生產前或生產一定時間后，需要對皮帶秤進行校驗，以保證其使用精度，滿足生產需要。秤的校驗方法很多，張鋼采用的是鏈碼校驗與實物校驗相結合的方法。實物校驗是用已知質量的實物復現配料秤的實際工作過程，此方法標定效果準確、誤差小，但費時費力。鏈碼校驗是模擬實物的一種形式，簡單省力，但精度與實物校驗相比偏低。

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

2）鏈碼校驗。校秤步驟：①校秤前準備。檢查皮帶，保證無粘料；觀察重力傳感器與秤框接觸是否良好；檢查稱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，開啟皮帶，保證鏈碼不跑偏。觀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系。配料給定值與實時流量相等，達到最佳動態平衡狀態；配料給定值大于實時流量，調速裝置調速增加，流量增加；配料給定值小于實時流量，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 個死區，即-2‰＜T＜2‰，變頻器頻率不變化，電機調速不變，此時認為到了最佳動態給料平衡狀態

2）通訊。張鋼采用的通訊方式是現場總線Modbus 方式，主控中心通過PLC 與儀表實時交換數據，系統的參數可通過上位機進行設定和監控，操作方便，控制可靠，整個系統實現了高度自動化，形成了既相對獨立又相互聯系的閉環控制系統。采用總線方式傳輸，距離遠，抗干擾能力強。

3）當物料經過稱重傳感器時，產生一個正比于皮帶載荷的電壓信號，此信號經數字顯示儀表處理后與配料給定值進行比較，經調解計算改變變頻器的輸出值，控制圓盤給料機電機轉速，從而控制圓盤下料量。配料秤控制基本數學模型十分復雜，常用的有經典式的增量式控制模型，張鋼采用的是智能算法。故而不會產生振蕩過沖，并且調節速度很快。

4）自動控制處理。在上位機上觀察配料秤流量的歷史曲線，分析流量在該時間段的波動情況，如果曲線變化較小，說明配料較好；反之，說明配料波動大。逐步減小PID 調節系數值，觀察其歷史曲線，直至曲線變化較小為止。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，應檢查料口或料門開度是否太小，料倉本身下料是否及時。

5）PID 控制調節與配料的關系。為了使皮帶開啟或運行中不出現大的波動，采取了如下措施：皮帶開啟過程，當手動切換到自動運行時，在手動轉換時間內，PID 電流恒定輸出，給料穩定。手動時間過后，儀表進入自動控制給料，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PID 輸出電流的大小，根據不同的料種來確定手動持續時間大小，原則不超過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主控中心配料值計算出來的（即稱為定值2），把配料設定值稱為定值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，以滿足配料要求。

5 應用效果

配料系統自投入運行以來，工作狀況良好，秤架和現場稱重傳感器性能穩定，經標定（鏈碼標定或實物標定）測試，該燒結配料自動控制系統控制計量準確，各圓盤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，減輕了崗位的勞動強度，簡化了作業程序，提高了生產效率，取得了良好的經濟效益。