《自动化仪表》第22卷第11期2001年11 自动配料控制系统在水泥磨料过程中的应用 The Application of Automatic Blending Control System in Cement Abradant Process 牛明运（中国长城铝业公司水泥厂，郑州450041 关问：控制 配料 水泥帝料微机 喂料量 ding Cement abradant Micro 粉煤灰采用螺旋自动调节给料科，实现粉煤 摘要对微机在水泥培料过程中的配料控制作了较为详 渗加量随其设定值自动调节，均匀限料 尽的介绍，并就自动配料控制系统的设计方案，功能、设备选 由上可知：水泥熟料采用电振机限料，因其温度 高，产量大，使电振机负荷重，能耗高，易损坏。同时 型及注意事项等均作了说明。投运结果表明，效果明显. 通过改变电振机电流来调节其振幅，控制下料量的准 确度和可靠性都较差，难以合理控制下料量：石音采用 ement abeadant process in introduced in detail.The design strate 皮带调速股料，因块款物料的分布受其大小，形状的 大，分布的均匀性差，仅以通过调节皮带的转速来 制下料量，其可控性差：矿渣采用皮带调速喂料，因粉 状和粒状物料流性的差异及其分布的不均匀性，很难 0引言 通过调节皮带的速度来达到准确、可常的调节日的：粉 我厂普通水泥目前采用人工调节配料方式，即 煤灰由于采用了自动控制限料设备，使其摻加量基才 能铭根报其设定描的大小自动调背，空理绉定逸加，在 限设备采用滑差调速电机，因环境粉尘大而使滑差由 这种方法调节误 机的故障率较高 且入 响因素大，使得于 质量的移 2自动料比控制系统的实施方案 齐效益不 的自动配料控制系统 则可提高配料效和产品的 水泥制备系统的料比配制，主要是根据生产品种 级合格率，增加经济效益 的不同短应的 加量，再同 活的 1现状分析 进入粉磨制 2.1 动配料的 可行性分 我厂普通水泥磨的入磨物料共有4种，即水泥熟 要实 同产品 料，石音矿渣和粉煤灰等。分析如下。 调节配料比， 的稳 到为理 想的配 1.1物性分析 ,节能降耗，提高产品质量和经济效益，自动配 ①水泥熟料为块粒状物料，温度较高(200℃以 料控制系统是较为理想的选择 下)，粒径在200m以下，有时会出现大块： 自动配料控制系统主要有微机控制系统和计量 ②石膏为块状物料，粒径在100m以下，有时有 备两大部分组成。日前国内的主要生产厂都能提供满 较大粒径： 足生产工艺要求的微机控制系统配套产品，而配料系 ③矿渣为粉粒状物料，有时湿度较大： 统的主体设各 -计量秤的计量精度及其受控性则品 ④粉煤灰为粉状干燥物料。 配料系统的关铝。量影响计量秤计量准确度的因煮主费 1.2各种物料目前的喂料方式 有： ①水泥熟料采用电磁振动给料机隈料，通过人工 ①物料：物料对计量结度的影白主要是物料的料 调节其振幅米改变喂料量的多少： 度和湿度。被计量的物料如粒度过大，对恒速秤会产 ②石膏和矿渣通过人工调节皮带的转速改变其 生太大的冲击力，对调速秤也将增加皮带的运行阻力
自动配料控制系统在水泥磨料过程中的应用 !"# $%%&’()*’+, +- $.*+/)*’( 0&#,1’,2 3+,*4+& 567*#/ ’, 3#/#,* $84)1),* 94+(#77 牛明运（中国长城铝业公司水泥厂，郑州 !"##!$） 关键词：控制 配料 水泥磨料 微机 !"# $%&’(：)%*+&%, -,"*’.*/ )"0"*+ 12&1’1*+ 3.4&%5 4%067+"& 摘 要 对微机在水泥磨料过程中的配料控制作了较为详 尽的介绍，并就自动配料控制系统的设计方案、功能、设备选 型及注意事项等均作了说明。投运结果表明，效果明显。 82(+&14+ %&’ ())*+,(-+./ .0 1+,2.,.1)3-’2 +/ -&’ 4*’/5+/6 ,./-2.* .0 ,’1’/- (42(5(/- )2.,’77 +/ +/-2.53,’5 +/ 5’-(+*8 %&’ 5’7+6/ 7-2(-’9 6:，03/,-+./7，’;3+)1’/- 7’*’,-+./ (/5 ,(3-+./7 .0 -&’ 4*’/5+/6 ,./9 -2.* 7:7-’1 (2’ +**37-2(-’58 %&’ 2’73*- .0 .)’2(-+./ 7&. 以 下），粒径在 =##11 以下，有时会出现大块； " 石膏为块状物料，粒径在 $##11 以下，有时有 较大粒径； # 矿渣为粉粒状物料，有时湿度较大； $ 粉煤灰为粉状干燥物料。 : 8; 各种物料目前的喂料方式 ! 水泥熟料采用电磁振动给料机喂料，通过人工 调节其振幅来改变喂料量的多少； " 石膏和矿渣通过人工调节皮带的转速改变其 喂料量； # 粉煤灰采用螺旋自动调节给料秤，实现粉煤灰 掺加量随其设定值自动调节，均匀喂料。 由上可知：水泥熟料采用电振机喂料，因其温度 高，产量大，使电振机负荷重，能耗高，易损坏。同时， 通过改变电振机电流来调节其振幅，控制下料量的准 确度和可靠性都较差，难以合理控制下料量；石膏采用 皮带调速喂料，因块状物料的分布受其大小、形状的影 响大，分布的均匀性差，仅以通过调节皮带的转速来控 制下料量，其可控性差；矿渣采用皮带调速喂料，因粉 状和粒状物料流性的差异及其分布的不均匀性，很难 通过调节皮带的速度来达到准确、可靠的调节目的；粉 煤灰由于采用了自动控制喂料设备，使其掺加量基本 能够根据其设定值的大小自动调节，实现稳定掺加，但 原设备采用滑差调速电机，因环境粉尘大而使滑差电 机的故障率较高。 ; 自动料比控制系统的实施方案 水泥制备系统的料比配制，主要是根据生产品种 的不同选取相应的矿渣（粉煤灰）及石膏掺加量，再同 水泥熟料按合适的比例配伍后，进入粉磨制备。 ; 8: 实现自动配料的可行性分析 要实现产品质量的稳定，并能够根据不同产品合 理调节配料比，达到较为理想的配料结果，从而降低产 品成本，节能降耗，提高产品质量和经济效益，自动配 料控制系统是较为理想的选择。 自动配料控制系统主要有微机控制系统和计量设 备两大部分组成。目前国内的主要生产厂都能提供满 足生产工艺要求的微机控制系统配套产品，而配料系 统的主体设备———计量秤的计量精度及其受控性则是 配料系统的关键。影响计量秤计量准确度的因素主要 有： ! 物料：物料对计量精度的影响主要是物料的粒 度和湿度。被计量的物料如粒度过大，对恒速秤会产 生太大的冲击力，对调速秤也将增加皮带的运行阻力， @? 《自动化仪表》第 == 卷第 $$ 期 =##$ 年 $$
甚至产生卡培现象。水分过大时，还会使物料粘附到 3系统的组成及功能 皮带上，从而引起较大的零点漂移： ②传感器：其主要影响是：振动、环境温度和湿 该系统采用1台微机同时控制4种物料 度、定向的热源、风源、强磁场、强电场等。信号传输线 3.1系统组成 较长时（一般长于30m)应采取相应的补供和抗干扰措 该系统主要由1台主控工业控制计算机，计量得 体和称重传感器、各台秤的调速装置，即变频器以及显 ③机加工部分：它是影响计量精度的主要原因」 示器、建盘等组成（见图1）。 称量框想、称量托据、主从滚简等应确保加工精度和安 装精度。宽度一定、厚薄均匀、两边环长相等、柔性好 a网一田田 的皮带均有利于计量准确度的提高 a丽 ④配套设备：对于恒速秤，应选用额定流量两倍 目 于秤的电振机，以使其给料特性在较宽的范围内平直 采用从动轮受料方式，保持落料点位置不变，落差控制 在30m以内，且应降低电网电压波动，并避免料仓重 量直接作用于电振机料槽上，否则对电报机的给料特 图1系统组成框图 性会有极大影响。对于调速秤使用的给料斗，应注意 2工作原理 或小物料粒度，实践证明大块物料经常分布在给料 的四角，并发生卡培，增加皮带运行阻力，引起皮带张 根根生产要求，通过排盘拾入机合时产量及) 力变化，从而带来较大的计量误差。 磨各种物料的比例 由计算机计算出各种物料的给 秤体上的 2.2 设各洗 下料量通过各自拜体上的称重 由上分析可知，要获得可靠性、准确度高 计算机都， 各秤的 尘大电要有可 微机控制系 电 与久自的给 因 扰能力和对环境活应能力强的 算 吸料量跟随 定值合 目的，原理图 的生际情况（物料特性及 分述 水泥熟料的计量宜采用链 泥 4为块粒状 度 ,流量范 10 无需供料设备 且有自动调 能，可有效地克服积尘对计量精度的影响 现场安装空间的限制，不宜选用链板秤（安装空间要 较大)，而选用圆盘释 石膏和矿渣的下料仓口距离磨机的限料口较远 >2.5m),且为粉粒状，易产生扬尘，故宜选用调速 支带秤。调速式皮带秤具有噪音低、扬尘小、调节范围 图2工作原理图 大，勿需供科设备等优点。但其易受外界环境干扰、设 备磨损，老化等影响，物料湿度较大时易产生零漂，但 3.3系统功能 较恒速秤优越（无需供料设备，扬尘小）。也可采用核 ①实时设定台时产量、配料比，并可随机修政： 子秤，但核子秤标定困难，计量误差大。通过分析比 @方便地实现任意物料组合的配料，以满足不同 较，选用稳定性和可靠性都较高的仿申克皮带秤。 产品的料比设定： 粉煤灰仍采用现在的螺旋自动调节给料秤，但应 ③可自动校零，降低因积尘及设备磨损对计量准 将目前使用的滑差电机调速改为变频调速，以减小因 确度的影响： 粉尘大而引起故障率高等问愿。 (下转第7页) 37
甚至产生卡堵现象。水分过大时，还会使物料粘附到 皮带上，从而引起较大的零点漂移； ! 传感器：其主要影响是：振动、环境温度和湿 度、定向的热源、风源、强磁场、强电场等。信号传输线 较长时（一般长于 !"#）应采取相应的补偿和抗干扰措 施； " 机加工部分：它是影响计量精度的主要原因。 称量框架、称量托辊、主从滚筒等应确保加工精度和安 装精度。宽度一定、厚薄均匀、两边环长相等、柔性好 的皮带均有利于计量准确度的提高； # 配套设备：对于恒速秤，应选用额定流量两倍 于秤的电振机，以使其给料特性在较宽的范围内平直。 采用从动轮受料方式，保持落料点位置不变，落差控制 在 !"## 以内，且应降低电网电压波动，并避免料仓重 量直接作用于电振机料槽上，否则对电振机的给料特 性会有极大影响。对于调速秤使用的给料斗，应注意 减小物料粒度，实践证明大块物料经常分布在给料斗 的四角，并发生卡堵，增加皮带运行阻力，引起皮带张 力变化，从而带来较大的计量误差。 ! $! 设备选型 由上分析可知，要获得可靠性、准确度高的微机配 料系统，首先要有可靠的微机控制系统。因现场环境 粉尘大，电磁扰动大，电网电压波动大，因此选用抗干 扰能力和对环境适应能力强的工业控制计算机。其 次，要选用符合物料特性、可靠性高的计量秤。根据我 厂的实际情况（物料特性及现场安装空间），分述于下： 水泥熟料的计量宜采用链板秤或圆盘秤。水泥熟 料为块粒状且温度高，而链板秤或圆盘秤的特点为对 物料的“颗粒”和“分布状态”无限制，耐高温，流量范围 宽，速比大（可达 %& %"），无需供料设备，且有自动调零 功能，可有效地克服积尘对计量精度的影响。但由于 现场安装空间的限制，不宜选用链板秤（安装空间要求 较大），而选用圆盘秤。 石膏和矿渣的下料仓口距离磨机的喂料口较远 （ ’ ()*#），且为粉粒状，易产生扬尘，故宜选用调速式 皮带秤。调速式皮带秤具有噪音低、扬尘小、调节范围 大，勿需供料设备等优点。但其易受外界环境干扰、设 备磨损、老化等影响，物料湿度较大时易产生零漂，但 较恒速秤优越（无需供料设备，扬尘小）。也可采用核 子秤，但核子秤标定困难，计量误差大。通过分析比 较，选用稳定性和可靠性都较高的仿申克皮带秤。 粉煤灰仍采用现在的螺旋自动调节给料秤，但应 将目前使用的滑差电机调速改为变频调速，以减小因 粉尘大而引起故障率高等问题。 " 系统的组成及功能 该系统采用 % 台微机同时控制 + 种物料。 " $# 系统组成 该系统主要由 % 台主控工业控制计算机、计量秤 体和称重传感器、各台秤的调速装置，即变频器以及显 示器、键盘等组成（见图 %）。 图 % 系统组成框图 " $! 工作原理 根据生产要求，通过键盘输入磨机台时产量及入 磨各种物料的比例。由计算机计算出各种物料的给定 值。秤体上的实际下料量通过各自秤体上的称重传感 器将信号送入计算机，同时各秤的转速信号也送入计 算机。计算机根据称重的速度信号计算出各种物料的 实际喂料量，并与各自的给定值进行比较。根据其比 较结果调节其计量秤的转速，实现实际喂料量跟随其 给定值的目的，原理图如图 ( 所示。 图 ( 工作原理图 " $" 系统功能 $ 实时设定台时产量、配料比，并可随机修改； ! 方便地实现任意物料组合的配料，以满足不同 产品的料比设定； " 可自动校零，降低因积尘及设备磨损对计量准 确度的影响； （下转第 +, 页） !
(上接第7页) ④眼时产量与班产量打印、过录】 ①应亚格游率计量设然的使用条体，不可可随意 ⑤通过键盘操作来实现对设备状态的控制，方使 变其使用性能。特别是其负荷条件，决不能随意增大 操作， 社称面伤荷而影量计量结度，甚至提坏秤体， ⑥具有自诊断功能，断料、缺料报警 ②不要随意踩踏计量秤体，以免损坏秤体和传感 ⑦自动和手动的切换。 ③注意环境洁洁，尽量减少因粉尘大而影响设会 4效果及结论 的正常使用。 该系统投入运行后，大大改善我厂目前水泥磨配 的无序状况，提高了产品的品级率及品级合格率和水泥 】赵介山，等.地方水花生料微机配料的技术关键.水花技术，1999(6 质量的稳定性，克服了因配料误差大而出现的生产品种 收格日期：01-0210 不可预计的矛盾，提高了计量，管理水平和设各的效率 但应注意以下问题： 控振统的生年作业于南京化工动力专特学校 47
!" ! !" " # $ #$!%" $ #&!% %" $ #’ %"， %"!! !" " # $ #$!%" $ #&!% %"， %" & { ! 式中：!%" ! %" " %" " #；!% %" !!%" "!%" " #；#$，#’ 及 #& 分别为控制器的比例、积分、微分系数；!为积分作用 门限值，其值需根据控制精度在调试时最后确定。 ’ (% (% 模糊 )*+ 控制算法 因篇幅限制，略去介绍，具体算法请见参考文献 ［’］。 ! (" 系统软件 本系统软件采用 ,-. ( / 编制而成，它分为设计与 观察两个主界面组成。系统刚开机运行时，先进入设 计主界面，此时各点温度实际值与设定值相差很大，系 统温度会逐步向设定值方向上升。此时炉体还未达到 稳定状态，界面上可显示各点温度、速度的实际值与设 定值的图形与数值表格，并可通过菜单，修改设定值、 报警值上下限、控制参数，选择加热点、显示 0 打印历史 曲线、查看报警原因等；待炉体状态稳定后（实际值与 设定值一致），可按下开关，进入观察主界面，在此界面 上报警被启动，即若温 0 速度超限或热电偶损坏，系统 将声光报警，也可显示各点温度、速度的实际值与设定 值的图形与数值表格，但通过菜单只可显示 0 打印历史 曲线、查看报警原因等，不能修改及打印数据。此主界 面一般可让现场工人使用，而设计主界面一般只让技 术人员调试时使用。从观察主界面输入正确的密码也 可再进入到设计主界面。图 % 为系统的主设计界面。 本系统每隔 12 对各通道的温 0 速度采样 # 次，并 进行数字滤波、标度变换、参比端补偿、控制算法计算、 控制信号输出；每隔 12 对显示器上的温度、速度的实 际值、设定值的图形及数据表格更新一次；每隔 #345 存储 # 次实际温度、速度的值，以备显示打印历史数据 时使用。 图 % 系统的主设计界面 # 系统运行情况 本系统已于 %/// 年 #% 月 %# 日通过江苏省科委组 织的技术鉴定，并已在盐城燕舞新实业电真空有限公 司等单位实际使用。一年多来，运行情况良好，系统控 温精度高，性能稳定，抗干扰能力强，经济效益明显。 据该系统使用后的统计，产品合格率提高 67，预计年 增加效益 8/ 万元。 参考文献 # 程启明等(惯导平台温度的单片机 )9: 控制系统(中国惯性技术 学报，#;;8，（. #）：#/ < #’ % 程启明(锤熔烧结过程的主从微机模糊控制系统( 电子测量与仪 器学报，#;;.，#（/ #）：1. < .# 6 程启明，等( 8/;8 单片机控制电阻炉温度系统( 电子技术应用， #;;’，（%）：% < 1 ’ 程启明，等(船舶操纵的自整定 )*+ 参数模糊控制器研究(船舶工 程，#;;=，（’）：’1 < ’8 收稿日期：%//# " /% " %.。 第一作者程启明，男，#;.1 年生，#;8’ 年毕业于苏州大学，#;88 年于 浙江大学获硕士学位，副教授；从事自动控制理论与应用微机测量与控 制等方面的研究工作，发表论文 ;/ """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 余篇。 （上接第 6= 页） " 瞬时产量与班产量打印、记录； # 通过键盘操作来实现对设备状态的控制，方便 操作； $ 具有自诊断功能，断料、缺料报警； % 自动和手动的切换。 ! 效果及结论 该系统投入运行后，大大改善我厂目前水泥磨配料 的无序状况，提高了产品的品级率及品级合格率和水泥 质量的稳定性，克服了因配料误差大而出现的生产品种 不可预计的矛盾，提高了计量、管理水平和设备的效率。 但应注意以下问题： & 应严格遵守计量设备的使用条件，不可随意改 变其使用性能。特别是其负荷条件，决不能随意增大 其称重负荷而影响计量精度，甚至损坏秤体； ’ 不要随意踩踏计量秤体，以免损坏秤体和传感 器； ( 注意环境清洁，尽量减少因粉尘大而影响设备 的正常使用。 参考文献 # 赵介山，等(地方水泥生料微机配料的技术关键(水泥技术，#;;（; .） 收稿日期：%//# " /% " #/。 作者牛明运，男，#;.1 年生，#;8= 年毕业于南京化工动力专科学校； 从事仪表及自控系统的运行和维护工作。 ’=