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0引言
核實(shí)施運(yùn)行過程中產(chǎn)生的放射性低放固體廢物需要進(jìn)行水泥固定整備，形成穩(wěn)定的廢物包，便于運(yùn)輸存儲(chǔ)。在水泥灌漿過程中，水泥配方及添加量的控制對(duì)廢物包的抗壓性、凝固性等性能指標(biāo)有重要影響。在系統(tǒng)運(yùn)行中，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥配料進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)控制。
1配料灌漿系統(tǒng)
在配料下料中，先確定水泥粉和粉煤灰的配方比例，根據(jù)先后順序通過兩個(gè)螺旋輸送機(jī)將配料輸送計(jì)量倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)稱重計(jì)量后輸送到批次混合器內(nèi)，在混合器內(nèi)加生產(chǎn)水，然后啟動(dòng)攪拌槳電機(jī)，攪拌數(shù)分鐘直至均勻，制備好水泥砂漿。水泥砂漿能否滿足廢物包抗壓、凝固要求，計(jì)量準(zhǔn)確性與精度是關(guān)鍵,因此保證稱重設(shè)備計(jì)量精度的穩(wěn)定性就顯得尤為重要o配料下料流程見圖1。

圖1配料下料流程圖

2稱重配比
計(jì)量倉(cāng)配置的4個(gè)載荷感應(yīng)器（稱量模塊）所受壓力信號(hào)，經(jīng)PLC接收、轉(zhuǎn)換、處理，控制上游下料插板閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)水泥粉和粉煤灰的定量配比。詳細(xì)配料過程如下：
先啟動(dòng)水泥粉螺旋輸送器，打開插板門，水泥緩沖倉(cāng)的水泥干粉依靠重力及倉(cāng)體振動(dòng)裝置、內(nèi)部硫化器雙重振動(dòng)推動(dòng)下，向計(jì)量倉(cāng)快速投料，當(dāng)計(jì)量倉(cāng)內(nèi)的重量為70kg時(shí)，改為慢速投料，重量達(dá)到88kg時(shí)，關(guān)閉水泥粉螺旋輸送器及相應(yīng)閥門。再啟動(dòng)粉煤灰螺旋輸送器，打開插板門，向計(jì)量倉(cāng)內(nèi)快速進(jìn)料。當(dāng)重量為300kg時(shí)，再慢速投料，重量為352kg時(shí)，關(guān)閉粉煤灰螺旋輸送器及相應(yīng)閥門，配料過程結(jié)束，配方完成。
3重量檢測(cè)與變送
為實(shí)現(xiàn)物料計(jì)量的準(zhǔn)確性，在計(jì)量倉(cāng)設(shè)計(jì)三個(gè)支撐點(diǎn)，每個(gè)支撐點(diǎn)安裝1只托利多壓式傳感器，傳感器高速釆樣：100次/秒，高分辨率：1/16000,高靈敏度：0.3[iV/d。
配置一臺(tái)AD-4402稱重顯示器用于重量顯示及變送，稱重顯示器靜態(tài)計(jì)量精度0.25%,動(dòng)態(tài)計(jì)量精度0.5%,控制精度0.5%,稱重顯示器接收3只傳感器的信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部電路放大轉(zhuǎn)換，輸出4-20mA的電流信號(hào)。主要設(shè)置目標(biāo)量、過沖量（慢速）、預(yù)加量（快速）等參數(shù)，然后再設(shè)定由水泥粉、粉煤灰兩種物料組成一個(gè)配方。稱重顯示器的零點(diǎn)范圍信號(hào)、不足信號(hào)、過量信號(hào)、滿倉(cāng)信號(hào)、快投信號(hào)、慢投信號(hào)進(jìn)入PLC。
4計(jì)量精度控制
配料系統(tǒng)精度的誤差主要是落料誤差、稱量誤差和累積誤差。
4.1落料誤差
4.1.1誤差分析
水泥粉螺旋輸送器和粉煤灰螺旋輸送器在旋轉(zhuǎn)時(shí)都具有一定的慣性，不能瞬時(shí)關(guān)斷，同時(shí)粉料出口與計(jì)量倉(cāng)表面有一段距離，因此實(shí)際供料量與配方給定值之間有一差值，造成了落料誤差。
4.1.2降低落料誤差措施
本系統(tǒng)釆用基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的給料誤差補(bǔ)償算法來降低落料誤差。在配料中，當(dāng)稱重重量快要達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置提前量目標(biāo)值時(shí)，稱重顯示器輸出由粗流變細(xì)流，將瞬間的稱重重量稱為預(yù)關(guān)斷點(diǎn)重量，用Wb表示。穩(wěn)定后的實(shí)際重量值稱為預(yù)關(guān)斷穩(wěn)定后重量，用W.表示。將Wa-Wb定義為落差值。設(shè)定合適的落差值是提高控制品質(zhì)的關(guān)鍵。落差值設(shè)定得太小將導(dǎo)致配料誤差增大，而設(shè)定得過大又會(huì)使配料速度變慢。
最常用的落差值設(shè)定方法是人工輸入法和逐次平均法。人工輸入法就是每次配料前，由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸入落差值,在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變動(dòng)后，要重新輸入新的落差值。逐次平均法就是在人工輸入法的基礎(chǔ)上，檢測(cè)控制過程中每一次的實(shí)際落差值，并將檢測(cè)到的落差值和原來設(shè)定的落差值取加權(quán)平均作為新的落差值，這種方法比人工輸入法有較高的適應(yīng)性。其逐次平均法的基本算法如下：
e(N-1)=PV(N-1)-SV(N-1)
.S礦(N)=4-e(N-1)    (1)
W(N)=W(N-1)-[e(/V-1)/SV(N-1)]
式中：e(N-l)表示上次配料產(chǎn)生的偏差；PV(N-l)表示上次實(shí)際配料的測(cè)量值；SV(N)和SV(N-1)為本次及上次配料的理論值；A是由工藝確定的配料設(shè)定常數(shù)值；W(N)和W(N-1)是本次及上次配料停振闋值，其取值范圍在0?1之間。
4.2稱量誤差
4.2.1誤差分析
配料計(jì)量稱量結(jié)果本身與物料配料量真值之間的誤差稱為稱量誤差。其產(chǎn)生原因是由于傳感器未能準(zhǔn)確稱量而產(chǎn)生的。影響稱量精度的因素有：稱重控制器數(shù)據(jù)釆集模塊的精度，傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差，下料的均勻性和沖擊力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滯后氣同時(shí)傳感器安裝不正確、傳感器和測(cè)量電路自身的誤差等原因都會(huì)造成稱量誤差。
4.2.2降低稱量誤差措施
為降低傳感器自身誤差，本配料系統(tǒng)選用高精度傳感器，同時(shí)考慮三只傳感器靈敏度的一致性。因?yàn)閭鞲衅鞒惺苤亓繒r(shí)其傳感器輸出電壓滿足下面以下等式：
Uo=(S*V;*F)/P    (2)
式中：S為傳感器的靈敏度，V,為傳感器的電橋工作電壓，卩為傳感器的量程，F(xiàn)為傳感器所承受的壓力，U。為傳感器承受電壓為F時(shí)的輸出電壓。
從式⑵可以看出，傳感器的輸出電壓與它的供橋電壓V.有關(guān)。在配料時(shí)若V不夠穩(wěn)定，則直接影響傳感器的輸出電壓從而影響配料精度，所以設(shè)計(jì)穩(wěn)定的穩(wěn)壓電路非常重要。
若三只傳感器支承點(diǎn)分布不均，安裝不正確，造成受力不均衡也會(huì)引起稱量誤差。本配料釆用3只傳感器按120。相位在計(jì)量倉(cāng)上均勻分布，在安裝傳感器時(shí)要使傳感器的受力沿著傳感器的軸線方向。傳感器是受壓的，在安裝時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)接觸。
稱重顯示器內(nèi)含測(cè)量電路，將傳感器輸出的電信號(hào)放大。為了解決零點(diǎn)漂移，釆用調(diào)皮電路。調(diào)皮電路的工作原理是：當(dāng)傳感器沒有承受任何重量時(shí)傳感器電橋平衡，輸出電壓為零。當(dāng)計(jì)量倉(cāng)壓在3只傳感器上時(shí)，傳感器有電壓輸出可以通過調(diào)節(jié)調(diào)皮電路使傳感器的電橋重新恢復(fù)平衝，使其輸出電壓為零。這樣做提高了稱量精度。
4.3累計(jì)誤差
單次配料誤差經(jīng)多次累積所產(chǎn)生的誤差稱為累積誤差。累積誤差必須加以控制，否則即使單次配料誤差很小，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，累積誤差會(huì)越來越大。累積誤差可以釆用自動(dòng)補(bǔ)償方法加以控制，即單次配料過程的理論值與實(shí)際值之差作為下次配料理論值的補(bǔ)償量，這樣就消除了由于單次下料不準(zhǔn)引起的累積誤差。
5變頻控制
本配料系統(tǒng)在水泥粉下料時(shí)和粉煤灰下料時(shí)均釆用先塊后慢的動(dòng)態(tài)控制方式，為了提高生產(chǎn)率，降低成本，需要采用全自動(dòng)稱重控制系統(tǒng)氣
兩下料螺旋輸送器都釆用變頻電機(jī)，變頻電機(jī)釆用PLC遠(yuǎn)程控制方式。兩個(gè)變頻器轉(zhuǎn)速都分為快速和慢速兩檔，當(dāng)計(jì)量倉(cāng)重量達(dá)到設(shè)定值，轉(zhuǎn)速由快到慢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
6人機(jī)界面
配料流程監(jiān)控畫面在PLC上位機(jī)觸摸屏上實(shí)現(xiàn)，主要完成控制信息輸入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)等功能。PLC主要完成以下工作：(1)接收傳感器和人機(jī)界面的信號(hào)；(2)處理從現(xiàn)場(chǎng)接收到的指令及數(shù)據(jù)，控制變頻器、螺旋輸送機(jī)運(yùn)行;(3)PLC與人機(jī)界面實(shí)時(shí)通信，保證界面上顯示的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性。
人機(jī)界面采用菜單人機(jī)交互方式。在觸摸屏上可實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)插板門的控制、螺旋輸送機(jī)的啟停、稱重清零、配方啟動(dòng)、卸料啟動(dòng)、配方完成和卸料完成，并可觀顯示螺旋輸送機(jī)的髙速、低速、報(bào)警、故障等運(yùn)行狀態(tài)，以及稱重傳感器的當(dāng)前測(cè)量值。配料系統(tǒng)組態(tài)畫面見圖2。

圖2配料系統(tǒng)組態(tài)畫面

7結(jié)論
隨著核設(shè)施產(chǎn)生的固體廢物的增多，對(duì)物料在線傳送稱重技術(shù)的需求也日益增多，本文從稱重裝置的選型、安裝、落差設(shè)置方法提高動(dòng)態(tài)稱量精度，并通過PLC上位機(jī)控制物料的稱重，實(shí)現(xiàn)雙螺旋輸送機(jī)的變頻控制，不需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作和監(jiān)控。經(jīng)工廠實(shí)踐檢驗(yàn)，該控制系統(tǒng)操作方便、稱量準(zhǔn)確，完全滿足生產(chǎn)需求，具有較好的應(yīng)用前景，同時(shí)也可運(yùn)用其它行業(yè)稱重系統(tǒng)。

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