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在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，必須按照工藝要求，按一定比例配置物料。例如，按比例將石灰石、砂、鋁礬土、氧化鐵等物料送入原料（生料）粉磨，將石膏、煤渣、熟料按比例送入水泥粉磨。如果物料配比失當(dāng)，將造成水泥質(zhì)量低劣或報(bào)廢。因此，水泥生產(chǎn)要求其配料系統(tǒng)必須計(jì)量準(zhǔn)確、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)、安全可靠，自動(dòng)化程度高。

1自動(dòng)配料系統(tǒng)的基本功能與特點(diǎn)
自動(dòng)配料系統(tǒng)有如下功能：自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤和鍵控調(diào)零功能；實(shí)物標(biāo)定和實(shí)物檢驗(yàn)功能；掛碼標(biāo)定和掛碼檢驗(yàn)功能；在調(diào)零、實(shí)物標(biāo)定、實(shí)物檢驗(yàn)、掛碼標(biāo)定、掛碼檢驗(yàn)時(shí)，自動(dòng)按皮帶整圈進(jìn)行，不會(huì)因?yàn)槠Р痪鶐?lái)誤差；可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，軟件采用容錯(cuò)技術(shù)，實(shí)時(shí)自檢和修正數(shù)據(jù)；先進(jìn)的斷電保護(hù)功能，在斷電情況下機(jī)內(nèi)的累計(jì)量、參數(shù)和時(shí)間日期都不會(huì)丟失；菜單提示操作方式；兩級(jí)密碼安全系統(tǒng)；方便的聯(lián)網(wǎng)功能；接口多，有Rs-232、Rs-485和打印接口，4~20mA輸入、輸出接口，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出、噸脈沖輸出接口等，可與計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)連接，把計(jì)量數(shù)據(jù)方便地送到網(wǎng)上各個(gè)工作站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
2自動(dòng)配料系統(tǒng)工作原理
研制的、已在蘭州榆中縣干草水泥廠生產(chǎn)線上正常運(yùn)行的水泥自動(dòng)配料系統(tǒng)，由6臺(tái)配料皮帶秤及其稱重顯示控制器、傳感器、供橋板和供電系統(tǒng)組成。系統(tǒng)原理如圖1所示。

采用ICS-XF型單通道兩托輥配料皮帶機(jī)，該機(jī)穩(wěn)定可靠，外協(xié)件和外購(gòu)件都選用國(guó)內(nèi)外具有先進(jìn)工藝技術(shù)的廠家產(chǎn)品，以保證配料系統(tǒng)的安全可靠。稱量顯示控制器的數(shù)據(jù)采集電路采集的物料質(zhì)量信號(hào)和皮帶速度信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)，由Rs-485輸送去控制變頻器，從而控制皮帶機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速與皮帶速度，達(dá)到控制物料流量的目的。
2.1計(jì)量系統(tǒng)工作原理
當(dāng)配料秤上物料通過(guò)秤架上方時(shí)，物料質(zhì)量通過(guò)托輥壓在質(zhì)量傳感器上，傳感器輸出信號(hào)與物料成正比[l]。將其折算為單位皮帶長(zhǎng)度上的物料平均質(zhì)量Gi（/kg·m-l）。同時(shí)，速度傳感器測(cè)出當(dāng)時(shí)的皮帶運(yùn)行速度⑦i（/m·s-l），由此計(jì)算出當(dāng)時(shí)皮帶上物料的瞬時(shí)流量（/kg·s-l），將它累加起來(lái)，得到總的物料輸送量m，其表達(dá)式如下

實(shí)際稱量中，Gi包含皮帶和托輥的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，即動(dòng)態(tài)皮重，因此實(shí)際計(jì)算中使用式中，K為量程系數(shù)（即單位變換系數(shù)）。在稱重顯示控制器中，處理器每s計(jì)算一次瞬時(shí)流量，然后將瞬時(shí)流量逐次累加起來(lái)，累加3600次就是h流量值，即lh物料累計(jì)量。

動(dòng)態(tài)零點(diǎn)值（Zi）的求取。在皮帶運(yùn)行過(guò)程中，由于皮帶薄厚不均，加上皮帶抖動(dòng)的影響等因素，使皮重（零點(diǎn)值）隨時(shí)變化，所以選取空皮帶運(yùn)行一周的平均質(zhì)量值為零點(diǎn)值。動(dòng)態(tài)零點(diǎn)值的求取過(guò)程稱為調(diào)零。調(diào)零可以人工按鍵指令微處理器，由程序完成，也可以自動(dòng)進(jìn)行，微處理器對(duì)輸入信號(hào)（質(zhì)量信號(hào)和速度信號(hào)）判斷后，當(dāng)皮帶上沒(méi)有物料時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零。
量程系數(shù)的求取。量程系數(shù)值關(guān)系到稱量值的量程系數(shù)的求取。量程系數(shù)值關(guān)系到稱量值的行標(biāo)定，以取得正確的量程系數(shù)。通常是以一定數(shù)量的物料或標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)配料秤進(jìn)行標(biāo)定，稱為實(shí)物標(biāo)定和掛碼標(biāo)定。當(dāng)一定數(shù)量的物料通過(guò)配料秤后，用鍵盤(pán)輸入物料的質(zhì)量值，微處理器便計(jì)算出量程系數(shù)值。如果沒(méi)有條件進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定，也可采用掛碼標(biāo)定方式，砝碼代替物料，當(dāng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)一定圈數(shù)后（事先設(shè)定），微處理器便計(jì)算出量程系數(shù)值。
2.2P1D調(diào)節(jié)原理
自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)置有PID自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，其工作原理如圖2所示。

式中：e(t)為設(shè)定流量與實(shí)測(cè)流量的偏差；Ti為積分時(shí)間；Td為微分時(shí)間；Kp為放大倍數(shù).

配料系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對(duì)象是物料流量，流量調(diào)節(jié)配料系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對(duì)象是物料流量，流量調(diào)節(jié)對(duì)象響應(yīng)靈敏，而且存在著規(guī)則或不規(guī)則的干擾信號(hào)[2]，若采用微分作用，一般會(huì)使干擾得以加強(qiáng)，因此在設(shè)置PID時(shí)，可以不采用微分作用，只采用以積分為主導(dǎo)作用的PI調(diào)節(jié)，即比例范圍較大，積分時(shí)間較短。
實(shí)踐表明，這種PI調(diào)節(jié)方式能夠消除調(diào)節(jié)系統(tǒng)的殘余偏差。這種方式是一種無(wú)定位式的調(diào)節(jié)方式，即是調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出在任何一點(diǎn)都能穩(wěn)定下來(lái)，當(dāng)設(shè)定流量與實(shí)測(cè)流量不相等時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出就將繼續(xù)增加或減少，最后使設(shè)定值與實(shí)測(cè)值一致，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出便穩(wěn)定下來(lái)。即其穩(wěn)定條件就是設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的偏差等于零。
這種無(wú)定位特性也可以從數(shù)學(xué)分析中得到。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)的輸出

式（2）表明U（r）是e（r）與T的函數(shù)。由于e（r）
為有限變量，它在有限時(shí)間內(nèi)的積分也必為有限量，其大小與0至T這段時(shí)間內(nèi)的變化有關(guān)，沒(méi)有一個(gè)確定的數(shù)值，這就是無(wú)定位特性。當(dāng)設(shè)定流量與實(shí)測(cè)流量的偏差為0的這一條件滿足了，PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)就穩(wěn)定在與設(shè)定流量相適應(yīng)的數(shù)值上。
采用l6位微處理器比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的靜態(tài)調(diào)節(jié)誤差與微處理器、采樣周期和積分時(shí)間相關(guān)，誤差為

式中：8為靜態(tài)調(diào)節(jié)誤差；7i為積分時(shí)間；7為采樣周期；n為微處理位數(shù)。
3幾種主要電路的設(shè)計(jì)
3.1質(zhì)量通道電路
質(zhì)量通道電路原理如圖3所示。

質(zhì)量傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)電容濾波器輸送給運(yùn)算放大器AD624AD進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為200倍，將信號(hào)放大為0-8V的電壓信號(hào)，送到電壓/頻率變換器（0D816L）進(jìn)行壓頻變換，變換成0-80kHz的頻率信號(hào)，經(jīng)GN137光電隔離級(jí)輸送到施密特觸發(fā)器（sN74HC14N），信號(hào)被整形反相后送入微處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。
AD624AD是一個(gè)可控放大倍數(shù)的運(yùn)算放大器，當(dāng)4個(gè)質(zhì)量傳感器串聯(lián)時(shí)，運(yùn)算放大器放大倍數(shù)應(yīng)為100，2個(gè)串聯(lián)時(shí)應(yīng)為200，而系統(tǒng)使用1個(gè)質(zhì)量傳感器時(shí)為500。
3.2速度通道電路
速度通道電路原理如圖4所示。

采用光電式速度傳感器，安裝在減速器的端面，速度傳感器的輸出脈沖信號(hào)經(jīng)MC1458P整形電路后，形成-15-+15V的脈沖，該信號(hào)通過(guò)隔離電路6N137和反相器sN74HC14ND送入微處理器80C196進(jìn)行計(jì)數(shù)和后處理。
3.3供橋電路
供橋電路原理如圖5所示。

來(lái)自稱重顯示控制器的AC36V電源經(jīng)橋式整流后，送入LM7815和LM7905，為質(zhì)量傳感器提供工作電源，可以方便地調(diào)節(jié)質(zhì)量傳感器的靈敏度。
4電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
電氣控制系統(tǒng)的原理如圖6所示.

三相電源U，V，w經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)01和交流接觸器KM1給變頻器BP供電，變頻器由來(lái)自Rs-485的流量控制信號(hào)控制，輸出電壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)M，電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)減速器減速后，帶動(dòng)配料秤運(yùn)行。配料秤運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，變頻器將向中控室（中央控制室）發(fā)送配料設(shè)備應(yīng)答信號(hào)，當(dāng)配料秤發(fā)生故障時(shí)，變頻器將向中控室發(fā)送故障信號(hào)，U相電源另一路，經(jīng)交流接觸器KM7給散熱風(fēng)扇電機(jī)供電。w相電源經(jīng)熔斷絲F和按鈕開(kāi)關(guān)ssTP后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)指向“運(yùn)動(dòng)”時(shí)，即配料系統(tǒng)由中控室控制，來(lái)自中控室的DC24V電壓經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)向中控室輸送配料設(shè)備備妥信號(hào)，中控室收到該信號(hào)后，給出AC220V起動(dòng)電源，于是交流接觸器KM1和KM7的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，變頻器帶電工作，輸出電壓帶動(dòng)配料秤電機(jī)啟動(dòng)，配料秤運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器向中控室發(fā)送配料設(shè)備應(yīng)答信號(hào)。
當(dāng)配料秤皮帶跑偏，接觸接近開(kāi)關(guān)sL1或sL2時(shí)，接近開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷電源，配料秤停機(jī)，變頻器向中控室發(fā)送故障信號(hào)。
5結(jié)束語(yǔ)
所研制的自動(dòng)配料系統(tǒng)在蘭州甘草水泥廠生產(chǎn)線安裝運(yùn)行近一年的記錄表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理周密，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精確平穩(wěn)，與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品比較，有不少技術(shù)創(chuàng)新，如：將質(zhì)量傳感器和供橋板密封在框架C形梁內(nèi)，防塵、防水，保證了計(jì)量精確度；供橋電源采用二次精密穩(wěn)壓，為質(zhì)量傳感器提供工作電源，可以方便地調(diào)整傳感器的靈敏度。系統(tǒng)采用無(wú)秤架結(jié)構(gòu)，計(jì)量托輥直接壓裝在帶保護(hù)裝置的質(zhì)量傳感器上，不受傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響，不會(huì)因?yàn)槲锪峡ㄈ蛹苡绊懹?jì)量精度，而且?guī)缀鯖](méi)有積灰面積，因此皮帶秤零點(diǎn)可以較長(zhǎng)期保持不變，無(wú)需頻繁調(diào)零。

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