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本文介紹自動配料系統(tǒng)炭素陽極自動配料系統(tǒng)的設計，控制與應用等知識。
炭素陽極是鋁電解工藝中至關重要的原料。在炭素陽極的生產過程中，各種物料重量的配比準確與否，直接決定了產品質量的好壞。國內目前的炭素陽極配料過程，一般是采用配料車，用人工控制配料下料量的方法。這種方法很難確保配料比例的準確，經常出現(xiàn)在混捏過程中發(fā)現(xiàn)配料有誤差，需要進行補油操作。這樣的后果是影響了電解效率，甚至有陽極斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。同時，由于炭素粉末很細，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣，對配料工人的身體健康構成很大威脅，因此我們設計了配料過程的自動配料控制系統(tǒng)，采用先進的PLC控制技術和配料智能補償算法，運用變頻調速方式控制電機，實現(xiàn)了炭素陽極配料的精確計量和自動配料控制，不僅減輕了工人勞動強度，而且大大提高了炭素陽極的產品質量。

自動配料系統(tǒng)簡介
炭素陽極產品的生產需要經過原料的配料與預碎、原料的煅燒、破碎和篩分、配料方的編制與配料操作、混捏、壓型、焙燒的過程才能最終形成。本系統(tǒng)是其中配料、混捏的過程。
固體炭素材料經破碎、篩分后，得到大小不同的各種力度的物料，存放在不同的儲料倉內。配料就是把各種不同力度、不同性質的材料按一定的比例進行混合的過程。而這一比例的確定，就是所謂配料的編制。把配料操作出來的干料和粘結劑在一定的溫度下混合，捏合成可塑性的糊狀，即為混捏。均勻的混捏，可以使制品的結構趨于完善，性能趨于穩(wěn)定?；炷蟮倪^程在混捏鍋中完成，混捏鍋主要是由雙層鍋體和一對麻花型絞刀以及減速傳動裝置組成，它是間斷性生產的設備，即加料 -混捏 -卸料周期地循環(huán)操作?；炷蟮倪^程分為干混和濕混兩個階段，即先將固體炭素原料顆粒加熱到100℃以上，然后再加入液體瀝青進行濕捏?；炷蟮墓に嚥僮髦饕强刂坪系臏囟群突炷髸r間。
我公司炭素廠原由1、2 # 
自動配料系統(tǒng)均采用電動小車實現(xiàn)配料的方法進行配料。磅稱裝在配料車上，在配料車行進過程中，始終需要操作工在配料車上進行操作，在惡劣的環(huán)境下控制配料車的行進、停止，并根據稱量的指示控制下料量，人為誤差極大。而混捏過程由電器連鎖系統(tǒng)完成，繁瑣的中間繼電器故障率高，不易維護。因此，針對所存在的問題，新增3系統(tǒng)配料的設計采用了自動控制。如圖1所示:
新增3系統(tǒng)配料由自動控制實現(xiàn)生產全流程。原料存放在7個儲料倉內，使用電振給料器控制下料量，料分別下到三個配料倉中。PLC通過模擬量輸入模板，實時采樣監(jiān)測控制配料倉下料。在配料倉下方，采用變頻控制的運輸車，負責將三個配料倉內配置好的原料自動運送到空鍋等待的混捏鍋內。原料在混捏鍋中混捏，由PLC控制時間并自動下油。混捏結束后，拉糊車自動將糊料運送到天車起吊位置，等待天車。

自動配料系統(tǒng)結構及組成

炭素陽極配料自動控制系統(tǒng)選擇了日本三菱MITSUBISHI的A2AS系列PLC作為系統(tǒng)的下位機，上位機選擇惠普工控機，配以美國Intellution 
FIX軟件，該軟件作為一種開放型軟件，具有與多種PLC系統(tǒng)能夠的接口，炭素陽極配料自動控制系統(tǒng)的總貌圖如圖2所示:
PLC自動配料控制系統(tǒng)

配料控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能包括:配料和運輸部分、瀝青下油部分、混捏部分自動控制。每個設備的運行狀態(tài)分為三種:就地、手動操作、自動控制。
就地控制:由操作工在現(xiàn)場扳動切換開關轉入就地操作，PLC不輸出到該設備。
手動控制:在上位機上對設備進行直接輸出。
自動控制:PLC根據連鎖條件自動輸出到設備。

自動配料系統(tǒng)算法設計
自動配料算法由VB語言設計，通過DDE數(shù)據傳送到FIX軟件。生產操作人員在計算機上輸入生產產品類型、各種配料的技術參數(shù)和所陪物料的總重量，計算機能自動計算出各種物料的配比重量，并自動下載到PLC作為稱重控制依據。操作人員也可以在計算機上手工輸入和/或調整各種物料的配比。配料與總重量的修改，僅當本次配料過程結束后方可有效，配料過程中進行的修改不能影響本次配料配比。
配料的原始依據來自篩分的純度結果。將純度值按照要求填入下表，其理論配料方案分別為:
根據理論配料和處理分析結果進行第一次估算(百分比):
+4 +2 +1 -0.5 0.075
P1 P2 P3 P4 P5 
純度物料 +4 +2 +1 +0.5 +0.15 0.025 -0.015
4-2mm A1 A2 A3 A4
2-1mm B1 B2 B3
1-0mm C1 C2 C3 C4 C5
球磨粉　　 D1 D2 D3 D4
E1 E2 E3
配料及計算參數(shù)表
根據理論配料和處理分析結果進行第一次估算(百分比):
4-2料子粒重(G1): G1= P2/A2
2-1粒子料重(G2): G2= P3-G1×A3
球磨粉料重(G4):G4= P5-G5×E3
收塵粉料重(G5): G5=(%1至10%)逐調
1—0粒子料重: G3=1—G1—G2—G4—G5
根據估算結果，帶入負算公式進行自動復算，得出最終重量配比值，作為控制依據。最后進行驗算，驗算結果由下式確定:
G1×A1＜P1 G1×A2+G2×B1≈P2±1
G1×A3+G2×B2+G3×C1≈P3±1
(D3+D4)×G4+(C4+C5)×G3+(E2+E3)×G5≈P4±2
C5×G4+D4×G4+E3×G5≈P5±1
驗算結果合格，則配料計算結果可由配料自動控制程序使用。

自動配料系統(tǒng)的啟動 
和停止由操作工在上位機上進行操作。PLC根據上位機所輸出的配比值，自動控制7個電振給料器的下料量。對于3個配料斗而言，各種物料的下料順序應遵循按照所占比例由大到小的過程依次下料。自動配料過程的過沖量根據給定值與實際值的差值自動動態(tài)調整，最大限度保證配料的精確性。振動給料稱量系統(tǒng)采用二步振料，既快速振料90%后，慢速振料10%。采用微機控制 
整個振料配料過程，根據上一次振料的終值與設定值的之差，進行本次振料值補償。
根據本系統(tǒng)對某物料重復撐量的特點，能利用過去的稱量誤差數(shù)據對未來空間物料量的估計進行補償，保持誤差在最小的范圍內波動。控制算法如下:
振動速度由下式決定:
S1.........SJI>(90%×Wg)
S= S2.........SJI>(90%×Wg)
0 .........SJI=Wg+ε
SJI為第I次采集的數(shù)據，S1為慢振速度，S2為快振速度，令:
C1=90%×Wg 
C2=(1-90%)×Wg
則可得各速度對應下料量:
C1.........ed ＞λ
Y={ C2.........ed ＞λ
0 .........ed ＞ε
當稱量誤差超出不靈敏帶且e△有發(fā)散趨勢時，采用累計補償。開始進入累加補償?shù)姆Q量次數(shù)為X，累積補償持續(xù)到稱量誤差區(qū)域收斂為止。當稱量誤差向e△內收斂時，采用恒值補償，一旦進入不靈敏帶之中，則將補償值清零，不對其進行補償。
[3.5 拉糊小車控制
當處于自動控制的混捏鍋混捏過程完成后，操作人員根據小車上料斗情況，按動確認按鈕，拉糊小車自動運行到相應的混捏鍋下面，等待接料。混捏鍋門關閉以后，小車自動運行到天車起吊位置，等待天車。上述部分全部由PLC自動控制實現(xiàn)。
3.6 專家診斷系統(tǒng)
在本系統(tǒng)中，專家診斷系統(tǒng)在自動控制過程中通過連鎖提示畫面實現(xiàn)連鎖過程提示、連鎖故障診斷以及操作失誤判斷等。該系統(tǒng)由PLC進行判斷，在連鎖示意的畫面上進行顯示，并在報警屏上予以提示。一旦產生連鎖故障，將有相應報警聲響，報警屏有紅色故障提示，操作工可由連鎖示意圖查找故障原因。
3.7 變頻技術應用
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，生產過程對電氣傳動的運行精度要求日益提高，同時也對節(jié)能提出了要求，而變頻調速技術正好能夠滿足此種要求。為了實現(xiàn)自動配料的準確性，本系統(tǒng)7個電振給料機、配料車、拉糊小車均采用了變頻調速。在自動配料系統(tǒng)中，我們選用龍芯616G5A系列電流型變頻器。該系列變頻器除了能滿足調速的要求外，還具有過壓、過流、欠壓、過載、接地等完善的保護功能。
3.8 工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)
在本系統(tǒng)中，采用了四套工業(yè)電視顯示，分別從儲料倉下料過程、配料車配料過程、瀝青下油過程和拉糊小車拉料過程四個方面進行了監(jiān)視。操作工在主控室中可以從各個方位監(jiān)視本系統(tǒng)工藝的全過程，在不去現(xiàn)場的情況下也能完全了解現(xiàn)場生產狀況，避免了控制系統(tǒng)不能控制的一切異常故障的出現(xiàn)。
自動配料系統(tǒng)應用的發(fā)展效益前景
該系統(tǒng)經過現(xiàn)場運行證明系統(tǒng)硬件合理，軟件設計完善，功能齊全，保證了生產過程穩(wěn)定運行，提高了產品的質量和產量，降低了能耗，改善了勞動條件。該系統(tǒng)的應用，填補了國內同行業(yè)計算機自動監(jiān)控的空白，推動了國內碳素陽極自動配料系統(tǒng)技術的進一步發(fā)展，具有十分顯著的經濟效益和社會效益。

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