計算機控制系統在水泥配料中的應用

岳雄偉

（神華準格爾能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯市 010300）

計算機控制系統在水泥配料中的應用

岳雄偉

（神華準格爾能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯市 010300）

隨著我國經濟高速發展，水泥在國民經濟中的作用越來越大。水泥生產中，水泥生料的配制是影響水泥質量和產量的重要環節。為了提高水泥生料配制質量，采用水泥生料配料計算機控制系統，用計算機進行數據計算和監控，對配料過程進行實時控制。采用電磁調速，實現了無級調速，裝置簡單。生料配料中核子秤、生料化學成分比值法的應用，使得配料過程計量準確、精度較高。

水泥生料；電磁調速；核子秤

1 引言

本系統是用工業計算機進行水泥生產中生料配料的精確控制。計算機完成配料參數的輸入、計算、顯示和控制信號的輸出等功能；調速部分采用電磁調速，裝置簡單，可實現無級調速；核子秤和生料化學比值法的應用，使得配料過程計量準確，精度較高。水泥生料配料計算機控制系統能實現在線控制，大大提高了水泥生料的質量。

2 水泥生料配料簡介

根據水泥品種、原料的物理、化學性能與具體的生產條件，確定所用原料的配合比，稱為生料的配合，簡稱配料。合適的配料方案既是工藝設計的依據，又是生產的保證。

水泥生料生產的配料工作是一個非常重要的工作，生料配料的好壞決定了熟料的燒操作，決定了熟料的質量。水泥廠現在一般采用電子皮帶秤配料，配好的混合料通過磨機混磨后，由熒光分析儀分析生料的化學成分并把化驗結果輸送給微機控制系統，微機控制系統對分析結果進行處理并與目標值對比，輸出新的配料比給配料控制器，由配料控制器調整各種物料在總量中所占的百分比，保證出磨的生料的化學成分是合格的。在配料過程中，影響生料質量不穩的原因有：

（1）生料配料時原料未經烘干，水分波動較大，對于粘滯性物料，下料不暢，料層不穩；計量秤的準確性、穩定性缺乏及時有效的監控方法。

（2）配料控制調節不當。生料成分的控制采用CaO、Fe2O3的例行檢驗，操作人員在調節成分時配比設置不當，促使了生料成分的波動。

基于以上因素，在配料過程中應加強配料現場管理，配料過程要保證物料的連續性和料層的穩定。此外，還要健全配比抽查制度，除每班對生料配比兩次瞬時流量抽查外，增加班累計物料配比的計算，將瞬時配比、平均配比與化驗結果結合起來。分析配比及生料成分的相關性，以此判斷出磨生料質量及計量設備的可靠性。

3 水泥生料配料計算機控制系統

控制系統原理框圖如圖1所示。工控機對系統的運行情況進行監控，根據工藝要求，計算出水泥各生料的質量比。以CaO為標準，設定其皮帶為主皮帶，并且主皮帶速度視為恒定。通過質量關系計算出其余三種物料所在皮帶的速度。以一條皮帶為例，工控機將該皮帶速度轉變為標準電流（電壓）信號U*，控制器將U*變為滑差電機轉速，電動機帶動皮帶轉動輸送物料。核子秤檢測皮帶上物料的流量，電離室輸出與流量唯一對應的實際電壓值U。工控機接收到電壓信號U，按對應關系可求出物料流量，對流量進行積分可以得出物料累計質量。與標準值比較得到一個輸出的控制信號，控制器根據控制信號控制電機的轉速，使皮帶的速度發生相應的變化，從而實現對物料含量的控制[1]。

圖1 系統原理框圖

水泥生料配料中，多種物料配比，采用這種子系統控制各物料的量，然后用一條專門皮帶混合這些物料，可實現高精度的物料配比要求。具體的控制原理圖如圖2所示。

圖2 多種物料配比原理框圖

系統中的計算機主要完成配料參數的輸入、計算、顯示及控制信號的輸出等。調速部分采用電磁調速裝置，是由控制器、鼠籠式異步電動機以及電磁轉差離合器組合而成。為改善調速系統的運行特性，常加上測速負反饋以形成反饋控制系統，改善調速系統的機械特性。

4 系統硬件電路設計

4.1 控制器硬件電路設計

DK-2B型控制器是JZTy型或YCT型測速電動機的直接控制單元。它直接與一臺電磁調速電動機連接。可以通過面板上的主令電位器或接受（或）4～20mA（或1～5V）的自動信號，對這臺電機進行寬范圍的無級調速。利用面板上的“手動—自動”切換開關和指示手動、自動信號的條形電表，可以實現手動、自動之間無擾動的切換。從面板上的轉速表可以直接讀出調速電機的轉速[8]。

從方框圖3可知，DK-2B型控制器的電路是由半波可控整流電路、脈沖移相觸發電路、手動給定信號電路和速度負反饋電路等環節構成。主回路輸出直流電壓大小決定勵磁電流的大小，從而改變晶閘管V1的觸發角α就可以改變勵磁電流大小，達到控制電機轉速的目的。由于速度負反饋的作用，使電磁調速電機實現了恒轉矩無級調速[9]。

圖3 控制器方框圖

4.2 電磁轉差離合器調速系統的組成電磁轉差離合器調速系統如圖4所示。

圖4 具有速度負反饋的電磁轉差離合器調速系統

電磁調速的優點：（1）調速范圍廣，速度調節均勻、平滑。（2）具有速度負反饋自動調節系統，機械特性硬度高。（3）控制系統簡單，控制功率小。（4）可以多臺電機進行同步控制。

4.3 皮帶速度的確定及調整

水泥生料中的四種物料所占的成分均不相同，即運載四種物料的皮帶速度也各不相同。因CaO所占比例最大，以運載CaO的皮帶為主皮帶，視為恒速。調節其余三條皮帶的速度來改變四種物料的成份比值。其余三條皮帶的速度按其物料與CaO的比例關系來確定。

物料的質量由核子秤檢測，若某時刻檢測結果顯示某種物料的含量超過或低于標準值，控制器就會增大或減小該物料所對應電動機的轉速，同時皮帶的線速度也會隨著轉速的變化相應地減少或增大來改變物料的量，及時使該物料的含量達到工藝要求。

設在某時刻由核子秤測出Fe粉的質量少了Δmkg，要求在T時間內使鐵粉質量達到工藝要求。就要調整運載Fe粉皮帶的線速度，電機轉速變化量的大小的確定方法如下：

假設條件：電動機轉N轉皮帶走過的長度為S（m），漏斗口物料的流量Q（m3/min），調速前Fe粉皮帶的線速度為v（m/min）

T時間內，漏斗口下放Fe粉的體積為：QT

調速前，T時間內皮帶所走的長度為vT

4.4 核子秤的結構組成及工作原理

4.4 .1 核子秤的組成

（1）源部件：產生γ射線的裝置，它包括γ射線源及防護鉛罐；（2）支架：A型支架或龍門支架；（3）傳感器：由電離室、前置放大器及恒溫裝置組成；（4）測速裝置：有模擬量輸出和脈沖輸出兩種。

4.4 .2 核子秤的工作原理

核子秤是用于測量輸送機內連續通過的散狀物料的流量及累計量的一種計量設備。它利用核輻射測量裝置獲得某一時刻輸送機內單位長度上的物料重量，通常稱該量為負載或負荷。利用測速裝置測到物料的運動速度，將此兩路信號進行處理從而求出物料的流量及累計量。所以，電離室輸出的電信號反應了輸送機上物料的數量，按照一定數學模型進行運算，就可測出物料的質量[3]。

5 結論

水泥生料質量決定了水泥質量，所以水泥生料的配制至關重要。本設計采用的水泥生料配料計算機控制系統中，由計算機完成配料參數的輸入、計算、顯示、控制信號的輸出及監控等功能，速度快、計算準確，可大大提高生料質量。稱量部分采用核子秤可以在線連續計量，測量精度高，解決了對固體粉狀物體測量不準確的問題。調速系統采用電磁調速，引入了轉速負反饋，可以實現無級調速。水泥生料計算機控制系統較人工配比，具有計算速度快、精度高、實時性好，減少了操作人員的工作量，提高了工作效率，生料配比的質量也有很大的提高。

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TP273

A

1003-5168(2014)03-0094-02

岳雄偉(1973—)，男，內蒙古鄂爾多斯市人，本科，工作于神華準格爾能源有限責任公司。