皮帶定量配料系統在焦粉再利用中的應用

鄭 強，韋宏利

皮帶定量配料系統在焦粉再利用中的應用

鄭 強，韋宏利

基于目前工業廢棄焦粉回收再利用生產過程中生產效率低、配比不準確、生產合格率低等問題，設計了電子皮帶定量配料系統。該系統采用閉環反饋控制與 PID控制相結合的方式來進行物料配比。通過采集安裝有該配料系統的某廠區的現場數據進行驗證，結果表明焦粉回收再利用的生產效率和產品合格率得到極大提高。經過現場調試，系統日產量可達300t/16h，整個過程物料配比精確，滿足焦粉回收再利用的生產要求。

焦粉再利用；定量配料；皮帶控制；PLC；PID；變頻調速

0 引言

焦粉是冶金、化工、電石等生產企業將工業焦炭破碎時產生的一種副產物，因其顆粒小，再加工難度大，燃點低不符合工業生產要求，在過去經常被廢棄。在國家節能減排要求和能源可持續發展政策的引導下，出現了一批工業廢棄焦粉回收再利用企業，通過將廢棄焦粉、煤粉、添加劑、水等按一定比例混合，生產出成型焦粉再利用，拓寬了焦粉的使用途徑，響應了國家節能減排的發展要求。

在工業廢棄焦粉回收再利用生產過程中，目前常采用的手段是人工進行物料添加、配比，由于焦粉再利用生產中對物料配比精確度要求極高，人工添加直接導致了焦粉再利用的生產效率低下、成型率不高等特點。本文即針對此種情況，設計了皮帶定量配料系統，采用可編程控制器，對皮帶進行變頻調速，精確完成物料稱量、配比，生產過程實現全自動化，無需人工干預，極大的提高了企業生產效率與產品成型率。

1 系統工藝流程

工業廢棄焦粉回收再利用生產主要是將焦粉、煤粉、添加劑與水按照一定比例進行混合，混合物經過攪拌機均勻混合后，進入型煤機進行成型，完成型煤生產[1]。物料的定量配比是整個生產過程的關鍵階段，直接關系到產品的成型合格率與生產效率，本文即根據生產要求，設計了皮帶定量配料系統，自動完成整個物料的綜合配比。

焦粉再利用生產所需 3種固體配料物料堆密度接近1kg/m3，分別放在3個筒式儲料倉中，儲料倉下部分別銜接3部皮帶定值給料機[2]，通過定量給料控制器進行稱量，控制皮帶運行速度，將3種物料均勻混合，通過1#輸送皮帶儲存在混合儲料倉中，混合儲料倉通過檢測混合機物料狀況，通過 2#皮帶向混合機添加物料，同時，電磁水閥控制混合機加水量，完成整個生產的物料定量配料與混合過程[3]。整個配料攪拌過程自動完成，無需人工干預，單次配料周期控制在4min以內，皮帶速度控制在0.01～0.5m/s，計量精度優于2%，控制精度優于1%。

2 皮帶定量配料系統結構

煤皮帶定量配料系統主要由四個筒式儲物倉，3部皮帶定值給料機，稱重傳感器，三部定量給料控制器，2條長輸送皮帶，電磁水閥，電磁流量計，可編程控制器，變頻器等設備組成，系統結構如圖1所示：

圖1 皮帶定量配料系統結構

系統中，皮帶定值給料機根據運行速度不同通過稱重傳感器完成焦粉、煤粉、添加劑3種物料的定量計量，經過計量后的物料通過 1#輸送皮帶運輸至混合儲料倉完成原料混合過程，為降低系統成本與控制復雜度，輸送皮帶采用定速運行，3部皮帶定值給料機采用變頻調速運行[4]，皮帶速度根據混合儲料倉倉位變化以及定量給料控制器設定量進行不斷調節。

3 皮帶定量配料系統控制單元設計

工業廢棄焦粉回收再利用皮帶定量配料系統控制單元主要由可編程控制器、變頻器、皮帶給料機電機、定量給料控制器組成[5]，系統通過閉環反饋控制與PID控制相結合的方式，保證參數調節的實時性與穩定性，保證整個焦粉回收再利用生產自動、周期運行。其中皮帶給料機電機為系統的執行單元，可編程控制器與變頻器為系統控制單元，定量給料控制器為系統的檢測變送單元[6]，配料系統控制單元控制原理如圖2所示：

圖2 配料系統控制原理圖

皮帶配料系統主要以混合儲料倉物料重量作為被控量，通過皮帶定值給料機上稱重傳感器將測量重量傳給定量給料控制器，定量給料控制器對3種物料重量進行累計調節。針對配料過程中的3種物料的堆密度、從輸送皮帶下落的沖擊力、皮帶托輥震動、皮帶跑偏修正等因素的影響，整個系統通過引入PID對整個稱重配料過程進行調節，使系統的整個配料計量精度控制在2%以內。

4 皮帶定量配料系統軟件設計

皮帶定量配料系統主要以可編程控制器為系統的控制核心，以定量給料控制器作為系統的檢測變送單元，通過稱重傳感器采集物料的重量信號，用以控制皮帶給料機電機。

系統配料開始，PLC首先控制1#輸送皮帶與2#輸送皮帶定速運轉，同時查看定量給料控制器給定的重量信號，若混合儲料倉中沒有物料，則3部皮帶定值給料機開啟，根據定量給料控制器預先設定的3種物料量，向混合儲料倉開始全速加料，當加料量達到定量給料控制器預設的速度調節閾值時，向PLC發出速度調節指令，PLC通過收到的調節指令開始對變頻器進行調速，以確保物料到達混合儲料倉剛好完成單次加料過程。當混合儲料倉物料加滿后，PLC控制混合儲料倉插板閥開啟，均勻混合后的物料通過 2#輸送皮帶開始向混合機加料，延時一段時間后，PLC控制電磁水閥向混合機進行加水，開始攪拌混合。于此同時，混合儲料倉物料輸送完畢，插板閥關閉，定值給料機開始下一次配料過程。以上過程全部通過PLC自動實現，對物料實現周期性定量配比，系統軟件工作流程圖如圖3所示：

圖3 皮帶定量配料系統軟件流程圖

5 皮帶定量配料系統速度調節

為使整個系統控制精度達到1%以下，對皮帶給料速度的調節至關重要，系統中皮帶速度的調節主要通過 PLC控制變頻器，變頻器對皮帶給料機電機進行有滑動補差的V/f調節。變頻器V/f調節過程如圖4所示：

圖4 皮帶給料機V/f滑動補差速度調節

為變頻器對皮帶給料機電機進行電壓/頻率調節，在皮帶給料機啟動階段0～t1，變頻器通過預設的啟動時間，對電機進行逐漸加速啟動，啟動完成后，使給料機進行全速配料，變頻器工作在最大輸出電壓Vmax下，給料機勻速運行至t2時，變頻器開始減速運行，工作在V/f3狀態下；當給料機到達1/3配料點時，變頻器工作在V/f2狀態；當給料機運行至t6系統慢加料點時，變頻器繼續減速運行至V/f1狀態，并且開始根據3種物料累計量進行PID速度調節；當給料機加料接近完成時，變頻器輸出電壓為最小維持電壓，給料機停止運轉，整個配料過程結束。系統工作各時段皮帶速度實際測定值如表1所示：

表1 皮帶運行各時段速度（m/s）

6 總結

本文針對工業廢棄焦粉回收再利用生產過程中出現的生產效率低、配比不準確等問題設計了皮帶定量配料系統，通過采用皮帶定值給料機和PLC等設備，自動完成焦粉再利用過程中的物料精確配比，經過現場驗證，以每天連續生產16小時計，系統日產量可達到300t/天，極大的提高了焦粉再利用生產效率和產品合格率。

[1] 申明新.中國煉焦煤的資源與利用 [M].北京：化學工業出版社，2007.35-37

[2] 孫國順,張新,齊玫.快速定量裝車站全自動控制系統研究[J].工礦自動化,2011(7):65-67.

[3] 何瑞,賈磊.基于PLC控制的自動配料系統的研究與應用[J].微計算機信息,2007(23)：86-88.

[4] 李嬌.皮帶配料模糊PID控制方法研究[J].工礦自動化，2008(13):36-38.

[5] 徐峰,馬鐵軍,翁家雄.基于現場總線的小料自動配料控制系統[J].農機化研究，2007(5):133-134

[6] 段梅,李新.PLC在混料控制系統中的應用[J].自動化與儀表，2003(7):73-79

Belt Quantitative Batching System in the App lication of The Coke Powder Reuse

Zheng Qiang, Wei Hongli
(Xi’an Technological University, Xi‘an 710032,China)

Based on the low production efficiency, inaccurate proportion, low production rate in the current industrial waste coke powder recycling and reusing process, this paper designed Electronic Belt quantitative batching system. The system adopts the method of closed-loop feedback control combined w ith PID control for material proportioning. Through a verification of on-site data from a factory where installed the Belt quantitative batching system, the results showed that production efficiency and production rate of coke powder recycling and reusing has been increasingly improved. Through a field debugging, the system’s daily output was up to 300 t/16 h. The entire process of material proportion was accurate and has met the production requirement of industrial waste coke powder recycling and reusing.

Coke Powder Reuse; Quantitative Batching; Belt Control; PLC; PID; Frequency Control of Motor Speed

TP273

A

2014.05.09）

鄭 強（1988-），男，山西省臨汾市，西安工業大學，碩士研究生，研究方向：自動化與控制工程，鄭強，710032

韋宏利（1965-），男，陜西省西安市，西安工業大學，副教授，研究方向：檢測技術與智能化裝置，西安，710032

1007-757X(2014)11-0053-02