二次稱重技術在快速裝車站智能化改造中的應用

北京天地科技股份有限公司　劉　赟

二次稱重技術在快速裝車站智能化改造中的應用

北京天地科技股份有限公司劉赟

隨著我國煤炭生產技術的發展，煤礦生產技術裝備實現了從傳統半機械化-機械化-綜合自動化的跨越式進步，但單機煤機產品智能化水平和成套設備的配套性、穩定性等方面仍與國際先進水平存在較大差距，難以滿足成套煤機設備高性能、高可靠性的需求。文中從進一步提升裝車站稱重精度、稱重速度及穩定性的角度出發，提出一種改進型稱重控制方法，以提高裝車站稱重控制系統性能和智能化水平，滿足煤炭生產企業及運輸部門對于裝車站的運行要求。

1　系統組成及工作原理

快速裝車站稱重系統主要由配料倉及倉下配料閘門、稱重倉及倉下卸料閘門、稱重傳感器等組成，其布置如圖1所示，倉下閘門分別由液壓缸驅動。

圖1　快速裝車站稱重系統組成

當啟動稱重程序時，配料倉下配料閘門打開，向稱重倉中配煤，稱重傳感器實時探測稱重倉中的煤量，配入稱重倉中的煤量為程序中預先設定的標載值。當稱重倉煤量達到預定的重量時，配料閘門全部關閉，系統提示操作者配料過程已經完成。

當收到配料完成信號后，操作人員可啟動卸料程序，將稱重倉下的卸料閘門打開，將配好的煤卸至待裝車廂內。卸料完成后，卸料閘門關閉，配料閘門打開，開始進入下一個稱重控制循環，從而實現自動稱重控制。

2　二次稱重思想的提出

為保證車輛運行安全，鐵路部門對每節車皮裝載的貨物重量有嚴格的要求，裝車過程中必須保證貨物不能超載，否則需人工將多配的物料卸至車廂外，同時，為了提高鐵路車輛的運行效率，鐵路部門及業主對裝車的時間也做了嚴格的要求。在實際裝車過程中，系統運行的穩定性也十分重要，一旦出現因為稱重問題而導致的補料、卸料等，將極大的影響裝車的時間。

為實現裝車站稱重控制系統的設計要求，本文提出二次稱重控制思想，在配料與卸料兩個獨立且互鎖的過程中，分別通過增量法與減量法的控制方式實現兩次稱重，使裝車站在保證配料速度的前提下，確保配料精度達到裝車要求。

2.1一次稱重

一次稱重技術指配料過程的稱重控制，系統采取的是大流量粗配、小流量精配和設定閘門關閉提前量的控制技術，首先，在配煤啟動階段，閘門全開，通過大流量粗配的方式，在短時間內，使稱重倉內的煤量迅速接近設定的標載，其次，依次逐步關閉閘門口，減小流量，通過小流量精配的方式，在一定時間內補足稱重倉內不足的煤量，最后，估算閘門關閉時尚在半空中的物料重量，在達到設定的閘門關閉提前量時關閉所有閘門，從而實現一次稱重。

2.2二次稱重

二次稱重技術指在卸料過程中的稱重控制，在一次稱重過程完成以后，根據稱重倉內物料的誤差范圍，采用減量法的控制方式，控制稱重倉的卸料量，將多余的物料留在稱重倉內，從而解決裝車過程中的超噸情況，實現精確裝車。

3　二次稱重控制系統的分析和實現

3.1一次稱重控制系統的分析和實現

影響一次稱重控制系統稱重誤差的因素有：（1）稱重傳感器與稱重倉組成的稱重系統阻尼比ζ小，導致系統震蕩嚴重，使得系統采集到的稱重信號不能反映真實的重量測量值，同時，阻尼比過小易導致系統達到穩態的調節時間變長，稱重系統的快速性不能得到保證。（2）物料下落對于秤體存在沖擊力，使測量值大于真實值。（3）物料的容重、流散性、粘結性等特性對稱重速度和精度有著極大的影響。當配料閘門打開時，物料由于重力的作用下落入稱重倉內。對于某些粘結性較大的物料，或者物理特性不均勻、不穩定的物料，設定的閘門關閉提前量難以達到較高的控制精度，易產生較大程度的稱重誤差。

對于一次稱重存在的誤差，本文采用以下辦法：（1）根據動力學力學分析，建立動態稱重系統的動態數學模型，通過系統的時域動態建模，建立動態校正環節，實現對系統動態品質的補償，達到改善系統動態品質的目的。（2）在精配環節，采用模糊控制的方法，建立以實際下料的重量與給定重量的偏差以及偏差的變化率為輸入的模糊控制器，通過參數自調整，主動識別和利用控制系統所提供的信息，通過實時的自動修改、完善和調整控制規則，使控制器的性能不斷完善，直到獲得預期的效果。

3.2二次稱重控制系統的分析和應用

根據不同的工況采取相應的控制策略：（1）當稱重倉內配料達到設定值，不必進行二次控制。此時卸料閘門完全打開，將倉內物料放空，完成卸料過程。（2）如果稱重倉內配料超過設定值，則對卸料閘門進行比例控制，通過調整卸料閘門開口大小，對卸料進行控制。最終的配料精度為卸料前稱重倉物料質量減去卸料后倉內物料質量。根據卸料結束后剩余物料的多少，可以分為多余料和少余料兩種情況：多余料工況倉內剩余物料較多，卸料閘門開口由最大逐漸減小直到為零。少余料工況倉內剩余物料較少，剩余物料形成了截面為三角形的堆積狀態。卸料閘門最終處于某個開口值。

3.3電液控制系統方案的確定

為實現二次稱重控制目的，卸料閘門的控制應具有下列特點：（1）為了達到較快的卸料速度，卸料初始階段，卸料閘門應全部打開。（2）卸料閘門關閉時受到礦石物料在卸料過程中的沖擊干擾很大，會影響到卸料閘門的控制效果。

因此，卸料閘門的控制性能對二次稱重系統的控制精度具有舉足輕重的作用。

本文采用了電液比例位置系統來控制卸料閘門的開口大小。

電液比例控制技術是一種可靠、價廉、控制精度和響應特性均能滿足一般工程技術實際需要的電液控制技術。電液比例閉環控制系統更是綜合了電氣和液壓兩方面的優點，具有控制精度高，價格相對便宜和易維護的特點。

二次稱重電液比例控制系統的液壓原理圖如圖2所示。

圖2　電液控制系統原理圖

控制稱重倉卸料閘門的液壓缸1和2有兩種控制方式。一種是分別由電磁換向閥3和4控制，其目的是為了保留原稱重系統的控制方式，另一種是分別由電液比例閥4和5控制。稱重控制系統讀取稱重倉內預裝物料噸位信號，如果稱重倉內的預裝物料與目標噸位的差值在誤差允許范圍以內，控制系統通過電磁換向閥2和3將卸料閘門全部打開和快速關閉以完成卸料過程。如果稱重倉內的預裝物料與目標噸位的差值超過一定的范圍，此時根據工況的不同，控制器根據預裝物料與目標噸位的差值發出相應的指令信號，通過電液比例閥4和5控制卸料閘門開口大小，從而控制超重物料的滯留質量。

4　結論

通過二次稱重系統，采用配料閘門和卸料閘門相配合進行稱重裝車，可在一次配重未滿足要求的情況下，實現物料的二次精確控制。在生產過程中，針對不同物料可進行有針對性的控制，確保裝車精度，適用于不同車型的裝車要求，保證裝車能夠滿足鐵路等部門的要求。

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