定量給料機及控制器在萬噸生產線的應用

王澤超

（中材海外工程有限公司，北京 100831）

0 序 言

中材海外工程有限公司攜手成都水泥設計院承建的阿聯酋ABMC10 000t/d熟料生產線項目，2012年11月7日在天然氣到現場當天回轉窯順利點火，五天后成功產出第一批熟料。實現最高月運轉率99.59%和熟料月產量33.5萬噸的佳績。

ABMC現場的生料和水泥配料系統使用了中材國際下屬公司自行研發制造的定量給料機，精度高、壽命長、穩定性可靠，獨特的稱量裝置，使整個稱重系統無水平和側位移，無摩擦影響，不需要維修。控制器采用德國申克（Schenck）儀表，型號：INTECONT PLUS VEG20610，軟件版本：VDB20600－07。其技術特點是系統精度高、速度計量精確、控制系統優化，信號進行隔離處理，集中診斷和自測試功能。

1 定量給料機的工作原理

1.1 計量原理

稱量平臺連續稱量輸送的物料。物量在皮帶的引導下通過稱量平臺，稱量平臺通過稱重托輥將物料重力作用在稱重傳感器。稱量平臺用十字彈簧與框架連接。稱重傳感器產生一個與作用力成比例的電壓信號，送入INTECONT PLUS儀表內，此電壓信號經放大后轉換成數字信號送入微處理器，見圖1。

圖1 計量原理圖

三角形區域表示單托輥的載荷分配，稱量平臺范圍內只有一半的物料重量QB作用于稱重托輥上。根據秤架結構，可換算成單位皮帶度上的載荷。

有效稱量段長度：Leff=L/2，其中L為計量平臺長度。

皮帶載荷如下：Q=QB/Leff（kg/m）

測速用的齒輪安裝在電機軸上，當電機轉動時，速度傳感器產生與越過測速感應頭的齒數相對應的脈沖信號，送入INTECONT PLUS儀表的微處理器中，計算出皮帶速度V。

微處理器根據帶皮載荷Q和皮帶速度V，計算出實際給料率：I=QV（kg/s）

1.2 控制原理

通過皮帶速度來控制給料率。定量給料機控制系統由機械秤體（包括驅動電機和減速機）、稱重傳感器、速度傳感器、控制儀表和電控柜組成。

計量系統測出通過皮帶的實際給料率將實際給料率I與設定值P進行比較，偏差被送到控制器R，控制器輸出Y調節驅動裝置的輸出用以改變給料機的皮帶速度，直至實際給料率與設定值一致，見圖2。

圖2 控制原理圖

2 儀表主要參數獲得來源及介紹

儀表的參數非常重要，決定著定量給量機的精度，只有弄清楚這些參數的來源和含義，才能在生產過程中更好的進行維護，以保證定量給料機的準確性（見表1）。

表1 定量給料機主要參數表

2.1 額定數據B參數

B01～B15參數按表1中選擇即可。

下面主要介紹B04和B05兩個參數，特別是B04參數許多技術人員并不清楚其真正的來源，特作說明。

B05：額定速度，即皮帶的最大轉速，一般是在50Hz時電機的轉速，設計廠家為了可靠并留有余量，一般采用45Hz時的轉速作為額定轉速。

（1）額定速度的求得過程。

以紅沙秤為例，紅沙皮帶每圈的長度L=6.04m，轉動一周的時間為40.6s，紅沙秤皮帶的額定速度為V=L/t=0.148 8（m/s）

B04：速度傳感器特征值

皮帶運行1m時，速度傳感器接收到多少個脈沖信號，單位為I/m。定量給料機的速度傳感器安裝在電機軸的尾端，電機軸上有一個鉅齒形圓盤，電機每轉一周，鉅齒形圓盤轉動一周，速度傳感器測量圓盤上的齒數，每個齒就是一個脈沖，圓盤上的齒數是固定的。

（2）速度傳感器特征值的求得過程。

此參數的計算過程以紅沙秤舉例，秤驅動結構見圖3。

圖3 秤驅動結構圖

紅沙皮帶的額定速度為V=0.148 8m/s，紅沙秤皮帶驅動輥C3的最大線速度也為V=0.148 8m/s，皮帶驅動輥C3的半徑R3＝0.097 5m。

根據公式：V=R3×ω3，皮帶驅動輥C3最大角速度ω3=V/R3。又知減速機輸出輪C2和皮帶驅動輥C3的角速度是一樣的，即ω2＝ω3，減速機速比為90，即ω1/ω2=90，減速機輸入輪C1的最大角速度為：

ω1＝90ω2＝90ω3=90V/R3＝137.3（弧度/s）。

減速機輸入輪C1和電機軸的角速度相同，電機軸每秒轉的圈數為137.3/2π=21.86圈/s，電機尾部的鉅齒形齒輪也轉動21.86圈/s，在額定速度V=0.1488m/s下，皮帶轉動1m時所用的時間為6.7s，那么鉅齒形齒輪在皮帶轉動1m時轉的圈數為21.86×6.7=146.46圈，如果鉅齒形齒輪上的個數為n＝30，皮帶運行1m時速度傳感器接收到的脈沖數為：

146.46×30＝439 3.82（I/m）

2.2 標定數據C參數

C01：皮帶圈數，在標定時，皮帶運行的圈數作為標定時間;

C02：皮帶運行一圈的時間，皮帶在額定速度時運行一圈的時間，可測出;

C03：稱重傳感器特征值，稱重傳感器上標明，按標明輸入即可;

C04：稱重傳感器額定荷載，稱重傳感器上標明，按標明輸入即可;

C05：有效稱量段長度，此數據秤體生產廠家提供，ABMC現場所有定量給料機的計量段為0.5m;

C06：杠桿比，此數據秤體生產廠家提供;

C07：傾角，此數據秤體生產廠家提供;

C08：有效校驗重量，校驗砝碼的重量，與皮帶的計量長度有關，計量長度為0.5m，那么此數據為2倍的砝碼重量。

2.3 標定結果D參數

D參數不需要輸入，在秤標定時得到。

D01：額定皮帶載荷（不能輸），皮帶每米的載荷，此數據可進行計算，如紅沙秤最大速度為0.148 8m/s，3 600s皮帶走的總長度為L=535.68m，秤3 600s喂料量為60 000kg，皮帶的載荷為60 000/535.68=112.00kg/m。計算結果可和標定結果進行比較。

D02：量程校正系數，標定完成后，標定得到的KOR數值如果超過5%，可把標定得到的數值輸入D02中進行校正。

D03、D04、D05：標定去皮時可得到。

D06：皮帶整圈特征值（不能輸），皮帶運行一周時速度傳感器的脈沖數，此數據可進行計算，如紅沙秤速度傳感器特征值為4 393.82脈沖數/m，皮帶長度為6.04m/圈，那么皮帶整圈的特征值為26 538.67脈沖數/圈，計算結果可和標定結果進行比較。

3 阿聯酋AMBC現場應用及問題的處理

ABMC現場生料、水泥粉磨采用德國萊歇公司輥式磨機，生料部分粉磨采用兩磨式，臺時產量達520t/h，如此高的磨機臺時產量，就必須有大容量、高精度、長期運行可靠的定量配料系統作為保證，ABMC現場生料配料各成分最大量程分別為石灰石450t/h、鐵粉20t/h、頁巖110t/h、紅沙60t/h。配料系統自2012年投入運行以來，在中東沙漠地區這種環境溫度高達50℃、設備表面溫度高達75℃的特殊條件下運行可靠，沒有出現稱量和控制問題主要的原因是獨特的秤體稱重結構，優良的儀表控制系統和精良的電機及減速傳動機構。電機和減速機采用西門子產品，控制儀表采用的是申克控制儀，稱重機構是中材國際下屬公司自行設計研發的最新型秤體。

近來由于生產新型水泥，原料的配比發生了變化，鐵粉的使用量已超過了原來秤的最大量程20t/h，現使用量為23t/h左右，秤的最大量程需要改為30t/h。業主工程師認為，要想改變秤的最大量程，要更換減速機和電機才能實現。中方認為，在電機和減速機不更換的情況下，即皮帶速度一定的情況下，可通過料層的厚度來實現，根據現在的最大臺時產量30t，最大速度，算出需要的下料口最小截面積即可。計算過程：

只要鐵粉秤下料口的截面積≥0.081 9m2即可滿足要求。

4 標定方法

4.1 容積模式標定法

就是為了讓棒碼放在秤的支架上模擬一定料層的厚度，當輸入秤的最大臺時產量時，使皮帶按額定速度運行，速度傳感器測出皮帶的額定運行速度Vm/s，稱重傳感器測出皮帶載荷Qkg/m，實際給料率為：

I=VQ（kg/s），標定程序運行期間連續測量平均值。

4.2 重量模式標定法

選擇重量模式進行標定，砝碼放在秤體測出實際給料率I=VQ（kg/s），輸入稱的最大臺時產量并運行后，看在一定的時間內重量的累計是否和設定值對應。如秤的最大臺時產量為60t，砝碼在稱上運行6min后，累計產量應為6 000kg。可粗略故算秤的準確性。操作此過程時，應先把重量累計器清零，并把本累計器的單位設為kg。

5 結 語

只有熟練掌握儀表參數的含義及相關參數的來源，才能靈活的運用，在出現問題時才能快速的找出問題，快速解決問題，以確保配料系統在精準、高效的環境下運行，更好地服務于生產。