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水泥配料秤的改造

冀东水泥股份有限公司#2生产线为我国第1条4000 td的国产示范化水泥生产线,其水泥配料秤控制原理见图1,采用的是经过改造的原民主德国的二手设备。
该设备陈旧,控制落后。系统采用单回路控制,无流量调节器,系统的流量给定值和反馈值都给到直流调速单元上。另外,测速发电机直接作为荷重传感器的供电电源,荷重传感器的输出信号即为实际流量信号。这样的控制特点,导致了本系统控制精度低,抗干扰能力差;直流调速单元器件老化,故障频频,但无备件和可替代的备件;现场粉尘对直流电机换向器影响较大;由于测速发电机和直流电机同轴,皮带打滑时,中控仍显示喂料正常,常造成配料不合格。此外,由于荷重传感器的桥压由测速发电机提供,故皮带上无料时必造成电机飞车,因此,零点的标定不仅繁琐,而且很难保证精度。上述问题的存在,直接影响了#2线水泥磨的正常生产。为此,我公司于2000年底到2001年初对这3台水泥配料秤进行了改造。
(1) 改造方案。由于本系统最终要控制的工艺参数为物料流量,而流量的控制是通过调整皮带速度来实现的,因此我们采用串级控制系统来实现对物料流量的控制,以提高系统的控制质量。其中,选择流量为主控量,皮带速度为副控量。目前变频技术已非常成熟,为了适应现场粉尘大的环境特点,选择变频调速系统来控制皮带速度,为了克服原系统中存在的其他缺点,我们将测速装置安装于皮带上,而荷重传感器采用稳恒直流电源供电,其输出信号为物料重量信号,见图2。
图2中,流量调节器采用日本大和的新一代高精度演算调节器CFC-100,变频器选用日本富士的G11S系列,测速传感器采用TH-26。其中,CFC-100采用了8位CPU芯片,PI调节功能xx由软件实现,并强化了自我诊断机能,对秤的运行状态进行监视,具有故障诊断、故障报警、故障保持功能。软件编程通过参数设定的方法实现,使用方便,通用性强,对不同能力的秤都能用数字设定的方法调节零点和量程,自动计算调整值,一次调整就能记忆,无须人工干预。另外,CFC-100的抗干扰能力极强,可适应恶劣的环境,与强干扰源变频器同装于一个柜子中,仍能可靠工作,保证计量控制精度。
TH-26采用的是磁电式脉冲发生器,其外形象一个小车(见图3),重约20kg;以O点为固定点,水平安装于皮带机的回程皮带上,并能够以O点为轴在竖直面内灵活转动。这样,当皮带转动时,就可带动TH-26的测速车车轮无滑动地转动,从而测得皮带速度。当皮带与主动轮打滑时,仍能测得皮带真实速度。
(2) 控制原理。当物料通过计量皮带的有效称量段时,物料的重量通过称量框架作用在荷重传感器上,荷重传感器产生与物料重量成正比的电压信号,同时将皮带速度转换为脉冲信号,由CFC-100对荷重传感器采集到的物料重量信号与TH-26采集到的皮带速度信号进行综合,得出实际流量,再与流量给定值进行比较,输出操作值给变频器,变频器以此作为皮带速度设定值来控制电机速度,从而达到了控制流量的目的。显然,重量信号的波动以及皮带打滑就成了主控回路的干扰信号,流量调节器会针对这些干扰,进行PI调节,以克服干扰的影响。完成定量给料。
(1)  调整称量框架的水平度使称量段上的3个托辊在同一水平面上,其水平度误差≤±1mm时,就可保证0.5%的计量精度。
 (2)  调整称量框架的配重,使荷重传感器输出略大于0mV。启秤,缓缓转动皮带,在皮带转过1周的过程中,使荷重传感器每一刻的输出都大于0mV,这样就能保证物料实实在在地压在荷重传感器上,避免秤虚。熟料秤荷重传感器输出在0.6mV~3.8mV之间波动。
(3) 测量皮带周长。熟料秤皮带周长为8.53m。
计算基准值。基准值 = 砝码折算值(kgm)×皮带周长(m)×皮带圈数(N)。熟料秤称量框架长0.5m,正常运转时料重约为240 kgm。本次标定挂120kg砝码,因此,熟料秤基准值= 240×8.53×5 =10236 kg  。
将此基准值置入CFC-100的04号地址中。然后将CFC-100打“标量程”运行状态。现场加砝码120 kg,启动量程标定程序,系统开始累积流量;当皮带转过5圈时,系统自动停止累积。将累积值与基准值进行比较,自动计算出累积量的折算值,将该折算值置入CFC-100的02号地址中,量程标定完毕。重复启动量程标定程序,记录累积值,不修改02号地址中的内容。
砝码标定完毕后,将系统打至自动,进行PID整定。将CFC-100打至遥控运转状态,中控室给{yl}量设定值,启秤,由于称量框架上有砝码,故系统有流量反馈值。当反馈值等于给定值时,突然去掉一个砝码——给系统一个阶跃扰动,观察系统的调节动作,调整PI参数,直至满足工艺要求为止。熟料秤PI参数{zh1}整定值为:P=120,I=5。在这样的PI参数调节下,阶跃扰动约2 s即可xx,满足工艺要求。
原系统中,由于荷重传感器的桥压是由测速发电机提供的,其输出信号即为实际流量信号。当荷重传感器上无压力时,实际信号为零,调速单元不断调节,造成飞车。因此,零点标定也必须加上砝码,通过间接的方法进行标定,该方法繁琐,需反复调整。并且由于加上砝码标零点,就不能保证皮带空载时,荷重传感器上有预压力。也就是说,皮带上一定存在某些位置使皮带悬空,当皮带上的重物达到一定程度时,才对荷重传感器产生压力。因此,这样标出的零点不准确。而新系统从零点的标定过程中就可看出,xx克服了这一点,使零点的标定简单、准确。
另外,由于原系统中的直流调速单元由分立元件搭成,参数调整极不方便,元器件老化、器件参数漂移等问题的存在,直接影响了皮带秤稳定地运转。并且皮带打滑不能及时被发现常造成水泥配料不合格。而新系统xx克服了以上缺点。表1是零点、量程标定后,做重复性试验时记录下来的数据由表1可知,在不改变零点和量程标定参数时,重复做零点和量程标定试验,累积量的相对误差都在±0.5%之内,这充分说明新系统运行是稳定的。在以后的实际生产中也证明了这一点,水泥配比长期稳定。
因此,本次改造彻底解决了原系统中存在的问题,并取得了以下几个方面的效果:
(1) 实现串级调节,使系统抗干扰能力增强,改善了控制质量,并满足与DCS系统的通讯及其它设备的联锁。
(2) 增加手动调速模式和机旁控制模式,便于设备维护。
(3) 解决了备件、皮带打滑等问题。
(4) 标定过程简单、准确。控制精度<±1%,计量精度<±0.5%。
维护量明显减少,故障率大大降低,控制质量明显提高,保证了水泥磨的正常运转和水泥质量,创造了良好的经济效益。
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