JGC40I型帶式稱重給料機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、JGC40I型帶式稱重給料機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 天津市第二煤氣廠 趙金順 孫惠民 摘 要: 介紹JGC40I型帶式稱重給料機(jī)在配煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以及自動(dòng)配煤系統(tǒng)的組成、原理、功能和特點(diǎn)。關(guān)鍵詞: 灰分、硫分、配煤比、自動(dòng)控制調(diào)節(jié)、PID系統(tǒng)一、 應(yīng)用背景 在焦化企業(yè)生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種原料煤按照一定的比例配合成混合物料，配比的準(zhǔn)確性以及配煤系統(tǒng)的可靠性都將直接影響焦化產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于各單種煤的理化指標(biāo)差異較大，因此對(duì)配煤比的要求更加嚴(yán)格。在煉焦配煤中，要按各單種煤的不同性質(zhì)，根據(jù)實(shí)際需要，以百分比的形勢進(jìn)行混合配煤。如氣煤，單獨(dú)煉焦時(shí)，焦炭細(xì)長，縱裂紋多，塊度小，強(qiáng)

2、度低，在煉焦配煤中配入氣煤可增加收縮度，減少膨脹壓力，提高化產(chǎn)品及煤氣產(chǎn)率；肥煤，粘結(jié)性好，單獨(dú)煉焦時(shí)能夠生成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大的焦炭，但塊焦橫裂紋多，容易橫斷，焦頭蜂窩焦多，在使用時(shí)容易碎裂成粉焦，不利于高爐鼓風(fēng)，因此在煉焦配煤中，肥煤配比不能過大，可以通過試驗(yàn)與適量瘦煤或者弱粘結(jié)煤一起配合使用，這樣有助于改善焦炭質(zhì)量，并且能擴(kuò)大煉焦配煤資源；焦煤，可以單獨(dú)煉焦，煉出的焦炭強(qiáng)度高，裂紋少，耐磨性好，塊度均勻，在配煤中可提高焦炭質(zhì)量，但膨脹壓力大，在配煤煉焦時(shí)應(yīng)引起注意；瘦煤，結(jié)焦性差，甚至不結(jié)焦，單獨(dú)煉焦時(shí)，煉出的焦炭雖然塊度大，但耐磨性很差，在配煤中僅起瘦化劑的作用。我廠配煤指標(biāo)為：水分<

3、10% 灰分<10 硫分<1 揮發(fā)分2632 粒度<3mm的含量7580 膠質(zhì)層厚度y值一般為1722mm 或粘結(jié)指數(shù)G值為5085。為了預(yù)測配煤的某些性質(zhì)，我們可根據(jù)各單種煤的性質(zhì)和配煤比，通過可加性（加和性）進(jìn)行計(jì)算，得到包括配煤的水分、灰分、硫分、揮發(fā)分、膠質(zhì)層厚度等數(shù)據(jù)。配煤設(shè)計(jì)就是在盡量降低收縮系數(shù)和盡可能提高粘結(jié)性能之間進(jìn)行權(quán)衡。煤按一定比例正確配合，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系密切。配煤比是根據(jù)對(duì)配煤質(zhì)量要求確定的，通常用重量百分率來表示。為保證配比準(zhǔn)確，配合前后各單種煤的揮發(fā)分差值不超過±7，灰分差值不超過±3，配煤準(zhǔn)確度±2。配

4、煤比確定以后，能否保證配煤準(zhǔn)確成為關(guān)鍵。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多情況下是通過現(xiàn)場操作人員按照配煤比，人工調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料量，其缺點(diǎn)是給料量的大小完全依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)或“人工跑盤”的結(jié)果來決定，配煤精度較差，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化水平低，存在許多不確定因素，配煤質(zhì)量難以保證。因此，實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)配料對(duì)企業(yè)生產(chǎn)、生存、發(fā)展具有重要意義。配料系統(tǒng)的主要功能決定系統(tǒng)開發(fā)需要解決的主要問題包括：1 實(shí)時(shí)采集各秤體的重量和速度信號(hào)1 經(jīng)過高速運(yùn)算，得到物料的實(shí)時(shí)流量和累計(jì)量2 根據(jù)實(shí)時(shí)流量信號(hào)和生產(chǎn)配方通過PID運(yùn)算輸出調(diào)節(jié)信號(hào)3 動(dòng)態(tài)檢測和處理配料過程中可能出現(xiàn)的各種信號(hào)和故障4 模塊與上位機(jī)通訊5 電

5、腦集中監(jiān)控管理二、 應(yīng)用效果采用JGC40I型帶式稱重給料機(jī)后，通過模塊采集現(xiàn)場的重量和速度信號(hào)，通過P4CPU快速計(jì)算處理后，得到各種物料的累計(jì)量和流量值，并對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)過對(duì)流量設(shè)定值和流量實(shí)際值的比較和PID運(yùn)算，由模塊輸出DC420mA，控制現(xiàn)場給料幅度，完成控制過程，從而保證各單種煤按配比準(zhǔn)確配合，保證焦炭質(zhì)量。系統(tǒng)屬于集中式配料。系統(tǒng)組成：工控機(jī)、重量采集、速度采集、電流控制、開關(guān)量控制、數(shù)據(jù)采集卡、電器控制部分、機(jī)械測量部分（測速、測量）、監(jiān)控軟件。 例如：配煤比 邢臺(tái)氣煤20 唐山肥煤30 介休焦煤40 西山瘦煤10 執(zhí)行本套配煤比，配合煤指標(biāo)控制：灰分10.

6、30 揮發(fā)分29.00 硫分0.85 。在沒有采用這套系統(tǒng)之前，配煤合格率為96；而采用新系統(tǒng)之后，配煤合格率達(dá)到99。合格率顯著提高，效果明顯。三、工作原理配料系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測、控制、管理配料設(shè)備，完成物料計(jì)量、物料配比、故障報(bào)警和數(shù)據(jù)輸出等功能。系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC610及ADAM4000系列數(shù)據(jù)采集控制模塊，由雙絞線連接的RS485通訊，它既能完成傳統(tǒng)配料的全部功能，又能大幅度降低設(shè)備成本，使配料控制系統(tǒng)在較大范圍內(nèi)很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式的調(diào)節(jié)，是微機(jī)控制配料系統(tǒng)的發(fā)展方向。稱重傳感器與速度傳感器將變化的重力信號(hào)與速度信號(hào)經(jīng)過ADAM重量、速度檢測模塊，經(jīng)RS

7、485傳送至用戶的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)（上位機(jī)）。上位機(jī)將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)加以處理及計(jì)算，求出瞬時(shí)流量與累計(jì)重量，并與設(shè)定的流量值比較，通過PID計(jì)算，計(jì)算出調(diào)節(jié)量后將數(shù)據(jù)傳送至ADAM電流控制模塊，轉(zhuǎn)換為模擬電流（DC420mA）控制變頻器，從而改變電機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。通過上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而形成了一套有效的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 二、 實(shí)現(xiàn)原理和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型（1）計(jì)量原理在皮帶秤類動(dòng)態(tài)計(jì)量過程中，最基本的原理是根據(jù)稱重傳感器的載荷值計(jì)算出“單位長度”上的物料平均重量，再測出“單位時(shí)間”內(nèi)皮帶所經(jīng)過的長度，就可以計(jì)算出“單位時(shí)間”內(nèi)通過的物料重量。如果我們將“單位時(shí)間”細(xì)分到很短的時(shí)間

8、段（如100毫秒），那么，各段的總累加值就可以近似于真實(shí)的累計(jì)值。分解動(dòng)態(tài)計(jì)量模型，定義如下參數(shù)： 計(jì)量皮帶整圈長度LP（m），可以通過卷尺實(shí)測得到。 最大速度下，皮帶運(yùn)行一圈累計(jì)脈沖數(shù)PR。確定調(diào)整A/D 零點(diǎn)值和修正系數(shù)計(jì)算所需皮帶運(yùn)行圈數(shù)。再規(guī)定運(yùn)行圈數(shù)內(nèi)，測算出A/D零點(diǎn)值WZ。通過掛碼或?qū)嵨镄ｒ?yàn)等方式計(jì)算出秤量的修正系數(shù)K。每100毫秒檢測一次A/D數(shù)值WG。則，每個(gè)周期（100毫秒）的累計(jì)量（WGWZ）*100毫秒的脈沖數(shù)*K?？偫塾?jì)量，將每個(gè)100毫秒累計(jì)量進(jìn)行累加即可得到總累計(jì)量。如果將累計(jì)量除以單位時(shí)間，并進(jìn)行相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)換就可以將單位轉(zhuǎn)換為噸/小時(shí)、公斤/米等所需要監(jiān)測的信

9、息。（2） 控制原理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)采用工業(yè)控制中非常穩(wěn)定可靠PID調(diào)節(jié)控制方式，無振蕩，無超調(diào)。并可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)狀態(tài)的無擾動(dòng)切換。PID調(diào)節(jié)輸出，目的保證偏差為零，并使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是設(shè)定值（SP）和實(shí)測值（PV）的差。PID控制的基本原理是基于下面的算式：輸出M（t）是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)。M（t）=KC*e+Kcedt+Minit+KC*de/dt 輸出比例項(xiàng)積分項(xiàng)微分項(xiàng)其中：M（t） PID回路的輸出是時(shí)間的函數(shù)KC PID回路的增益E PID回路的偏差（給定值與實(shí)際值之差）Minit PID回路輸出的初始值在許多控制系統(tǒng)中只需要一種或兩種控制類型。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)僅選用

10、比例項(xiàng)和積分項(xiàng)兩種調(diào)節(jié)方式。從實(shí)際效果看，控制穩(wěn)定，效果非常理想。（3）軟件的編程如果說通過硬件部分的搭建，稱為系統(tǒng)的骨架，那么軟件部分就是系統(tǒng)的靈魂。系統(tǒng)軟件是根據(jù)配料行業(yè)的特殊需求，結(jié)合ADAM4000系列模塊自身特點(diǎn)并進(jìn)行相應(yīng)的算法改進(jìn)和優(yōu)化，通過Visual Basic6.0語言編制。Visual Basic6.0是面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言，具有高效、簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。它即可以通過DLL來實(shí)現(xiàn)I/O端口的輸入輸出，也可以通過API函數(shù)或Mscomm控件實(shí)現(xiàn)串口通訊，還能夠充分發(fā)揮VB數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大以及生成用戶界面快的特點(diǎn)。由于該系統(tǒng)的模塊配有DOS、Windows多種操作系統(tǒng)下

11、的驅(qū)動(dòng)程序，并可以在Visual Basic、BorlandC+、VisualC+和Delphi等多種開發(fā)環(huán)境下使用。通過類和各種控件的有效利用，不但加快了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理速度并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。軟件部分通過RS-485總線實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并處理，并提供皮帶秤零點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)校秤、歷史曲線監(jiān)控、高低限報(bào)警、現(xiàn)場設(shè)備故障報(bào)警、設(shè)備連鎖啟停和計(jì)控?cái)?shù)據(jù)的日常存儲(chǔ)、查詢、打印等工作。根據(jù)用戶的要求，提供遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢、實(shí)時(shí)顯示等。三、 系統(tǒng)特點(diǎn)(1)根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場條件，系統(tǒng)可以同時(shí)控制幾條干料線和幾條與干料線相關(guān)的液體配料線，每條配料線上可根據(jù)用戶要求設(shè)置稱重點(diǎn)和測速點(diǎn)。(2)系統(tǒng)除傳感器外，全部安置在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的中央控制室內(nèi)進(jìn)行集中操作控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。(3)配料精度高。在國產(chǎn)件的條件下，單機(jī)精度優(yōu)于0.1；系統(tǒng)配料精度優(yōu)于0.5。(4)自動(dòng)化程度高：自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)校秤、打印當(dāng)班記錄、配料報(bào)表、自動(dòng)聲光報(bào)警。中央控制運(yùn)行程序自動(dòng)啟動(dòng)停止設(shè)備，故障點(diǎn)監(jiān)控輸出，屏幕動(dòng)畫顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。(5)操作簡單。系統(tǒng)提供全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種操作方式。全自動(dòng)方式下，不需要人為干預(yù)，微機(jī)自動(dòng)完成全部配料過程，并實(shí)時(shí)打印。半自動(dòng)