水泥配料秤的改造
１ 配料秤概况
冀东水泥股份有限公司＃２生产线为我国第１条４０００ ｔ?Nｄ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。
２ 改造方案的确定及控制原理
（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调节功能完全由软件实现，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。
３ 调试与标定
根据工艺要求设定好ＣＦＣ－１００与变频器Ｇ１１Ｓ的所有参数，并用信号发生器对ＣＦＣ－１００的所有模拟通道进行零点和量程的标定，以保证与上位ＤＣＳ系统的可靠通讯，然后对皮带秤进行砝码标定。下面以熟料秤为例介绍砝码标定的过程和某些技术细节。
３．１ 现场调整
（１）?? 调整称量框架的水平度?熓钩屏慷紊系模掣鐾泄踉谕?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。
３．２ 置脉冲
将ＣＦＣ－１００打至手动操作位置，给一操作值。在Ｐ运行状态下启秤。将皮带转过５圈时ＴＨ－２６产生的脉冲数置入ＣＦＣ－１００的机能数据０６号地址中。该脉冲数代表了皮带长度。在零点和量程标定过程中，当启动标定程序后，系统将自动累积脉冲；当皮带转过５圈时，系统将自动停止标定程序，使标定简单准确。
３．３ 标零点
将ＣＦＣ－１００打至“标０点”运转状态。启动零点标定程序，系统开始累积流量；当皮带转过５圈时，系统自动停止累积。将累积量的折算值置入ＣＦＣ－１００的００号地址中，即可去皮重。重复启动零点标定程序，记录累积值，不修改００号地址中的内容。
３．４ 标量程
计算基准值。基准值 ＝ 砝码折算值（ｋｇ?Nｍ）×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?Nｍ。本次标定挂１２０ｋｇ砝码，因此，熟料秤基准值＝ ２４０×８．５３×５ ＝１０２３６ ?煟耄纾? 。
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，中控室给一流量设定值，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参数最后整定值为：Ｐ＝１２０，Ｉ＝５。在这样的ＰＩ参数调节下，阶跃扰动约２ ｓ即可消除，满足工艺要求。
４ 改造效果
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，完全克服了这一点，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。而新系统完全克服了以上缺点。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。
冀东水泥股份有限公司＃２生产线为我国第１条４０００ ｔ?Nｄ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。
２ 改造方案的确定及控制原理
（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调节功能完全由软件实现，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。
３ 调试与标定
根据工艺要求设定好ＣＦＣ－１００与变频器Ｇ１１Ｓ的所有参数，并用信号发生器对ＣＦＣ－１００的所有模拟通道进行零点和量程的标定，以保证与上位ＤＣＳ系统的可靠通讯，然后对皮带秤进行砝码标定。下面以熟料秤为例介绍砝码标定的过程和某些技术细节。
３．１ 现场调整
（１）?? 调整称量框架的水平度?熓钩屏慷紊系模掣鐾泄踉谕?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。
３．２ 置脉冲
将ＣＦＣ－１００打至手动操作位置，给一操作值。在Ｐ运行状态下启秤。将皮带转过５圈时ＴＨ－２６产生的脉冲数置入ＣＦＣ－１００的机能数据０６号地址中。该脉冲数代表了皮带长度。在零点和量程标定过程中，当启动标定程序后，系统将自动累积脉冲；当皮带转过５圈时，系统将自动停止标定程序，使标定简单准确。
３．３ 标零点
将ＣＦＣ－１００打至“标０点”运转状态。启动零点标定程序，系统开始累积流量；当皮带转过５圈时，系统自动停止累积。将累积量的折算值置入ＣＦＣ－１００的００号地址中，即可去皮重。重复启动零点标定程序，记录累积值，不修改００号地址中的内容。
３．４ 标量程
计算基准值。基准值 ＝ 砝码折算值（ｋｇ?Nｍ）×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?Nｍ。本次标定挂１２０ｋｇ砝码，因此，熟料秤基准值＝ ２４０×８．５３×５ ＝１０２３６ ?煟耄纾? 。
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，中控室给一流量设定值，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参数最后整定值为：Ｐ＝１２０，Ｉ＝５。在这样的ＰＩ参数调节下，阶跃扰动约２ ｓ即可消除，满足工艺要求。
４ 改造效果
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，完全克服了这一点，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。而新系统完全克服了以上缺点。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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