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烧结配料系统中电子皮带秤的使用

新区180 m2烧结配料系统采用配料秤和螺旋秤，数字显示仪表以Modbus 方式与上位机实时通讯，上位机监控系统运行，根据下料情况改变皮带称控制器中PID的调节系数，从而改善配料系统的控制特性，抑制下料量的频繁波动。秤的校验采用链码校验与实物校验相结合的方法。投运以来，系统运行稳定，配比控制可靠，满足了生产要求。

1 前言

配料系统主要功能就是将铁料、精矿、生石灰、白云石和一定数量的返矿按照一定的比例均衡地混配在一起，形成一种成分均一的物料。电子皮带秤（主要包括计量皮带秤、配料秤、螺旋秤）以其固有的特性被广泛应用于配料系统中，目前新区180m2烧结配料系统就应用了配料秤和螺旋秤。随着烧结工艺系统自动化程度的提高，对配料系统精确性和快速性的要求也越来越高，完善烧结配料系统对提高烧结矿的技术经济指标至关重要。因此，必须采取措施提高烧结配料的自动化控制精度。

2 电子皮带秤的结构

2.1 配料秤的组成

1）速度传感器。要完成称重，必须测出皮带的速度。速度传感器安装于下皮带的上表面，利用自重压力使磨擦轮与皮带接触，当皮带移动时磨擦轮同时转动，同时速度传感器发生同步脉冲信号。

2）调速装置。用于在PID 信号控制下驱动调节设备电机。常用的有滑差电机控制器和变频调速器。

3）秤架。对整机型配料秤而言，秤架实际上是一条小型皮带机，担负将物料从料仓中拖出并输送的目的。在物料通过称量段时，由秤框及传感器对物料重量进行检测，从而在连续输送物料的同时完成称量，当改变调速电机转速时即可调节物料量的大小。

4）控制、显示。完成这一功能的模块为SA-500称重控制器，接受信号放大器送来的称重信号和速度信号，经运算处理得到此时物料的累计重量和瞬时流量，并根据设定流量值与现流量值差距发出PID控制信号，控制给料设备达到要求流量。

5）重力传感器。当物料通过称量段时，由秤框传递物料重量到重力传感器，重力传感器将重量转化为相对应的毫伏电压信号送出。重力传感器采用电阻应变式，当传感器受力后，贴在传感器壁上的电阻应变片发生相应变形，阻值亦随之改变，电阻应变片连接成桥式，当桥臂阻值发生变化时，即可输出相应的电信号。

2.2 螺旋秤组成

某些粉状物料（如水泥、石灰粉等）不宜用配料秤称重，可采用螺旋秤。由于其结构特点限制，称重精度比皮带秤要低。

1）计算、显示、控制及调整装置。作用与配料秤相同，但调速对象是给料电机。

2）秤体。秤体由螺旋给料筒、驱动电机及支点组成。支点位置应处于给料口中心位置，在无料时螺旋筒与驱动电机在支点两侧重量基本相等，当运料时，物料由入口进入向出口运行，对传感器的压力逐步增大。整个秤体是悬臂秤的结构。

3）软连接。用于连接秤体与给料设备，既可防止物料外泄，又可使秤体与给料设备之间的连接不影响称重。常用材料为化纤、橡皮等。

4）称重传感器。将感受到的重力转换为电信号输出，与配料秤中传感器作用相同。由于螺旋秤体较重，传感器量程又不太大，故应注意螺旋给料筒与驱动电机的重量平衡，必要时加配重进行调整。称重与皮带秤相同，但无测速信号。认为速度是恒定的，由电源频率决定。

3 皮带秤的校秤

在生产前或生产一定时间后，需要对皮带秤进行校验，以保证其使用精度，满足生产需要。秤的校验方法很多，张钢采用的是链码校验与实物校验相结合的方法。实物校验是用已知质量的实物复现配料秤的实际工作过程，此方法标定效果准确、误差小，但费时费力。链码校验是模拟实物的一种形式，简单省力，但精度与实物校验相比偏低。

1）实物校验。用链码标定累计流量且在允许的误差范围内，实际使用后认为实物与链码标定还有一定差距时，可采用实物校验。张钢采用的是抛盘，皮带匀速运行时，物料落在皮带单位长度上的质量是一定的，只要把单位长度上的物料质量测量出来，就可以得到任意物料的质量。即只要用单位长度上的物料质量乘以皮带运行长度即可得到物料的质量。为了使抛盘数据更接近真实值，在一次抛盘时，一般连续抛6～10 盘。

2）链码校验。校秤步骤：①校秤前准备。检查皮带，保证无粘料；观察重力传感器与秤框接触是否良好；检查称重托滚是否高于承重托滚2～3 mm；检查要校验秤的皮带是否有跑偏现象。②皮带去皮值操作。③校皮带料重操作。把一定重量的链码放在配料皮带上，一端固定好，开启皮带，保证链码不跑偏。观察显示仪表上皮带料重显示是否为链码重量，若不是，修改标定系数使仪表重量显示为链码重量。④流量标定。当标定结束后，看实际重量与显示重量的差值是否在误差范围内，若不在内，需修改流量标定系数，反复几次，直到在误差范围之内。

4 皮带秤配料的PID 调节控制

PID 控制即为比例、积分、微分控制，又称PID 调节，PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。其目的是减少和消除系统误差，保证系统稳定运行，通过调整比例、积分、微分系数使输出信号趋于设定值。

4.1 单PID 控制

1）调速装置与偏差的关系。配料给定值与实时流量相等，达到最佳动态平衡状态；配料给定值大于实时流量，调速装置调速增加，流量增加；配料给定值小于实时流量，调速装置调速减小，流量减小。为了减少变频器频率变化，设定1 个死区，即-2‰＜T＜2‰，变频器频率不变化，电机调速不变，此时认为到了最佳动态给料平衡状态

2）通讯。张钢采用的通讯方式是现场总线Modbus 方式，主控中心通过PLC 与仪表实时交换数据，系统的参数可通过上位机进行设定和监控，操作方便，控制可靠，整个系统实现了高度自动化，形成了既相对独立又相互联系的闭环控制系统。采用总线方式传输，距离远，抗干扰能力强。

3）当物料经过称重传感器时，产生一个正比于皮带载荷的电压信号，此信号经数字显示仪表处理后与配料给定值进行比较，经调解计算改变变频器的输出值，控制圆盘给料机电机转速，从而控制圆盘下料量。配料秤控制基本数学模型十分复杂，常用的有经典式的增量式控制模型，张钢采用的是智能算法。故而不会产生振荡过冲，并且调节速度很快。

4）自动控制处理。在上位机上观察配料秤流量的历史曲线，分析流量在该时间段的波动情况，如果曲线变化较小，说明配料较好；反之，说明配料波动大。逐步减小PID 调节系数值，观察其历史曲线，直至曲线变化较小为止。如果改小调节系数不起作用，如在冬季，应采用在料仓旁生火的措施。如果出现配料不够，应检查料口或料门开度是否太小，料仓本身下料是否及时。

5）PID 控制调节与配料的关系。为了使皮带开启或运行中不出现大的波动，采取了如下措施：皮带开启过程，当手动切换到自动运行时，在手动转换时间内，PID 电流恒定输出，给料稳定。手动时间过后，仪表进入自动控制给料，使几种物料的流量和阶段累计量均保持在设定范围内。根据设定值的大小，计算手动PID 输出电流的大小，根据不同的料种来确定手动持续时间大小，原则不超过10 s。

4.2 双PID 控制

单PID 控制配料皮带秤是配料皮带秤的主要形式。双PID 控制配料秤在改善系统稳定性、提高系统精度方面较单皮带秤效果好。对于系统要求不是太高，一般使用单路PID 调节；对系统要求高的可使用双路PID 调节，一路PID 控制料层的厚度（调给料机的速度），另一路PID 控制皮带速度，控制流量微小变化，而料层厚度值是通过主控中心配料值计算出来的（即称为定值2），把配料设定值称为定值1。在使用中，对不同的皮带走料设定不同的皮带运行控制频率，以满足配料要求。

5 应用效果

配料系统自投入运行以来，工作状况良好，秤架和现场称重传感器性能稳定，经标定（链码标定或实物标定）测试，该烧结配料自动控制系统控制计量准确，各圆盘料量调节反应速度快，控制精度达到了预期的要求。该配料系统的投运，减轻了岗位的劳动强度，简化了作业程序，提高了生产效率，取得了良好的经济效益。