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1、石灰炉混配系统自动控制的实现 石灰炉混配系统自动控制的实现 杨红莉杨红莉 杨红莉杨红莉女士，河南省郑州市中铝河南分公司总计控室生产计划科工程师。 关键词：关键词：称重 智能补偿 配料 混配 计算机 一一 概述概述 活性石灰及二氧化碳是氧化铝生产的重要原材料之一，在氧化铝生产过程中占有重要的地位。活 性石灰和二氧化碳的气体浓度在石灰炉生产过程中受许多因素的影响，如矿石质量和粒度、焦比、炉 内送风量、炉内煅烧温度、焦炭和矿石配料的均匀度、炉内煅烧温度等。当矿石的产地和粒度确定后， 焦比和送风量亦确定，影响产品质量的主要因素是焦炭和矿石的配比精度和两者混配的均匀度。 我公司 70 万吨石灰炉有 1#
2、、2#、3# 3 台，主要任务是给配料提供质量好的石灰。以前几台石灰炉 都存在现场仪表陈旧，指示误差比较大，且有许多重要信号没有指示，如：煅烧带温度、上料斗数计 数与累计、石层高低、CO2 浓度指示等，主要依靠工人现场经验进行操作，误差比较大，且劳动强度 大。现新建 70 万吨 1#、2#、3#石灰炉，其相应配套仪表， 控制设备，实现计算机集中监控，将大大提高产品产量及 合格率，节能降耗，降低成本，减轻工人劳动强度。 二二 系统的主要功能及技术指标系统的主要功能及技术指标 我们设计的新系统的生产过程流程如图 1 所示。 其主 要功能及指标为： (1)模拟量输入信号 420mA，带光电隔离，用于
3、青 石、焦碳两种原料的称重值输入； (2)两种原料的称重范围： 矿石： 02000kg， 焦炭： 0 200kg； (3)称量精确度：静态时为2； (4)称量控制方法： 每一种物料称重达 90%时， 给料机 改变速度至设定值的 100%。 振动给料时间不大于 120s，且具有卡料不停机、报警解除、自动延时配料功能。具有每批料间自 动补偿，超差报警，并自动修正补偿量，零点自动跟踪功能。 三三 称重及混配控制系统称重及混配控制系统 1. 称重部分 a. 称重设计思想称重设计思想 在石灰炉振动给料称量系统采用两步振料，即在振动给料初期快速振动给料为设定值的 90%，剩 余的 10%采用慢速给料。这样
4、就能减小由于快速振动引起的大过冲量和下料误差，振动配料的整个过 程由计算机控制，而且根据上一次振动给料的实际值与设定值之差，进行本次振动给料的补偿。对振 动给料和称量控制过程的分析可知，终止给料后，由于振动给料机和称重料仓的高度差引起空间物料 的不确定性，以及物料的块大块小，振动给料器的惯性等因素是影响最终称量精度的直接原因。若能 准确估计以上原因引起的误差，就能保证最终称量结果在给定范围内，使配料精度提高。该方法重点 解决了连续称量过程中的连续累积误差偏大的问题，使配料实际称量与设定值相一致，控制了无论多 长的生产时间内，累积误差矿石小于 5kg，焦炭小于 3kg，使实际生产中称量的矿石和焦
5、炭趋于设定值， 且时间越长实际入炉料量越趋于设定值。 b. 称重控制算法称重控制算法 根据以上的设计思想，每一种物料称重达设定值的 90%时，振动给料机改变速度直至给料量达设 定值，且每批料间具有自动补偿、并自动修正补偿量、零点自动跟踪功能，用数学算式可描述为： S= +gigi2gi1WSJ090%WSJS90%WSJS式中， SJ数据采集值； S1为慢振速度； S2为快振速度 Y= 以提前量为前提dddeeCeC021式中： C1=90%Wg； C2=(1-90%)Wg； ed是给定重量值 Wg与动态实测量 Wd 之差(动态误差)； l 为阶梯控制切换界限，即振料量小于 90%快振，大于
6、90%慢振的两步给料界限； e 为终止给料提前量，本系统中青石取 5kg、焦炭取 3kg，还可根据生产情况进行修改。 2. 称重控制原理框图 称重控制原理框图如图 2 所示。 矿石或焦炭第 K+1 次称量时的开关限值k+1能在 ek 基础上补偿得到，这种补偿取决于第 K 次称量 结束后的静态误差：SK=Wg-WSK 及其变化量芿=SK-SK-1。图中k+1=k-Bk Bk= =ee0ee0)ee (eBee0)ee (ee1sk sk1 -sksksk1 -kKisksisksksionK式中， Bk对k的补偿值； e不灵敏带； SK和SK-1为第 K 次和第 K+1 次静态重量误差。 当称量
7、误差超出不灵敏带 e 且有发散趋势时， 彩累计补偿。开始进入累加补偿的称量次数为 X，累积补偿持续到称量误差区域收敛为止（青石不灵 敏区为1kg，焦炭不灵敏区 0.2kg） ，当称量误差向 e 内收敛时，彩恒值补偿，一旦进入不灵敏带之 中，则将补偿值清零，则不对其进行补偿。 3. 混配系统工作原理 a. 称重系统的组成和工作原理称重系统的组成和工作原理 矿石、焦炭电子秤用 3 个荷重传感器分别安装在平面等边三角形 3 个角，使 3 个传感器均匀受力。 每台电子秤的 3 个传感器并联连接，每个传感器还使混配系统增加了补偿电路，用于补偿各个传感器 微小的技术参数不一致，还可把电子秤安装时传感器受力
8、不均匀所引起的传感器输出不一致调整过来， 提高系统的重复性、稳定度和精确度。焦炭和矿石的称重系统各自独立，合理设置称重量程(矿石 0 1500kg，焦炭 0200kg)，使用高精确度传感器的同时，还采用了具有智能化补偿的控制算法，满足工 艺条件的配料精度，使矿石煅烧保持在最佳状态，提高了产品的产量与质量。 b. 振动给料部分的组成和工作原理振动给料部分的组成和工作原理 在石灰炉配料系统中，我们采用电动振动给料机振动给料，电动机的振动速度即电动机转速连续 可调，在振动给料初始阶段电动机高速运转，当给料值接近给定值时电动机低速运转，振动给料速度 由 PLC 给出。考虑到石灰生产行业的环境状况，驱动
9、采用交流电机，为保证调速精度，调速装置采用 高精度变频调速器，保证了振动给料的平稳性，克服了电磁振动给料机振动惯性大、给料过冲量大、 误差大的缺点。焦炭和矿石振动给料机各自独立，都由三菱变频器驱动，它具有转矩、矢量、转差补 偿、负载自适应等先进功能，还具有过载、短路、过电压、欠电压等完善的保护功能。为提高振动给 料机的制动速度，我们充分利用变频器的短时过载能力，将最大转矩限幅调整为 150%。为取得准确的 振动给料量，需合理设置变频器的减速停车时间，变频器在最大负载时的最小减速时间为： tdc=-(J1+J2/)/(TM+TL/) 2(0nm)/60 式中： J1电动机的惯性矩； TL折算到电
10、动机负载轴上的最大转矩； J2折算到电动机负载轴上的惯性矩； 减速机传输效率； TM电动机输出的最大转矩； nm电动机最大转速。 根据此减速时间可以计算物料的过冲量。 c. 混配部分的组成和工作原理混配部分的组成和工作原理 混配系统由矿石混配皮带和焦炭混配皮带组成。驱动电机均为 3kW 交流电机，为保证配料时做到 原料燃料“头头相重，尾尾相重” ，必须对电动机转速进行调节，调速装置采用安川变频调速器，转速 由 PLC 通过计算后给出， 可以从 0400Hz 连续可调， 工艺要求的调节范围为： 矿石 0480t/d(02m/s)， 焦炭 020t/d(01.2m/s)。 为操作方便，实现远控，变
11、频器均设置成外部端子控制，其动作过程和速度给定由计算机给出， 报警状态由变频器输出给 PLC，PLC 通过逻辑运算作出系统或某设备停车的指令。 当系统开始工作时，矿石、焦炭从料仓分别流入两个振动给料机。当计算机向两个振动给料机发 出快振信号时，物料快速加入称量斗内，其重量通过 3 个荷重传感器转换成电信号送至二次仪表，后 者将其转换成 420mA 电流信号送至 PLC 处理，当物料重量达到设定值后(90%)，PLC 向振动给料机 发出慢振信号，物料慢速加入称量斗，直到满秤设定值，并且上一次的称量误差，下一次能自动补偿。 当放料时间到，计算机发出信号，启动矿石、焦炭混配皮带，然后向电磁阀发出信号
12、，此时安装在称 量斗上的汽缸将扇形闸板推开，两种物料通过中间料斗由皮带同时送出，使配料过程头头相重，尾尾 相重，将混料送至下一道工序，然后开始第二次称量和混配。 四四 结束语结束语 经过使用证明，此种补偿算法具有很好的适应能力，称量精确度达 0.2%。连续累计误差青石不超 过 5kg，焦碳不超过 3kg，与设定值连续累计值相比可忽略不计。完全满足了生产工艺的要求。经使用 表明，这种补偿控制算法，称量准确，原料和燃料的配比精确，物料混配均匀，生产中炉况稳定顺利， 生石灰活性度高，生过烧率低，二氧化碳气浓度高，产量稳步增加，取得了较好的生产效果和经济效 益。该控制算法和混配过程还可推广到冶金建材行业中，具有较高的应用推广价值。 （全文完） 来源： 世界仪表与自动化 出版日期：2006 年 12 月
