曹戰(zhàn)飛

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪335424)

1 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，許多生產(chǎn)過程對固體物料的連續(xù)精確計量控制要求不斷提高。在這樣的背景下，一種新型的、能滿足這一要求的計量裝置——失重秤應(yīng)運而生。失重秤，是一種間斷給料連續(xù)出料的稱重設(shè)備，是一種質(zhì)量流量連續(xù)測量和控制裝置。在冶金、礦山、化工、水泥等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用［2］。

2 失重秤的系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 失重秤的系統(tǒng)組成

失重秤系統(tǒng)主要包括加料閥、失重倉、稱重傳感器、速度傳感器、螺旋給料機(jī)、電機(jī)、變頻器、WB930控制器以及上位機(jī)。如圖1所示。

2.2 失重秤的工作原理

失重秤實際使用中的工作曲線如圖2所示當(dāng)失重倉的物料重量低于失重秤控制器設(shè)定的加料下限值(圖2中A點)時，失重秤控制器發(fā)出加料指令，加料閥、呼氣閥打開、吸氣閥關(guān)閉，物料從干礦倉迅速加入失重倉，當(dāng)失重倉的物料重量高于失重秤控制器設(shè)定的加料上限值(圖2中B點)時，失重秤控制器發(fā)出停止加料指令，加料閥、呼氣閥開始關(guān)閉、吸氣閥開始打開，當(dāng)加料閥關(guān)閉到位時失重倉的物料重量為圖2中C點的重量，A點到C點失重秤處于加料期。在此期間給料螺旋按照加料前的轉(zhuǎn)速固定運行，失重秤控制器對瞬時流量不做計算，保持加料前的值［1］。

圖1 失重秤系統(tǒng)示意圖

圖2 失重秤工作曲線

C點到D點失重秤處于控制延時，避免加料完成后失重倉震動對計算結(jié)果產(chǎn)生的影響。D點到下一個A點失重秤處于排料期，在此期間失重秤通過稱重傳感器不斷的測量失重倉中物料重量，根據(jù)失重倉中物料重量的減少速率計算出瞬時質(zhì)量流量，再通過瞬時質(zhì)量流量與設(shè)定值的偏差來調(diào)節(jié)變頻器的輸出，控制給料螺旋，以達(dá)到定量給料的目的。

3 貴冶失重秤實際使用情況及其控制品質(zhì)的優(yōu)化過程

失重秤的控制品質(zhì)即失重秤瞬時質(zhì)量流量與設(shè)定值的一致程度。貴冶閃速爐失重秤自投用來一直存在較大波動(波動范圍達(dá)到±30t/h左右)，并經(jīng)多次年修調(diào)整后，控制品質(zhì)依然不能保證，對閃速爐的爐況造成一定的影響，最終造成閃速爐作業(yè)率的下降。為了確保閃速爐爐況的穩(wěn)定，我們開展了優(yōu)化失重秤控制品質(zhì)的活動。

3.1 影響失重秤控制品質(zhì)原因分析

主要對影響失重給料波動的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對、趨勢分析(如轉(zhuǎn)速、投料量、螺旋電流、倉重量、加料和排料時間、干礦倉料位、料溫等等相關(guān)工藝技術(shù)參數(shù))，找出其中有可能的影響失重秤波動的參數(shù);調(diào)整并查看對失重秤波動的是否有影響，并做好相關(guān)參數(shù)調(diào)整前、后記錄，并從中找出影響失重秤輸出波動的關(guān)鍵因素和次要因素，并做好相關(guān)參數(shù)調(diào)整前、后記錄觀察調(diào)整前、后的實際效果。

其涉及到主要內(nèi)容有:

(1)修改失重倉上下限，觀察加料對失重秤的輸出波動的影響(通過半年多的反復(fù)調(diào)整試驗，發(fā)現(xiàn)倉重上下限對失重秤波動范圍有關(guān)系，并找到理想?yún)?shù)。

(2)通過加料閥A/B動作，即兩個閥同時加料，改成一個閥下料，檢查對失重秤的輸出波動的影響(影響不大，為次要因素)。

(3)調(diào)整流態(tài)化流量、壓力大小，觀察加料時間的快、慢對失重秤的輸出波動的影響(有影響，加料超上限過多會引起大幅波動)。

(4)在DCS系統(tǒng)中增加加料時間、排料時間和加料次數(shù)程序，用來觀察1、2#失重秤對控制輸送波動影響的相關(guān)性。

(5)在DCS系統(tǒng)中，增加影響失重秤波動相關(guān)參數(shù)組和趨勢組，觀察、分析失重秤的輸出波動影響的關(guān)聯(lián)性。

(6)修改WB930內(nèi)部相關(guān)參數(shù)(PID參數(shù)、前饋作用時間)，觀察、分析失重秤的輸出波動的影響的關(guān)聯(lián)性(有影響，但不是主要因素，在給料螺旋磨損初期有一定效果)。

3.2 對影響失重秤控制品質(zhì)要因分類處理

針對影響失重秤波動的一些相關(guān)因素，安排在平時點檢維護(hù)、爐內(nèi)點檢或定修、年修期間進(jìn)行改進(jìn)和排除:如下料口嚴(yán)重偏移中心位置的偏移等，造成失重倉和螺旋整體重心偏移，伸縮節(jié)和稱重傳感器偏移是造成失重給料系統(tǒng)計量不準(zhǔn)確，給料量波動大的原因。影響給料波動因素不僅與失重秤控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)有關(guān)，更主要的是與之連接的設(shè)備部件;一旦與失重倉連接的(加料閥、螺旋給料機(jī)、呼吸管及下料伸縮節(jié)等)產(chǎn)生硬連接，必然受力，最終造成測量不準(zhǔn)確，而引起測量和給料的波動。

3.2.1 稱重傳感器是否正常穩(wěn)定工作直接影響失重秤控制品質(zhì)

失重秤是根據(jù)失重倉中物料重量的減少速率來計算出瞬時給料量的，那么稱重傳感器如果受到外部干擾，勢必造成瞬時給料量的大幅波動。因此，稱重傳感器正常穩(wěn)定工作是確保失重秤控制品質(zhì)的前提。然而在實際應(yīng)用中往往因為失重秤安裝及環(huán)境因素的影響，造成稱重傳感器不能正常穩(wěn)定工作，從而大大降低了失重秤的控制品質(zhì)［3］。

為解決這一問題，我們自制稱重傳感器導(dǎo)向套間隙檢查工具、失重倉傾斜情況檢查點。用于判斷稱重傳感器是否能正常穩(wěn)定工作。如有異常，通過增加的失重倉鎖定裝置進(jìn)行調(diào)整，確保稱重傳感器的正常穩(wěn)定工作。同時為防止更換螺旋時造成失重倉傾斜，還增加了螺旋外殼鎖定裝置［5］。

3.2.2 物料及氣流的沖擊力對失重秤控制品質(zhì)的影響

失重秤實際使用中的給料量波動往往出現(xiàn)在加料結(jié)束，開始排料的時間，原因正是加料時加料閥、流態(tài)化閥打開，大量物料快速涌入失重倉，對失重倉形成強(qiáng)大的沖擊力，從而造成給料量的大幅波動。

針對這一問題，我們在失重倉流態(tài)化閥前增加轉(zhuǎn)子流量計來控制流態(tài)化風(fēng)的流量，從而減小加料時物料對失重倉的沖擊力降低給料量的波動。

我們還遇到過這樣的情況，當(dāng)與失重倉呼吸管粘接時，失重秤給料量也會出現(xiàn)大幅波動，這是由于失重倉呼吸管粘接會造成失重倉內(nèi)的壓力與干礦倉氣壓不平衡，導(dǎo)致加料或排料不暢，最終造成給料量波動。針對這種情況要對失重倉呼吸管及時清理，為了能及時發(fā)現(xiàn)這種情況，我們增加失重倉壓力檢測點，通過失重倉內(nèi)壓力來進(jìn)行判斷［6］。

3.2.3 失重秤控制系統(tǒng)參數(shù)對失重秤控制品質(zhì)的影響

失重秤控制器(WB930)采用自適應(yīng)前饋和PID并行工作的方式進(jìn)行控制。WB930控制器的輸出信號為前饋輸出信號加PID輸出信號。如圖3所示

圖3 WB930控制器輸出信號示意圖

通過調(diào)整前饋參數(shù)表(表1)中的參數(shù)，更好地預(yù)測由于失重倉料位高度差引起的干擾因素，提前給出控制信號修正，使干擾獲得補(bǔ)償，穩(wěn)定給料量，消除誤差。

表1 WB930控制器前饋參數(shù)表

前饋輸出Uff在不同的時間段有不同的值，

E=r(k)-y(k)為控制偏差即設(shè)定值-測量值，Kup為前饋增益的更新系數(shù)。通常Kup在0.05～0.5之間。

根據(jù)長時間的經(jīng)驗，通過前饋參數(shù)的調(diào)整使前饋增益Kff保持在-3000～3000之間是比較理想的參數(shù)。

失重秤控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流量為什么要引入PID控制而不是一般流量控制的PI控制?這是因為失重秤系統(tǒng)存在一定的容量滯后(螺旋給料機(jī)的阻力，WB930控制器輸出的傳送滯后包括變頻器的加減速時間)，為了克服系統(tǒng)的滯后引入微分作用，盡量調(diào)小變頻器的加減速時間，以縮短系統(tǒng)的滯后時間，通過PID參數(shù)的調(diào)整，可以得到比較理想的控制品質(zhì)［1］。

3.3 鞏固與持續(xù)改進(jìn)措施

加強(qiáng)對失重秤的日常維護(hù)及預(yù)防性點檢工作，不斷跟蹤和分析記錄相關(guān)參數(shù)修正或調(diào)整后對失重秤輸出波動的影響程度;同時，在生產(chǎn)、維護(hù)中不斷歸納總結(jié)(即不斷PDCA循環(huán)跟蹤修改和完善)、完善失重秤日常維護(hù)聯(lián)合點檢、定期維護(hù)的重點、要點，梳理形成詳細(xì)的失重秤日常點檢內(nèi)容、聯(lián)合點檢內(nèi)容以及失重秤波動原因的排查流程。確保整套裝置運行處于穩(wěn)定最佳工況。最終使之滿足生產(chǎn)要求，減少波動范圍，穩(wěn)定了閃速爐的爐況、提高閃速爐作業(yè)率［3］。

3.4 實施效果

通過以上改善措施的實施，使失重秤控制輸出的波動范圍得到了有效改善，提高了失重秤給料量的穩(wěn)定性，失重秤給料量波動控制在±8t/h以內(nèi)。穩(wěn)定了閃速爐的爐況、提高閃速爐作業(yè)率。

4 結(jié)語

影響失重秤系統(tǒng)控制品質(zhì)的因素還有很多，比如干礦倉料位、螺旋磨損等。由此可見，失重秤系統(tǒng)控制品質(zhì)優(yōu)化過程是一個系統(tǒng)工程，涉及到各個專業(yè)、各方面的因素，只有各方通力協(xié)作、積極配合才能取得良好的效果［4］。

［1］劉湖濱.銅精礦失重計量裝置研究［J］.上海計量測試，2005(1):14-16.

［2］李登峰，劉志民.失重秤在自動化配料系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2010(10):39-40.

［3］陳耕，楊國強(qiáng).失重秤原理及波動原因分析［J］.銅業(yè)工程，2011(6):59-62.

［4］馬衛(wèi)東.失重秤常見故障現(xiàn)象及處理方法［J］.河南建材，2011(2):141-141.

［5］孔令峰.失重計量秤常見故障分析及處理［J］.科技資訊，2012(3):96-96.

［6］高永斌.失重秤的日常維護(hù)和故障檢修［J］.合成技術(shù)及應(yīng)用，2013(3):51-54.