陳帆，邵彥錕

生料均化庫計量卸料系統(tǒng)控制方式的探討

Discussion of Ways to Control Measuring Discharge System of Raw MealHomogenizing Silo

陳帆1，邵彥錕2

生料均化庫計量卸料系統(tǒng)關(guān)系到燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定和熟料質(zhì)量，采用多級閉環(huán)控制模式對計量倉、流量閥和沖板流量計進行綜合控制，可實現(xiàn)生料入窯的精確性和穩(wěn)定性，同時該控制模式具有可讀性強、易于操作和抗干擾能力較強等優(yōu)點。

生料計量卸料；多級閉環(huán)控制；DCS

現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)線中生料均化庫的作用是對物料的進料、儲存、均化、混合和卸料進行處理。而生料庫庫底計量卸料系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性可保證燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定和熟料質(zhì)量。本文主要對巴拉圭Tupi項目生料庫計量卸料系統(tǒng)多級閉路控制模式進行探討和分析，依托項目調(diào)試過程中的實際情況對該控制模式進行論證和驗收。

1 生料庫底計量卸料工藝流程

庫底兩套羅茨風機分別對庫底各區(qū)和卸料系統(tǒng)進行充氣。生料經(jīng)過庫底各區(qū)由程序控制器對各區(qū)充氣管路的電動球閥實施控制，以達到分區(qū)有序卸料。由生料庫對應(yīng)的兩套入倉卸料閥控制料量，卸出的生料經(jīng)空氣輸送斜槽入生料稱重倉。生料稱重倉是一個帶稱重傳感器的喂料倉，由外筒及內(nèi)筒兩套筒組成，內(nèi)筒筒壁上開有孔洞。根據(jù)連通管的原理，進入稱重倉外筒的生料與內(nèi)筒的生料會產(chǎn)生交換，并在內(nèi)筒充分攪拌均勻后卸出。正常生產(chǎn)時，稱重傳感器保證倉內(nèi)物料重量穩(wěn)定在一定范圍，使通過出倉流量調(diào)節(jié)閥的物料量保持穩(wěn)定，進而保證喂入預(yù)熱器的物料量穩(wěn)定。控制過程是稱重傳感器的重量信號控制庫底電動流量閥開度，維持稱重倉料位，為倉側(cè)穩(wěn)定出料提供先決條件。稱重倉有兩套卸料裝置計量出倉生料量（其中一套備用），配有一臺固體流量計（沖板流量計）。稱重倉由羅茨風機充氣卸料，操作員在CCR中控室給定生料喂料量，固體流量計（沖板流量計）按給定值控制倉側(cè)電動流量閥的開度，使卸出量與給定值一致。經(jīng)稱重倉卸出的生料，通過空氣輸送斜槽、窯尾提升機提升至預(yù)熱器頂部入空氣輸送斜槽，通過回轉(zhuǎn)鎖風下料器進入預(yù)熱器的C2-C1風管內(nèi)。進入生料均化庫和生料稱重倉的氣體分別經(jīng)袋收塵器凈化，再由風機排入大氣。

2 巴拉圭Tupi項目生料計量卸料系統(tǒng)設(shè)備和控制原理（圖1）

計量倉荷重傳感器為徐州賽摩公司三組40t量程M9340稱重模塊，三組稱重模塊經(jīng)過自帶的變送器箱輸出4～20mA信號。沖板流量計為哈斯勒FLOW50型，輸出信號4～20mA。電動流量閥電動執(zhí)行器為伯納德SD型，輸入信號4～20mA。中控室設(shè)定喂料量后，根據(jù)沖板流量計的反饋進行差值比較，根據(jù)該差值的范圍對電動流量閥進行不同級別的調(diào)節(jié)。

3 生料入窯喂料的自動控制

在Tupi項目調(diào)試過程中，最為關(guān)鍵的是計量倉、流量閥和沖板流量計三者的協(xié)調(diào)控制。本項目的DCS系統(tǒng)是基于西門子PCS7 V8.0平臺打造，為充分體現(xiàn)該平臺開放式、多元化的特點，項目中所有的自動控制均為用戶自定義重新編程（非西門子默認封裝程序塊）。其優(yōu)點是能讓項目工程師更好地理解其控制原理，并且能夠?qū)崟r檢測控制的各個環(huán)節(jié)，高自由度地添減自定義功能區(qū)。

圖1 生料庫底計量卸料控制圖

該項目自動控制方式稱為“多級閉環(huán)控制”，其原理為：基于時間調(diào)節(jié)與加減比較運算，相比于傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)簡單，運算量少，靈活性高，可讀性強，可直接由操作員于上位機修改經(jīng)驗參數(shù)，并且工程師可根據(jù)不同系統(tǒng)自行加減調(diào)節(jié)級數(shù)以達到控制要求，多級調(diào)節(jié)可對系統(tǒng)趨勢進行預(yù)判，使調(diào)節(jié)響應(yīng)時間縮短，超調(diào)量減少，使系統(tǒng)穩(wěn)定。

自動化閉環(huán)控制方式中最基本的一種是比例調(diào)節(jié)，其公式為：

式中：

u（t）——調(diào)節(jié)器輸出

（對應(yīng)于執(zhí)行器開度）

Kp——比例系數(shù)

e（t）——調(diào)節(jié)器的輸入，一般為偏差，即e（t）= SP-FB；其中FB為反饋值，SP為給定值。

由式（1）可見比例調(diào)節(jié)是一種最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律，調(diào)節(jié)器的輸出u（t）與輸入偏差e（t）成正比，只要出現(xiàn)偏差e（t），就能及時地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用。其作用大小，除與偏差e（t）有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp。Kp越大，調(diào)節(jié)作用越強，動態(tài)特性也越好；反之，Kp越小，調(diào)節(jié)作用越弱。但對于大多數(shù)慣性環(huán)節(jié)，Kp過大，會引起自激振蕩。

比例調(diào)節(jié)的缺點是存在靜差，屬有差調(diào)節(jié)，對于擾動較大且慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)，則很難兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性。因此一般的閉環(huán)控制都會加入積分和微分環(huán)節(jié)以滿足控制要求。而該系統(tǒng)類似于比例調(diào)節(jié)，但可以克服上述比例調(diào)節(jié)的各種缺點，以多級調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)控制要求，最終同樣可以達到普通PI調(diào)節(jié)的效果。

圖2 多級閉環(huán)控制的控制邏輯圖

多級閉環(huán)控制的控制邏輯見圖2。

在該項目生料入窯喂料的自動控制中，所用二級調(diào)節(jié)即可達到控制要求，其控制流程基本如下：

根據(jù)設(shè)定的喂料量與固體流量計（沖板流量計）檢測值的差值，調(diào)節(jié)生料計量倉倉側(cè)卸料裝置的電動流量閥的開度，以此形成一套閉環(huán)控制系統(tǒng)。其程序見圖3。

其中累加塊是基于STL格式的用戶自定義塊，其作用為：自動控制下，每當act引腳激活后將sub_v引腳的值與v引腳的值累加到out輸出，程序如下：

定義輸入變量:

act:每當收到脈沖信號時，將更新out值

snb_v:每次更新的增量

v:原始值

reset:置位時保持并停止更新out值

定義輸出變量：

out：輸出給定

中間變量（保持）：act_m，act_p，m1

圖3 多級閉環(huán)控制程序模塊

圖4 控制趨勢圖

TAR1#saveAR1

TAR1#saveAR2

A#act

FP#act_m

=#act_P

A#act_p

JCN st1

A#reset

JCN st0

L#v

T#m1

st0:L#m1

L#sub_v

-R

T#m1

st1 L#m1

T#out

LAR1#saveAR1

LAR2#saveAR2

該程序運行得到的趨勢在上位機顯示，操作員設(shè)定“流量給定”、“死區(qū)”、“一二級調(diào)節(jié)臨界值”、“一級調(diào)節(jié)周期”、“一級調(diào)節(jié)增量”、“二級調(diào)節(jié)周期”、“二級調(diào)節(jié)增量”。最佳參數(shù)下其穩(wěn)定周期短，超調(diào)量小，如圖4所示。

在實際調(diào)試過程中，當調(diào)節(jié)上述幾個經(jīng)驗參數(shù)達最佳時，其最終誤差為1.5%左右。系統(tǒng)響應(yīng)時間為2～3min。使用多級閉環(huán)控制模塊，比傳統(tǒng)PI控制計算方式簡單，程序可讀性較強，可實時監(jiān)測程序在線狀態(tài)，并可增加操作員的調(diào)節(jié)自由度。

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2014-12-19；編輯：趙蓮