秦久蓮，鄭 芳

（唐鋼微爾自動(dòng)化有限公司 河北 唐山 063000）

1 料倉(cāng)料位測(cè)量裝置的產(chǎn)生背景

料倉(cāng)是為了提高生產(chǎn)效率，提前將需要使用的物料進(jìn)行配比的容器，是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。料倉(cāng)料位計(jì)是對(duì)容器中物料高度的變化進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)的儀表，又稱為料位變送器、料位控制器、料位儀、物位計(jì)等等，直接為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)提供實(shí)時(shí)的操作依據(jù)。目前普遍使用的料倉(cāng)料位測(cè)量?jī)x器包括雷達(dá)物位計(jì)、超聲波料位計(jì)、投入式重錘料位計(jì)、電容料位計(jì)等種類，但是由于鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的環(huán)境比較復(fù)雜惡劣、探測(cè)介質(zhì)的易于損壞等原因，經(jīng)常造成這些常規(guī)儀表不能正常工作，從而導(dǎo)致料倉(cāng)料位不能正常檢測(cè)，影響生產(chǎn)的正常順利運(yùn)行。迫切需要一種新的料倉(cāng)料位計(jì)來(lái)解決上述問(wèn)題，以降低生產(chǎn)故障率，減少人工維護(hù)成本，達(dá)到提高生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確率的目的。

2 料倉(cāng)料位測(cè)量裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

在鋼鐵生產(chǎn)中，煤粉倉(cāng)作為高爐噴煤系統(tǒng)的原料庫(kù)，料倉(cāng)料位是直接影響噴煤操作的重要參數(shù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度直接決定制粉系統(tǒng)是否能正常進(jìn)行，從而影響整個(gè)煉鐵過(guò)程是否能政策進(jìn)行。某煉鐵廠3200㎡高爐煤粉倉(cāng)高25米，直徑8米，煤粉倉(cāng)上部需要隨時(shí)輸入煤粉，下部隨時(shí)輸出煤粉，有時(shí)還需要從煤粉倉(cāng)下部操作充入氮?dú)膺M(jìn)行返粉用來(lái)防止料倉(cāng)內(nèi)煤粉結(jié)塊而影響使用，由于料倉(cāng)內(nèi)懸浮物煤粉很多，從投產(chǎn)開(kāi)始，先后采用了幾種料位計(jì)——雷達(dá)物位計(jì)、超聲波料位計(jì)、重錘料位計(jì)、電容料位計(jì)，用以解決料位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的問(wèn)題，但是上述幾種料位計(jì)都不能滿足測(cè)量操作的要求，對(duì)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)造成了影響。

雷達(dá)料位計(jì)是基于時(shí)間行程原理的測(cè)量?jī)x表，雷達(dá)波以光速運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間通過(guò)電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)，探頭發(fā)出高頻脈沖信號(hào)并沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖信號(hào)遇到物料表面時(shí)反射回來(lái)被儀表內(nèi)的接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)。由于物料波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測(cè)信號(hào)中會(huì)混有大量噪音，所以對(duì)物料準(zhǔn)確性有很大影響；而且還會(huì)伴有探頭結(jié)疤和頻繁故障等多種情況，都會(huì)對(duì)料位的準(zhǔn)確性造成影響，從而影響鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)。

超聲波料位計(jì)在物位測(cè)量過(guò)程中，超聲波信號(hào)由超聲波探頭發(fā)出，經(jīng)液體或固體物料表面反射后折回，由同一個(gè)探頭接收，測(cè)量超聲波的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間，由超聲波發(fā)射至接收所經(jīng)歷的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間乘以聲速就可以計(jì)算出料位高度，從而得出物位的測(cè)量結(jié)果。但是由于空氣溫度高低會(huì)影響聲波的傳播速度，因此還需要測(cè)量空氣溫度以修正聲速；而且由于料倉(cāng)內(nèi)的粉塵影響、凹凸面影響以及噪音等非接觸式影響等因素，都會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不適用于鋼鐵加工生產(chǎn)的復(fù)雜惡劣環(huán)境。

重錘料位計(jì)直接測(cè)量料倉(cāng)內(nèi)頂部無(wú)料空間距離，間接測(cè)量料倉(cāng)內(nèi)的物料高度。重錘料位計(jì)分為手動(dòng)重錘料位計(jì)和自動(dòng)重錘料位計(jì)。手動(dòng)的重錘料位計(jì)由于傳統(tǒng)的攬式重錘容易發(fā)生斷錘、埋錘、亂繩，而且需要手動(dòng)控制，并且料倉(cāng)內(nèi)物料液面不平，會(huì)造成數(shù)據(jù)影響，從而影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。自動(dòng)重錘料位計(jì)由伺服電機(jī)、懸有重錘的鋼絲繩、料位發(fā)信裝置以及帶有PLC的顯示儀表所組成。啟動(dòng)后，PLC發(fā)出降錘信號(hào)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)放下重錘，當(dāng)重錘碰到料面后，發(fā)信裝置發(fā)出信號(hào)給PLC，重錘停止下降并且發(fā)出升錘信號(hào)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，重錘上升，并且發(fā)出料位信號(hào)值到顯示儀表上。自動(dòng)重錘料位計(jì)克服了傳統(tǒng)手動(dòng)重錘料位計(jì)的容易發(fā)生斷錘、埋錘、亂繩以及不需手動(dòng)控制的缺點(diǎn)，但是沒(méi)有解決數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確性的問(wèn)題，所以也同樣不適用于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜惡劣環(huán)境。

電容料位計(jì)是依據(jù)電容感應(yīng)原理，使傳感器與容器組成一個(gè)電容器的兩電極，電容值隨容器內(nèi)物料介質(zhì)的物位改變而變化，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物位輸出信號(hào)，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)浸汲測(cè)量電極的高度變化時(shí)，引起電容的變化。由于被測(cè)量介質(zhì)的不穩(wěn)定會(huì)造成誤差，所以不適用于現(xiàn)代生產(chǎn)。

上述幾種類型的料倉(cāng)料位計(jì)均存在不同的缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致料倉(cāng)料位測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性差，需要一種全新的料倉(cāng)料位計(jì)取代用以提高生產(chǎn)效率。

3 料倉(cāng)料位測(cè)量裝置概述

料倉(cāng)料位測(cè)量裝置，由料位測(cè)量部分、料位測(cè)量移動(dòng)部分、測(cè)量信號(hào)傳輸和控制部分組成，其中料位測(cè)量部分包括測(cè)量筒、核輻射源、射線接收器和配重塊；料位測(cè)量移動(dòng)部分包括排線輪、減速電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)、限位擋板、電位器；測(cè)量信號(hào)傳輸和控制部分包括電子轉(zhuǎn)換單元、PLC控制器、換向單元、料位轉(zhuǎn)換單元和顯示單元。

測(cè)量筒位于料倉(cāng)內(nèi)部，數(shù)量為兩支，并排平行排列，如果料倉(cāng)內(nèi)溫度偏高，為避免測(cè)量筒及內(nèi)部構(gòu)件損壞，可將測(cè)量筒至于料倉(cāng)外壁。核輻射源和射線接收器分別在兩支測(cè)量筒內(nèi)垂直放置，核輻射源的射線發(fā)生位置與射線接收器的射線接收位置相對(duì)應(yīng)，分別通過(guò)線纜與兩個(gè)排線輪相連接，配重塊位于測(cè)量筒內(nèi)通過(guò)線纜連接在射線接收器下方。

射線接收器的信號(hào)輸出端和電子轉(zhuǎn)換單元相連接，電子轉(zhuǎn)換單元與PLC控制器相連接，從而將射線接收器接收到的信號(hào)傳送到PLC控制器上，限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸出端和換向單元的信號(hào)輸出端分別與PLC控制器相連接，換向單元的另一端與減速電機(jī)相連接。換向單元將PLC控制器的指令傳送到減速電機(jī)從而控制減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電位器固定在減速電機(jī)軸上，另一端與料位轉(zhuǎn)換單元相連接，限位開(kāi)關(guān)不起限位作用時(shí)，PLC控制器將指令傳輸給換向單元，使減速電機(jī)按照PLC控制器指令上下運(yùn)行，上限位減速電機(jī)下行，下限位減速電機(jī)上行。限位擋板安裝在排線輪的輪軸上，位于兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)之間，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)起到限位作用時(shí)，限位開(kāi)關(guān)隨著排線輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，接觸限位擋板，從而控制上下限。減速電機(jī)的鏈條齒輪與排線輪的鏈條齒輪齒數(shù)相同，模數(shù)相同，電位器與減速電機(jī)軸心相同、轉(zhuǎn)數(shù)相同，從而保證了數(shù)據(jù)測(cè)量的同步性、準(zhǔn)確性。

料位轉(zhuǎn)換單元分別與PLC控制柜和電位器相連接，以達(dá)到料位探測(cè)的同步性和實(shí)時(shí)性。顯示單元與PLC控制器相連接，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反應(yīng)在PLC控制器上。

4 料倉(cāng)料位測(cè)量的應(yīng)用效果及前景

現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)中，不僅僅是對(duì)生產(chǎn)效率，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)精度也有很高的要求。為了節(jié)省人工費(fèi)用，自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高。料倉(cāng)料位裝置由于核輻射源的特殊性，做到了探測(cè)源與測(cè)量物質(zhì)無(wú)接觸，避免了高溫、粉塵等惡劣的工作環(huán)境對(duì)探測(cè)源的影響。由于減速電機(jī)的鏈條齒輪與排線輪的鏈條齒輪模數(shù)相同，齒數(shù)相同，同時(shí)電位器與減速電機(jī)軸心相同、轉(zhuǎn)數(shù)相同，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，這種裝置將核輻射儀表與自動(dòng)化技術(shù)完備結(jié)合，做到了料倉(cāng)料位測(cè)量的穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)性，對(duì)密封式和非密封式料倉(cāng)，高溫、高壓、毒害性、腐蝕性、密閉性等各種惡劣環(huán)境均能適用，而且自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用降低了人工維護(hù)等費(fèi)用，具有高效、便捷，易于維護(hù)，使用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合上述內(nèi)容，料倉(cāng)料位測(cè)量裝置克服了傳統(tǒng)料位測(cè)量裝置的不穩(wěn)定性以及不準(zhǔn)確性等缺點(diǎn)，加之與自動(dòng)化技術(shù)的完備結(jié)合，具有實(shí)時(shí)性、高效性、準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種工況復(fù)雜的惡劣生產(chǎn)環(huán)境，應(yīng)積極推廣到鋼鐵生產(chǎn)加工以及其他要求大直徑、大厚度料倉(cāng)的料位測(cè)量領(lǐng)域，以減少現(xiàn)代生產(chǎn)加工的人工成本和維護(hù)成本。