2015年底，應某催化劑廠的工藝要求，廣州南創(chuàng)為其廠家經(jīng)過為期一年左右時間共同對其配料秤控制系統(tǒng)生產(chǎn)工藝進行改進，2016年正式投入運行，使用效果較好，具體表現(xiàn)在以下幾方面：采用DCS控制系統(tǒng)，提高近4倍生產(chǎn)效率; 大大提高系統(tǒng)可靠性;產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯提高;節(jié)能效果顯著。
方案設(shè)計初，選用皮帶輸送機進行物料輸送，由于物料(鋁石和高嶺土)的特殊性，粉末狀，流動性相當好，采用皮帶進行輸送，漏料問題成了一大解決難題。當時生產(chǎn)線上有臺螺旋給料機，依據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，考慮直接改進螺旋給料機，若可行，不但漏料問題可以解決，減輕對環(huán)境的污染，而且還可省去皮帶輸送機(含電子皮帶秤)，節(jié)約一筆資金，為了解決這些問題，我們開始進行嘗試性的改造設(shè)計，現(xiàn)在產(chǎn)品使用效果較好，滿足生產(chǎn)工藝的要求。
1.配料秤控制系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)運行時，通過電子螺旋配料秤對輸送的物料進行計量，對接收的重量和速度信號經(jīng)電腦積算儀處理后轉(zhuǎn)化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機(上位機)、以4～20mA模擬電流信號傳送給變頻調(diào)節(jié)器，再由變頻調(diào)節(jié)器去調(diào)節(jié)上級給料機的轉(zhuǎn)速，當增大流量時，上級給料機的轉(zhuǎn)速將降低，從而使得物料的流量和階段累計量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而完成物料的計量和配料。其工作原理圖如下圖。
2.配料秤系統(tǒng)的工藝設(shè)計
從上面的工作原理我們可看出：配料結(jié)果要求各種物料按一定的比例進行混合配比，因此，只要保證按照預先設(shè)定的配比給各種物料進行混合，就能滿足工藝要求。我們根據(jù)多年從事衡器的工作經(jīng)驗，利用CAD進行輔助設(shè)計，采用杠桿式結(jié)構(gòu)，設(shè)計一種低噪音、無摩擦、抗振動、計量準確、消除氣流影響、安裝調(diào)試及維護方便，適用于變化流量下對物料輸送和計量的電子螺旋配料秤。因螺旋給料機是一種密封設(shè)備，且本身帶有動力部分，要想將它改造為一種計量設(shè)備。
1、導氣管 2、稱重傳感器及連接固定機構(gòu) 3、螺旋給料機 4、軟連接機構(gòu) 5、支撐機構(gòu) 6、機架
該電子螺旋配料秤主要由積算儀、螺旋給料機、導氣管、稱重傳感器及連接固定機構(gòu)、軟連接機構(gòu)、支撐機構(gòu)、機架等部分組成。
2.1積算儀(稱重儀表)
引導式菜單操作，具備報警提示、脈沖輸出功能，并可實現(xiàn)自動模擬或?qū)嵨镄室约笆謩?自動空秤調(diào)零、零點自動跟蹤等功能。
具備角度自動補償、自診斷故障及停電數(shù)據(jù)保持功能。
液晶顯示，同屏顯示流量、累計量、速度(載荷或時間)等數(shù)據(jù)。壁掛式金屬板噴塑外殼，防水、防塵、防強磁場干擾。
具備通訊、打印、4～20mA模擬電流輸出等功能。
2.2稱重傳感器及連接固定機構(gòu)
螺旋給料機與稱重傳感器及連接固定機構(gòu)的連接部位焊接加強板，稱重傳感器及連接固定機構(gòu)上端通過固定螺栓與加強板聯(lián)接，下端由調(diào)節(jié)定位塊調(diào)整水平度，并與機架聯(lián)接。采用的是一塊帶圓弧形的鋼板或類似物加強板，方便配焊，保證輸送機具有足夠的強度和剛度;采用的是由兩塊截面類似為三角形的物塊組成調(diào)節(jié)定位塊，可方便調(diào)整螺旋給料機的水平位置，通過固定螺栓來調(diào)整螺旋給料機的限位，設(shè)備調(diào)整好后焊接固定，稱重傳感器和加強塊之間放置減振橡膠板，消除振動影響。
2.3支撐機構(gòu)
螺旋給料機與支撐機構(gòu)的連接部位焊接加強板，支撐機構(gòu)上端與加強板聯(lián)接，下端與機架聯(lián)接，支撐機構(gòu)通過連接軸和橡膠軸承聯(lián)接。導氣管安裝在出料口端，一端與螺旋給料機聯(lián)接，另一端聯(lián)接到上級給料機構(gòu)。采用橡膠軸承作為支撐點，利用緊固螺母和緊固螺栓進行固定，消除動力部分產(chǎn)生的影響。
2.4軟連接機構(gòu)
對給料機的進出料口進行處理，改硬連接為軟連接，讓改造的螺旋給料機成為獨立單元，消除外界因數(shù)對計量精度的影響。
2.5排氣機構(gòu)
在出料口附近增加夾層，安裝導氣管，及時排除產(chǎn)生的氣體，消除氣體帶來的壓力影響。
2.6尋找螺旋給料機的重心點
充分利用CAD先進技術(shù)，在計算機上進行受力分析，找出加載(滿載)情況下螺旋給料機的重心點，以便對其進行模擬校準。
3.校準前的準備
螺旋給料機選用Y4220.100，生產(chǎn)率Q為11.6t/h，傾角為0°，轉(zhuǎn)速為48 r/min，螺距為160mm，功率1.5kW，電流3.7A。
根據(jù)公式：Q=47D2ntρψC(1)
Q--物料流量(t/h)
D--螺旋直徑(m)
n--螺旋軸轉(zhuǎn)速(r/min)
t--螺距(m)
ρ--物料松散度(t/m3)
Ψ--物料填充系數(shù)
C--輸送機傾角系數(shù)
又設(shè)：k=D2tρ (2)
W=mk(3)
m--螺距數(shù)
取： Ψ=0.35，C=1
由(1)、(2)、(3)三式，推算給料機滿載時留在給料機內(nèi)的物料約62.5kg(化整后取65kg)。螺旋給料機自重為88 kg，為此我們選用BSS-200kg型稱重傳感器。
4、設(shè)備校驗
4.1模擬校準
按圖3所示，固定好給料機和傳感器，啟動電機進行空載運行，進行零點校準，然后施加80 kg砝碼進行模擬校準(線性和量程)，發(fā)現(xiàn)效果很好，試驗結(jié)果如表1所示。
表1-1零點累計誤差
次數(shù) 1 2 3 4 5
誤差值 0.128% -0.091% -1.117%0.027% 0.113%
表1-2量程累計誤差
次數(shù) 1 2 3 4 5
誤差值 0.232% -0.131% -0.241%0.274% 0.136%
4.2實物校準
按圖3試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖固定好料倉、星型給料機、螺旋給料機等，正確連接傳感器與積算器、積算器與PID、PID與變頻器、變頻器與星型給料機之間的連線，保證螺旋給料機處于相對獨立狀態(tài)。
讓PID處于開路狀態(tài)，啟動星型給料機讓其以最大速度運行，保證螺旋給料機處于滿負荷，進行實物校準，試驗結(jié)果如表2所示。
表2量程累計誤差(實物)
次數(shù) 1 2 3 4 5
誤差值 0.434% -0.391% -0.314%0.273% 0.0271%
4.3閉環(huán)調(diào)試
調(diào)節(jié)器，連接變頻器、進行系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試，在開始施加物料和料倉物料較少時控制較為困難，開始時系統(tǒng)超調(diào)現(xiàn)象較嚴重，但很快就能恢復，隨著減少料倉物料，控制曲線波動較大，但料倉中的物料保持在一定的范圍內(nèi)時，控制曲線波動變化比較平穩(wěn)，但存在滯后嚴重現(xiàn)象，不過，對于同一種物料，在料位穩(wěn)定的情況下，滯后時間是比較穩(wěn)定的，通過調(diào)整PID內(nèi)部相關(guān)參數(shù)，可以解決此問題。
5、存在問題及采取的措施
5.1存在問題
5.1.1由于運送的是粉粒狀物料，在運送物料過程中，由于與葉片和筒壁之間會有摩擦，產(chǎn)生靜電。
5.1.2物料在運送過程中由于摩擦及葉片間隙等原因致使物料與葉片轉(zhuǎn)速間存在滯后。
5.1.3物料在運送過程中，由于間隙產(chǎn)生氣體，形成氣壓，對稱量造成極不穩(wěn)定的影響。
5.2采取的措施
5.2.1系統(tǒng)接地及防靜電處理
現(xiàn)場對設(shè)備進行良好的接地處理，確保靜電消除。
5.2.2充分利用經(jīng)驗及控制理論
反復進行試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)，并對試驗數(shù)據(jù)進行技術(shù)處理，建立數(shù)學模型，并利用實際經(jīng)驗進行修改，調(diào)整PID內(nèi)部參數(shù)，完全克服系統(tǒng)的滯后現(xiàn)象。
5.2.3增加排氣裝置
在定量給料機出口處增加排氣裝置，將筒內(nèi)的氣體及時排除，一方面消除氣流影響計量的準確度，另一方面保證物料順利送走。
6、結(jié)束語
通過現(xiàn)場使用驗證，該種配料設(shè)備不僅適用于流動性較好的粉末狀、小顆粒狀物料，而且還適用于具有一定粘度的、流動性較差的物料，在冶金、化工、建材等行業(yè)，該種設(shè)備及控制方式值得在相應系統(tǒng)中推廣使用。
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