基于负荷率与转速控制的定量给料系统

周愉

摘 要：定量给料系统是一种集称量与料量控制于一体的给料系统，主要由圆盘给料机、定量给料机、DCS控制系统构成，广泛运用于冶炼行业物料的配送工艺。基于负荷率与转速控制的定量给料系统，通过对称量装置进行优化实现了负荷率测量的准确性，通过对测速装置优化实现了转速控制的准确性，通过DCS系统控制逻辑的优化实现了圆盘给料机、定量给料机工作的协调性，通过定期维护标准的执行实现定量给料机工作的低故障性，从而实现了给料的准确性、稳定性。

关键词：定量给料系统；负荷率；转速；DCS系统；维护

中图分类号：TS203 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0296-02

1 定量给料系统的构成及工作原理

1.1 定量给料系统的构成

定量给料机系统由料仓、圆盘给料机、定量给料机、DCS系统四部分构成。

1.2 定量给料系统工作原理

定量给料系统工作原理如下：物料首先经行车吊运至料仓，再由料仓底部的圆盘给料机转运至定量给料机，最后由定量给料机将料量转运至下游工序，整个转运过程由DCS系统进行自动控制。

1.3 定量给料机工作原理

定量给料机通过不断的采集荷重传感器信号与速度信号，计算出实际物料的流量，并将实际流量与流量设定值进行比较，如果流量设定值大于实际流量值，控制变频器加速，如果流量设定值小于实际流量值，控制变频器减速，使得实际流量值趋于流量设定值。

2 基于负荷率与转速控制的定量给料系统

2.1 称量装置优化

2.1.1 称量装置结构改进

传统两组对称布置的称量传感器在实际运行中存在称架受皮带挤压变形，四只传感器共6种组合的横向、纵向水平度安装调整较困难，造成传感器测量误差较大，零点偏移严重。基于负荷率与转速控制的定量给料系统采用一根计量托辊代替了传统称架，采用滚动支撑代替了原固定平面支撑，该托辊使用更换周期为两年，在日常生产中无需停机进行检查、维护，基本消除称架变形造成称量影响；同时采用一组对称布置的称量传感器进行测量，两只传感器共2种组合在横向、纵向的水平度容易调整。通过对称量装置结构进行改进消除了称架变形、传感器安装水平度影响后，静态测量精度由3%提升至0.1%。

2.1.2 称重显示控制器输出信号改进

传统定量给料系统配置ICS-2000系列的称重显示控制器只能输出瞬时料量信号，DCS系统只能通过料量同时调整圆盘给料、定量给料机转速实现料量控制，经常造成定量给料机料层过薄、过厚，使得称重传感器负荷率难以保持在20～80%的测量最佳线性区域。基于负荷率与转速控制的定量给料系统采用IND560BC系列的称重显示控制器，可同时输出瞬时料量、传感器负荷率信号，DCS系统可使用料量对定量给料机转速进行控制，使用传感器负荷率对圆盘给料机转速进行控制。

2.1.3 校准方式的改进

传统定量给料机采用皮带空负荷运行进行静态线性校准，由于皮带自身运行存在振动，造成测量负荷存在皮带振动叠加力，线性校准不准确。基于负荷率与转速控制的定量给料系统在皮带停止时进行线性校准，消除了皮带运行带来的叠加负荷影响。

2.2 测速装置优化

传统定量给料机依靠测速托辊与皮带接触摩擦转动进行测速，该测速方式受皮带自身振动、皮带及测速托辊自身粘料影响，测速托辊运行过程会出现打滑、跳动等情况，造成测速托辊无法完全保证与皮带转速的同步性，导致测量转速存在偏差、测量转速的稳定性较差，进一步造成定量给料机计量不准确、控制不稳定。基于负荷率与转速控制的定量给料系统采用旋转编码器进行转速测量，且该旋转编码器固定于尾部滚筒的轴上，运行中可完全保证与滚筒的同步性；同时该旋转编码器输出脉冲为4096，可保证其输出信号的准确性，实现定量给料机测速的准确性。

2.3 DCS控制系统改造

2.3.1 采集信号的改造

由单一的采集定量给料机瞬时料量信号改造为同时采集瞬时料量、传感器负荷率信号，为后续对圆盘给料机、定量给料机协调工作提供基础数据。

2.3.2 负荷率控制的实现

基于负荷率与转速控制的定量给料系统首先根据定量给料机设计流量、传感器最大负荷设计负荷率计算模块，将不同的料量通过计算后在20～80%的最佳线性区内选择适合负荷率。当定量给料系统运行时根据操作人员的料量设定，负荷率计算模块自动计算出最佳适合负荷率，并将负荷率传输至圆盘给料机PID调节模块，通过调整上游圆盘给料机的给料速度达到控制下游定量给料机传感器负荷率恒定、皮带料仓厚度恒定的目的。

2.3.3 转速控制的实现

系统根据操作人员的料量设定，将料量设定值传输至定量给料机，定量给料机称重显示控制仪根据测量的负荷率，计算出准确的转速设定值，并传输至定量给料机PID调节模块，实现转速的准确控制。

3 定量给料机的维护

定量给料系统在运行中，随着各种机械及电气性能下降、称量系统自身误差的累计，控制精度会降低。为保证定量给料机的控制精度，必须加强对定量给料机的维护，主要从定量给料机的日常点检和校准两方面进行维护。

3.1 定量给料机的日常检查

皮带：及时检查、清理皮带上粘料；对跑偏的皮带及时的进行调校；对厚薄差异较大、损坏严重的皮带及时的进行更换。

计量托辊：检查计量托辊筒体粘料、筒体及轴承损坏情况，对跑外圆、振动较大的托辊进行更换。

传感器：检查传感器水平度、用万用表对各组传感器进行压力检测，确保各组传感器输出信号均正常，防止个别传感器损坏后，影响到整个称量的准确度。

称重显示控制器：检查称重显示控制器料量给定输入，料量反馈输出、负荷率输出信号，确保显示重量准确，传输数据一致。

电气系统：检查变频器、电机运行情况，确保变频器能实现正常调速，实现料量的自动调节功能。

设备卫生：定量给料机称量系统属于较精密的电子元件构成，需要定时的对其进行灰尘清理，防止灰尘进入到仪器内部，引起测量不准或者烧毁电路板；同时传感器表面过多的粉尘、颗粒容易对传感器形成挤压，造成额外的负载信号，对整个测量造成偏差。

3.2 定量给料机定期校准

定量给料机校准主要分为两步，分别为线性校准、动态校准。

3.2.1 线性校准

线性校准为皮带空载静止时进行，按照定量给料机校准说明书，对定量给料机进行零点、量程线性校准，确保线性校准误差在控制误差范围内。

3.2.2 动态校准

动态校准为皮带空载运行时，按照定量给料机校准说明书，对定量给料机进行动态校准，确保动态校准误差在控制误差范围内。

4 总 结

基于负荷率与转速控制的定量给料系统从定量给料机称量装置、测速装置、校准及维护方法、DCS系统自动控制模块进行了系统性的优化，设备定量给料系统的静态误差可控制在0.1%，动态波动控制在3%，可大大提升冶炼系统给料的准确性、稳定性。

参考文献

[1]刘介才.实用供配电技术手册[M].中国水利水电出版社，2002.

[2]孙树朴.电力电子技術[M].中国矿业大学出版社，2000.

[3]乐嘉谦.仪表工手册（第2版）（精）[M].化学工业出版社，2012.

收稿日期：2018-9-9