淺談在水泥生產中提高定量給料機的計量精度

唐建江

新疆天業集團天辰化工有限公司水泥分公司（832012）

淺談在水泥生產中提高定量給料機的計量精度

唐建江

新疆天業集團天辰化工有限公司水泥分公司（832012）

在建筑行業中，隨著社會的發展，水泥生產的規模越來越大，水泥生產工藝技術日新月異，隨之對水泥生產的自動化要求也越來越高,為了保證水泥生產中生料配比的精確性，保證水泥成品的穩定性,定量給料機在水泥生產線中大量應用，為大規模水泥生產線的穩定運行提供了保證。天辰化工有限公司天辰水泥分公司是隸屬于新疆天業集團天辰化工有限公司的配套水泥公司,天辰化工有限公司是采用干法乙炔工藝生產聚氯乙烯的生產線,在乙炔生產中產生大量的電石渣廢渣,該電石渣廢渣的水分正常情況下一般保持在3%～8%左右,從而確定了天辰水泥分公司采用了新型干法窯生產線工藝,同時可以采用大量的定量給料機以保證生產中穩定精確配料的要求,根據在電石渣水泥生產線中定量給料機的使用情況,淺談在生產中如何提高定量給料機的使用精度，保證工藝穩定運行。

定量給料機在國內的快速發展,與我國水泥行業在技術上、規模上的快速發展是同步的。10年前，國內大部分水泥廠是技術相對落后，污染大的立窯水泥廠，一般使用的定量給料機是單懸臂皮帶稱或雙懸臂皮帶稱，其特點是產量低，間歇式配料。近10年來，在國家政策的引導下，逐步關停了立窯水泥生產線，興建了大批的生產工藝先進，污染較小，產能較大的新型干法旋窯水泥生產線,為了滿足水泥生產線對配料系統不斷提高的產量、精度要求，國內開始大量采用申克皮帶秤或者是仿申克皮帶秤,盡管在控制器參數等方面國內還沒有完全達到原裝申克儀表的功能,當時采用申克原理的定量給料機基本滿足了新型水泥生產線高產量、連續配料的要求,起到了不斷提高新型水泥生產線自動化水平的作用。

通過研究申克定量給料機的工作原理，我們可以知道，假設:Q代表水泥配料的設定流量（噸/小時）,P代表物料壓重（kg/m）,V代表實際皮帶速度（m/s）。申克定量給料機（以下簡稱定量給料機）的稱重計算公式為:

從以上公式可以得知，當物料壓重P變化時，控制軟件通過實際流量跟蹤設定流量Q改變變頻器的速度，控制電機轉速，從而改變給料機皮帶的線速度V，最終達到穩定設定目標Q的目的。

根據定量給料機的測量原理,各個制造公司雖然采用了不同的控制儀表,但是實現定量給料機計量稱重的方法基本一致,即都是通過測量皮帶速度和稱重信號來得到即時稱重，通過積分等方式得到累計重量。首先我們來看皮帶速度V的標定。在常規的定量給料機中，皮帶速度V的來源有三種:

1）在定量給料機的傳動軸上安裝齒輪盤脈沖測速傳感器（以測速齒盤上齒個數為80計算），以控制儀表采集脈沖個數來代表實際的皮帶速度V。

2）在尾輪上安裝編碼測速傳感器（編碼器選用:4 000脈沖/轉），同樣以脈沖個數來代表實際的皮帶速度V。

3）取變頻器上的反饋速度來代表實際的皮帶速度V（控制器的A/D分辨率為4 000即比特率）,同時在在尾輪上安裝測速傳感器來坐監控給料機的運行。

在生產過程中調試設備時標定速度得出的數據見表1。

從表1我們可以明顯看出，第一類由于測速齒輪數量限制，采樣間隙時間大，采樣脈沖個數最低，同時，由于安裝測速脈沖傳感器距離測速齒輪距離、秤體震動帶來的傳感器偏移、皮帶打滑等都會帶來速度采樣誤差，因此，我們得知第一類的測速誤差是最大的。

第二類測速方式是尾輪安裝光柵編碼測速傳感器，由于其脈沖基數高，提高了分辨率，速度精度大幅提高，但是由于慢速運行時，脈沖數相對滿量程變得很小，從而降低了速度計量精度，尤其是小流量或者皮帶物料料層較厚時，這個問題顯得更加突出，相比定量給料機的變頻器工作情況，假定變頻器5Hz運行時速度脈沖分辨率下降為1%，即全速運行時有（以最大1 000/s）1 000個脈沖每秒,速度分辨率為0.1%,以25Hz運行時有500個脈沖每秒,速度分辨率為0.5%,以5Hz運行時有100個脈沖每秒，速度分辨率為1%。從上表可以看出,只有皮帶轉速比較高的定量給料機測速精度比較高，對于其它的轉速較低的定量給料機，光柵編碼測速傳感器的精度就顯得不盡人意。雖然有不足，尾輪安裝光柵編碼器測速克服了皮帶打滑、卡料不易發現的現場故障，給操作人員提供了判斷的依據,可以及時根據參數到現場處理問題，有一定的優越性。

第三類定量給料機的測速信號由變頻器的反饋速度獲取（同時也要根據實際情況與皮帶帶速進行標定），則速度分辨率為:即全速運行時速度分辨率為1/4 000；以25 Hz運行時，速度分辨率為1/2 000；以5Hz運行時速度分辨率為1/400。精度比使用光柵編碼測速傳感器高一個數量級即10倍，這樣大大提高定量給料機的測速計量精度。但是由于直接從變頻器采樣，皮帶打滑和卡料造成的失控故障，就顯得比較突出，因此可以采用尾輪加裝測速傳感器，對皮帶轉動情況進行監控，不管采取何種測速方式，只要控制器采樣得到測速傳感器的脈沖信號即可,當變頻器和測速傳感器測得的信號有任意一個速度為“0”時，控制器按照皮帶轉速為“0”處理數據，不記流量，同時，如果速度監控傳感器無脈沖信號，可以判斷現場定量給料機皮帶打滑或者堵轉，控制器發出故障報警信號，采用此種方式，即提高了速度測量精度，又解決了現場故障檢測的問題，比較合理。

速度測量結束，還要進行壓重的標定。一般情況下定量給料機的標定首先標定速度，然后再標定壓重或流量（二者只能標定其一），我們假定壓重或流量的標定誤差均為2%，同時都是正誤差（偏高），以中型產量的定量給料機為例，假如最大無料壓重為200 kg/m,最大流量為100噸/小時。根據公式Q=P×V,可以得出給料機在在最大產量時的皮帶線速度為0.138 89 m/s，兩種標定結果見表2。

表1 生產過程中調試設備時標定速度得出的數據

表2 流量標定和實際流量標定結果

從表2我們可以得出,不論給定量給料機采用流量標定或壓重標定，如果二者的標定誤差相差不多，對于計量標定我們可以任意采納其中一種。

在生產過程中,我們發現設計精度在實際應用中并不能達到可靠的精度,還有許多因素影響定量給料機的計量精度。首先我們常見的是皮帶跑偏，對于這個問題，許多制造公司沒有很好的解決,天辰水泥公司采用全電石渣鈣質原料生產水泥，電石渣的鈣質含量幾乎達到100%，同樣的計量誤差,對于采用石灰石或電石渣兩種原料之間產生的對生料配料的影響是不一樣的，電石渣相對影響更大，一般的定量給料機都是主動輪和尾輪采用直輥傳動，皮帶跑偏后，由相關人員調整，調整后，嚴格來說，皮帶張緊度發生了變化，標定零點自然發生漂移，誤差變大，頻繁調整跑偏，對生產的影響很大，為了保證生產，提高產品質量，我公司采用頻繁標定的方法以保證計量精度,達到穩定生產的目的，經過研究，我們采購了主動輪和尾輪均采用紡錘型設計的定量給料機，大大降低了定量給料機的皮帶跑偏情況，減少了標定次數，降低了工作量，起到了穩定生產的作用。其次，皮帶打滑也是生產中常見的故障，盡管控制器能夠及時報警，但是發生打滑，還是會對生產造成影響，對精度也有較大影響，經過與制造公司溝通,我們采用主動輪包膠增大摩擦系數的方法，取得了很好的效果，極大減少了打滑的現象。第三，物料壓重變化較大對提高計量精度有很大影響，尤其是顆粒較大、容重變化較大、落料情況不穩定的物料影響尤其突出，在生產實踐中，我們采用落料插板、物料整流擋板的方法，使皮帶上物料盡可能規整穩定，減少皮帶壓重的波動，從而提高了定量給料機的計量精度。

經過以上論述，我們認為，采用變頻器采樣速度，使用壓重采樣皮帶稱重，補充尾輪測速監控，在實際生產中可以達到提高定量給料機計量精度的要求，同時，在使用中，我們要認真考慮皮帶壓重和測速兩個基本計量單元的穩定性,不斷從設備本體和使用環境，保證轉速和壓重的穩定性，從而達到在生產中不斷提高定量給料機精度的目的。