生料均化庫計量卸料系統控制方式的探討

陳帆，邵彥錕

生料均化庫計量卸料系統控制方式的探討

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關系到燒成系統的穩定和熟料質量，采用多級閉環控制模式對計量倉、流量閥和沖板流量計進行綜合控制，可實現生料入窯的精確性和穩定性，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點。

生料計量卸料；多級閉環控制；DCS

現代水泥工業生產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的精確性和穩定性可保證燒成系統的穩定和熟料質量。本文主要對巴拉圭Tupi項目生料庫計量卸料系統多級閉路控制模式進行探討和分析，依托項目調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和卸料系統進行充氣。生料經過庫底各區由程序控制器對各區充氣管路的電動球閥實施控制，以達到分區有序卸料。由生料庫對應的兩套入倉卸料閥控制料量，卸出的生料經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，由外筒及內筒兩套筒組成，內筒筒壁上開有孔洞。根據連通管的原理，進入稱重倉外筒的生料與內筒的生料會產生交換，并在內筒充分攪拌均勻后卸出。正常生產時，稱重傳感器保證倉內物料重量穩定在一定范圍，使通過出倉流量調節閥的物料量保持穩定，進而保證喂入預熱器的物料量穩定。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，為倉側穩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）按給定值控制倉側電動流量閥的開度，使卸出量與給定值一致。經稱重倉卸出的生料，通過空氣輸送斜槽、窯尾提升機提升至預熱器頂部入空氣輸送斜槽，通過回轉鎖風下料器進入預熱器的C2-C1風管內。進入生料均化庫和生料稱重倉的氣體分別經袋收塵器凈化，再由風機排入大氣。

2 巴拉圭Tupi項目生料計量卸料系統設備和控制原理（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。電動流量閥電動執行器為伯納德SD型，輸入信號4～20mA。中控室設定喂料量后，根據沖板流量計的反饋進行差值比較，根據該差值的范圍對電動流量閥進行不同級別的調節。

3 生料入窯喂料的自動控制

在Tupi項目調試過程中，最為關鍵的是計量倉、流量閥和沖板流量計三者的協調控制。本項目的DCS系統是基于西門子PCS7 V8.0平臺打造，為充分體現該平臺開放式、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）。其優點是能讓項目工程師更好地理解其控制原理，并且能夠實時檢測控制的各個環節，高自由度地添減自定義功能區。

圖1 生料庫底計量卸料控制圖

該項目自動控制方式稱為“多級閉環控制”，其原理為：基于時間調節與加減比較運算，相比于傳統PI調節，其結構簡單，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驗參數，并且工程師可根據不同系統自行加減調節級數以達到控制要求，多級調節可對系統趨勢進行預判，使調節響應時間縮短，超調量減少，使系統穩定。

自動化閉環控制方式中最基本的一種是比例調節，其公式為：

式中：

u（t）——調節器輸出

（對應于執行器開度）

Kp——比例系數

e（t）——調節器的輸入，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）可見比例調節是一種最簡單的調節規律，調節器的輸出u（t）與輸入偏差e（t）成正比，只要出現偏差e（t），就能及時地產生與之成比例的調節作用。其作用大小，除與偏差e（t）有關外，主要取決于比例系數Kp。Kp越大，調節作用越強，動態特性也越好；反之，Kp越小，調節作用越弱。但對于大多數慣性環節，Kp過大，會引起自激振蕩。

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

圖2 多級閉環控制的控制邏輯圖

多級閉環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，所用二級調節即可達到控制要求，其控制流程基本如下：

根據設定的喂料量與固體流量計（沖板流量計）檢測值的差值，調節生料計量倉倉側卸料裝置的電動流量閥的開度，以此形成一套閉環控制系統。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，操作員設定“流量給定”、“死區”、“一二級調節臨界值”、“一級調節周期”、“一級調節增量”、“二級調節周期”、“二級調節增量”。最佳參數下其穩定周期短，超調量小，如圖4所示。

在實際調試過程中，當調節上述幾個經驗參數達最佳時，其最終誤差為1.5%左右。系統響應時間為2～3min。使用多級閉環控制模塊，比傳統PI控制計算方式簡單，程序可讀性較強，可實時監測程序在線狀態，并可增加操作員的調節自由度。

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2014-12-19；編輯：趙蓮