1 前言
电石是化工行业的一种重要产品。过去的电石生产存在系统不稳定、配比精度低、人工现场的恶劣环境等弊病。配料质量如果达不到要求, 轻则导致原料、能源的浪费, 重则影响产品的生产率和质量,所以应对配料质量控制给予足够的重视。随着计算机技术在化工行业自动化中的广泛应用, 电石的生产采用了自动控制配料系统后, 解决了过去电石生产存在的一些问题, 并取得明显的生产效率和经济效益。
2 电石配料的工艺要求和自动称重配料系统设计方案
2．1 工艺要求
电石的工艺要求规定, 首先将电石烧制原料石灰石、颗粒煤、焦炭 3 种料, 分别装入对应的料仓储存, 通过电磁振动给料机, 按其一定的比例( 100B30B40) 混合后, 打入圆形布料器, 再分配到 16 个加料仓, 其中 13个仓的料按其投放在电石炉中的位置不同, 而有不同的优先权, 另外 3个仓是用来调整炉况的。电石就是由混合后的原料在电石炉中加热至一定的温度烧制而成。配比混合质量关系到电石的一些重要质量指标是否合格, 因此配比的精度必须达到比例要求。配料生产工艺过程的特点是连续、快速、不间断生产。自动化系统要完成仓位检测、控制电机启停( 电磁振动给料机、皮带机) 、振仓下料、故障报停、紧急报警等控制动作。
2．2 自动称重配料系统设计方案
微机控制系统主要由研华工控机和 PLC 组成。二台电磁振动给料机( 分别为进料和下料) 的启停信号、电子称重仪表的输出信号、皮带输送机的启停信号全部送入 PLC。圆形布料器下分配有 16 个仓, 每个仓的料位检测报警信号也连到 PLC, 对仓位的上、下限进行监控。PLC 和工控机都放在控制室里, 它们之间通过 RS- 232 串行通讯电缆连接, 利用组态软件对配料系统进行组态、显示, 具有累积功能, 可累积各仓的下料量及总下料量、班累积及总累积, 具有实时趋势及历史趋势图, 并对有关参数进行报表打印,实现控制室对配料系统运行状况的监控。
3 自动称重配料系统的工作原理
生产过程中原料配比的主要环节在称重部分,过去上、下料全靠人工凭经验手动操作, 称重用机械式来完成, 系统极易出故障, 而且配料精度低。用计算机和称重仪表相结合实现了配料自动化, 提高配料精度。
3．1 称重的工作原理
此次配料系统中称重部分由称重传感器( WZ)及电子称重仪表( WIC) 组成,称重传感器由金属弹性元件本体和与其相连的电阻应变片( DMS) 构成, 4 个电阻应变片组成一个惠斯通电桥。当被测物的重力 G 使弹性元件产生形变 λ, 由胡克定律, 弹性形变与外力成正比 λ∝G
根据电阻应变效应理论: 电阻应变片的相对变化(△R / R ) 与形变 K成正比, 即△R/ R = Kλ, 其中 K为应变片灵敏系数因此△R/ R ∝G
惠斯通电桥的不平衡电压 Um= (△R/ R ) Un( Un 为输入标准电压) 所以 Um ∝G 只要测量到Um, 且经过放大、变送, 并经称重仪表处理后, 便可得到被测物的重量 G。这个信号一方面可以在现场的表头上显示, 以方便技术人员现场调校, 同时通过仪表内的 RS- 232C 串口送到 PLC。
3．2 称重配料系统的工作原理
利用称重仪表组成的配料系统工作原理是: 首先根据配制比例设定该物料的加量值, 由 PLC 顺序执行各种物料的加料。PLC发出信号启动电磁振动机进行上料, 根据称重仪表检测物料的加入量, 当达到设定值时, 通知 PLC 关闭上料机, 延迟一段时间后, 启动下料机和皮带机,将料通过皮带机送入圆形布料器, 完成此物料的加量后进入下一个物料的加料过程。当 3 种料加完后, 完成一次配料过程。
4 配料过程中几个实际问题的解决方法
( 1) 在实际操作中, 当称重仪表的零点发生飘移时, 量程也随即发生变化, 那么配比能够准确吗? 现讨论如下:
由于称重传感器为线性传感器, 假设称重仪表输入、输出关系 U= KS, K 为比例系数, G1、G2两种物料之间配制比例为 F, 那么 F= G2/ G1
F = ( U2- U1) / ( U1- U0) = ( KS2- KS1) / ( KS1- KS0)= ( S2- S1) / ( S1- S0) = G2/ G1 ( 4--1)
当仪表的零点和量程同时变化后, 输入、输出的关系为
由此看来, 虽然零点和量程同时发生变化, 称重配料系统仍可实现物料之间准确的配比。
( 2) 在实际运行过程中, 称重传感器安装在秤体上后固定在平台上, 进料和下料时, 由于振动电机对平台有冲击振动, 导致秤体会随平台振荡不停, 严重影响称量精度。我们采取以下两种措施, 一, 加固平台, 使平台更加稳固可靠; 二, 电振进料秤体有一个平衡趋稳的过程, 延迟一段时间后, PLC 采集的称重信号能够正确反映加料值, 故选用合理的延迟时间,提高了配料的精度, 从而保证生产的正常进行。
5 结论
( 1) 称重传感器无机械行程, 全封闭式的结构,不与工艺介质接触, 不受恶劣环境影响, 精度能够长期保持稳定, 安装调校方便。
( 2) 称重仪表性能稳定, 称量准确, 重新标定用标准砝码即可, 方便易行。
( 3) 经过实践证明, 称重仪表做为检测和控制手段在配料过程中的应用, 在电石生产中很好解决其手动人工配料过程中存在的精度较低、长期稳定性不好、恶劣环境的影响、生产效率低等弊病, 同时又具有安装、调试方便, 系统稳定、可靠性高等优点。

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