1 前言
電石是化工行業的一種重要產品。過去的電石生產存在係統不穩定、配比精度低、人工現場的惡劣環境等弊病。配料質量如果達不到要求, 輕則導致原料、能源的浪費, 重則影響產品的生產率和質量,所以應對配料質量控製給予足夠的重視。隨著計算機技術在化工行業自動化中的廣泛應用, 電石的生產采用了自動控製配料係統後, 解決了過去電石生產存在的一些問題, 並取得明顯的生產效率和經濟效益。
2 電石配料的工藝要求和自動稱重配料係統設計方案
2．1 工藝要求
電石的工藝要求規定, 首先將電石燒製原料石灰石、顆粒煤、焦炭 3 種料, 分別裝入對應的料倉儲存, 通過電磁振動給料機, 按其一定的比例( 100B30B40) 混合後, 打入圓形布料器, 再分配到 16 個加料倉, 其中 13個倉的料按其投放在電石爐中的位置不同, 而有不同的優先權, 另外 3個倉是用來調整爐況的。電石就是由混合後的原料在電石爐中加熱至一定的溫度燒製而成。配比混合質量關係到電石的一些重要質量指標是否合格, 因此配比的精度必須達到比例要求。配料生產工藝過程的特點是連續、快速、不間斷生產。自動化係統要完成倉位檢測、控製電機啟停( 電磁振動給料機、皮帶機) 、振倉下料、故障報停、緊急報警等控製動作。
2．2 自動稱重配料係統設計方案
微機控製係統主要由研華工控機和 PLC 組成。二台電磁振動給料機( 分別為進料和下料) 的啟停信號、電子稱重儀表的輸出信號、皮帶輸送機的啟停信號全部送入 PLC。圓形布料器下分配有 16 個倉, 每個倉的料位檢測報警信號也連到 PLC, 對倉位的上、下限進行監控。PLC 和工控機都放在控製室裏, 它們之間通過 RS- 232 串行通訊電纜連接, 利用組態軟件對配料係統進行組態、顯示, 具有累積功能, 可累積各倉的下料量及總下料量、班累積及總累積, 具有實時趨勢及曆史趨勢圖, 並對有關參數進行報表打印,實現控製室對配料係統運行狀況的監控。
3 自動稱重配料係統的工作原理
生產過程中原料配比的主要環節在稱重部分,過去上、下料全靠人工憑經驗手動操作, 稱重用機械式來完成, 係統極易出故障, 而且配料精度低。用計算機和稱重儀表相結合實現了配料自動化, 提高配料精度。
3．1 稱重的工作原理
此次配料係統中稱重部分由稱重傳感器( WZ)及電子稱重儀表( WIC) 組成,稱重傳感器由金屬彈性元件本體和與其相連的電阻應變片( DMS) 構成, 4 個電阻應變片組成一個惠斯通電橋。當被測物的重力 G 使彈性元件產生形變 λ, 由胡克定律, 彈性形變與外力成正比 λ∝G
根據電阻應變效應理論: 電阻應變片的相對變化(△R / R ) 與形變 K成正比, 即△R/ R = Kλ, 其中 K為應變片靈敏係數因此△R/ R ∝G
惠斯通電橋的不平衡電壓 Um= (△R/ R ) Un( Un 為輸入標準電壓) 所以 Um ∝G 隻要測量到Um, 且經過放大、變送, 並經稱重儀表處理後, 便可得到被測物的重量 G。這個信號一方麵可以在現場的表頭上顯示, 以方便技術人員現場調校, 同時通過儀表內的 RS- 232C 串口送到 PLC。
3．2 稱重配料係統的工作原理
利用稱重儀表組成的配料係統工作原理是: 首先根據配製比例設定該物料的加量值, 由 PLC 順序執行各種物料的加料。PLC發出信號啟動電磁振動機進行上料, 根據稱重儀表檢測物料的加入量, 當達到設定值時, 通知 PLC 關閉上料機, 延遲一段時間後, 啟動下料機和皮帶機,將料通過皮帶機送入圓形布料器, 完成此物料的加量後進入下一個物料的加料過程。當 3 種料加完後, 完成一次配料過程。
4 配料過程中幾個實際問題的解決方法
( 1) 在實際操作中, 當稱重儀表的零點發生飄移時, 量程也隨即發生變化, 那麽配比能夠準確嗎? 現討論如下:
由於稱重傳感器為線性傳感器, 假設稱重儀表輸入、輸出關係 U= KS, K 為比例係數, G1、G2兩種物料之間配製比例為 F, 那麽 F= G2/ G1
F = ( U2- U1) / ( U1- U0) = ( KS2- KS1) / ( KS1- KS0)= ( S2- S1) / ( S1- S0) = G2/ G1 ( 4--1)
當儀表的零點和量程同時變化後, 輸入、輸出的關係為
由此看來, 雖然零點和量程同時發生變化, 稱重配料係統仍可實現物料之間準確的配比。
( 2) 在實際運行過程中, 稱重傳感器安裝在秤體上後固定在平台上, 進料和下料時, 由於振動電機對平台有衝擊振動, 導致秤體會隨平台振蕩不停, 嚴重影響稱量精度。我們采取以下兩種措施, 一, 加固平台, 使平台更加穩固可靠; 二, 電振進料秤體有一個平衡趨穩的過程, 延遲一段時間後, PLC 采集的稱重信號能夠正確反映加料值, 故選用合理的延遲時間,提高了配料的精度, 從而保證生產的正常進行。
5 結論
( 1) 稱重傳感器無機械行程, 全封閉式的結構,不與工藝介質接觸, 不受惡劣環境影響, 精度能夠長期保持穩定, 安裝調校方便。
( 2) 稱重儀表性能穩定, 稱量準確, 重新標定用標準砝碼即可, 方便易行。
( 3) 經過實踐證明, 稱重儀表做為檢測和控製手段在配料過程中的應用, 在電石生產中很好解決其手動人工配料過程中存在的精度較低、長期穩定性不好、惡劣環境的影響、生產效率低等弊病, 同時又具有安裝、調試方便, 係統穩定、可靠性高等優點。

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