CN2063870U - 新型生料成分配料自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种水泥生产用新型生料成分配料自动控制系统，其特点是以性能优良的智能离线钙铁分析仪作为生料成分分析装置，以多功能过程控制微机同时进行跟踪补偿式配料控制和高精度定量喂料控制，并可兼作磨机负荷控制。本实用新型的性能/价格比高，设备成套，适用范围广，使用后可大大提高水泥生料的合格率和均匀性。

Description

本实用新型涉及一种用于水泥生产的新型生料配料自动控制系统。水泥生产中，生料配料工艺是保证熟料质量、稳定窑的热工操作和降低能耗等的重要环节。目前现代化水泥厂的生料配料控制系统均采用大型多道X射线荧光光谱仪等高级仪器和昂贵的过程控制计算机，其设备投资大，对机房环境和操作人员的水平等要求高。我国除少数引进厂之外，大多数水泥厂仍延用落后的配料控制技术，即根据化学分析得到的出磨生料的CaO（或CaCO₃）和Fe₂O₃含量，由人工凭经验调节喂料装置的喂料量，以控制各原料的配比。此种方法控制不及时、准确性差，因此普遍存在着出磨生料合格率低的现象，必然影响熟料的产、质量和能耗。此问题在占我国水泥总产量75％的中、小水泥厂中尤为突出。近年来，虽然有些水泥厂尝试用微机进行配料控制，但由于缺乏适合的成分分析手段，或者所用的分析、控制装置性能较差，控制技术不完善，因此控制效果不显著。

本实用新型的目的旨在为中小水泥厂提供一种投资低、见效快，操作方便、性能可靠，能够大幅度提高出磨生料质量的生料成分配料自动控制技术和成套设备。其系统构成和工作原理如图1所示。

自动取样装置（1）从生产线上自动取出具有代表性的生料样品，用压力机压成片后放入智能离线钙铁分析仪（2）自动测定样品中的CaO、Fe₂O₃含量，测定结果自动送入多功能过程控制微机（8），该微机将此结果与控制目标值相比较，并考虑前几个控制周期内生料成分的变化倾向、控制效果、以及磨机大纯滞后时间的影响，按跟踪补偿式控制模型计算出新的原料配比和喂料量，通过喂料量控制器（4）调节各喂料装置（10）的喂料量，构成配料自动控制回路，同时，料量信号变送器（5）将各喂料装置（10）的实际料量信号送入该过程控制微机（3），藉自动消除残差的PID调节方式通过喂料量控制器（4）对喂料装置（10）进行精确的定量喂料闭环控制。在装备有磨机负荷信号检测装置（8）及其变送器（9）的情况下，过程控制微机（8）接收变送器（9）的磨机负荷信号，按最佳负荷控制模型自动设定和调节总喂料量，通过喂料量控制器（4）、喂料装置（10），构成磨机负荷自动控制回路。

本实用新型的智能离线钙铁分析仪是一种同位素源激发的荧光X射线发生装置，它由测量室、电测通道和微机智能单元构成（图2）。测量室内同位素源（Pu－238）发出的低能X射线照射到样品上，使样品中的Ca、Fe原子被激发并发出各自的荧光X射线，由封闭式正比计数管检测。计数管输出的信号经前置放大器放大后送入电测通道中的线性放大器作进一步放大，并经单道分析器鉴别后送入微机智能单元进行计数和含量运算，运算结果由微打印机打印，同时送往过程控制计算机。该仪器的特征在于具有微机智能单元，图3为其原理图。籍此单元可实现自动制作微分曲线和标准曲线、自动确定分析条件、自动检查仪器本身的主要性能指标、以及自动修正测定结果等智能化功能。该智能单元由Z－80单板机和DAC板组成。Z－80单板机内存为16K，全部软件均固化在内存中，其操作键盘具有图4所示的各个功能键，全部操作均通过简单的按键动作完成，其EPROM中可同时存储用于分析四种不同物料的八条标准曲线，按测量键1～4即可调用相应的标准曲线，分别测定黑、白生料，石灰石中的CaO、Fe₂O₃含量以及成品水泥中的矿渣掺加量，实现一机多用。智能单元的DAC板具有图5所示的两路DAC电路，每路DAC电路均由一块DAC集成芯片及其后续的运算放大器调零、调满度电路组成，藉此DAC板向单道分析器提供基线和道宽电压，使单道分析器处于与功能键操作相对应的工作状态。

本实用新型的多功能过程控制微机（图6），其特征在于：主机由内存为64K的8位微机、扩展STD总线和主机电源构成。主机操作键盘具有图7所示的各个功能键，全部操作均通过简单的按键动作完成。全部软件均固化在内存中，不需要磁带机或磁盘机等外围设备。扩展STD总线如图8所示，包括1块STD总线驱动板、3块扩展CTC板、3块DAC板、1块PIO。由PIO板输入智能钙铁分析仪的测定结果，通过DAC板向喂料量控制器输出多路控制信号，调节各喂料装置的喂料比，对出磨生料的CaO、Fe₂O₃含量进行跟踪补偿式控制，从而可以大幅度提高出磨生料成分的合格率和均匀性。在进行配料控制的同时，通过两块CTC板采集来自料量信号变送器的各种原料的实际料量信号，经自动去皮重运算后，以自动消除残差的计算机PID调节方式，通过DAC板向喂料量控制器输出料量控制电压信号，可对多达8台的喂料装置进行精确的定量喂料控制，从而使配比精度和定量喂料控制精度得到显著的实质性改进，并且省去了各种喂料装置所用的模拟仪表式控制装置。此外，通过另一块CTC板采集磨机负荷信号，自动设定总料量和相应的各原料喂入量，实现磨机负荷自动控制。

本实用新型用恒速皮带秤作喂料装置，此时所用的料量信号变送器为图9所示的V／F转换器，喂料量控制器为图10所示的电振机线性控制器。V／F转换器的特征是：它具有图9所示的电路结构，皮带秤的荷重传感器来的信号经两级斩波稳零集成运算放大器放大后，由V／F集成模块将电压信号转换成频率信号送入过程控制微机。该电路具有良好的稳定性、线性和抗干扰性能。电振机线性控制器的特征在于：它具有图10所示的可控硅触发电路，来自过程控制微机的控制电压信号经集成运算放大器IC₁调整后，由比较器IC₂将其与锯齿波信号发生器SG发出的锯齿波信号相比较，推动单稳态触发器IC₃，并通过晶体管T₁控制可控硅T₂的导通角，以控制负载（电振机）电流。由于采用此种触发电路，因此控制器输出的负载电流与输入的控制电压具有良好的线性关系，使过程控制微机可以精确地调节电振机的喂料量。

本实用新型可使出磨生料的CaO合格率提高到70％～80％，CaO含量标准偏差从1％左右压缩到0.3％左右。使出磨生料的Fe₂O₃合格率从40～60％提高到90％左右，Fe₂O₃含量标准偏差压缩到0.1％左右，从而可以显著提高中、小水泥厂熟料的产量质量和降低能耗。同时本实用新型使已被普遍采用的二段式皮带秤得到显著改进，其配比控制精度优于0.5％，定量喂料控制精度优于1％，造价较现有的二段式皮带秤降低30％左右，可靠性也得到显著提高。

基于上述情况，本实用新型为我国广大中小水泥厂提供了一种性能优良、控制效果好、投资低、适用范围广的生料配料自动控制专用成套设备。

以下为本实用新型的实施例。

1.A水泥厂的生料配料工艺改造实施例

本实用新型第一个实施例为A水泥厂，已作部级技术鉴定。

A厂是一个立窑水泥厂。生料配料为四种原料磨头配料，采用本实用新型前，喂料装置为四台模拟仪表控制的电振机喂料二段式皮带秤。操作工根据出磨生料成分的人工化学分析结果，手动调节模拟仪表控制器进行配料控制。由于该厂石灰石来源复杂，石灰石成分波动大，用人工化学分析和手动控制无法保证出磨生料质量，生料成分合格率低、波动幅度大，影响了立窑操作的稳定性和熟料产质量的提高。

图11为该厂生料配料工艺采用本实用新型进行技术改造的实施例。智能钙铁分析仪代替人工化学分析，每小时分析两次出磨生料成分，及时地提供生料成分变化的信息。过程控制微机根据钙铁仪测定结果进行配料自动控制，同时与电振机控制器、二段式皮带秤和V／F转换器组成闭环控制回路，进行各种原料的定量喂料控制回路。显示器光屏动态显示喂料量连续变化曲线和主要工艺参数，打印机打印每班生产报表。

考核结果表明，与以前相比，采用本实用新型后，出磨生料的CaO合格率由原来的22％提高到72％，标准偏差由原来的1.003压缩到0.302；Fe₂O₃合格率由原来的60％左右提高到90％，标准偏差压缩到0.075％；生料磨产量提高了4.4％。由于生料质量的大幅度提高，立窑的热工操作显著稳定，熟料标号稳定在6.30号以上，较以前提高50号以上；熟料产量由原来的6.18T／H提高到7.30T／H，每吨熟料煤耗由181Kg标煤降低到159Kg标煤。以上各项经济指标的提高所带来的综合经济效益为31万元／年，为全部技术改造投资（6.8万元）的4.56倍。

2.B厂实施例

图12为B厂实施例，其特点为库底配料，用六台二段式皮带秤喂料，并带磨机负荷控制回路，本实用新型的全套设备现已投入考核运行。

3.C厂实施例

图13为C厂实施例，正在实施中。该例特点是用七台电子磅秤作喂料装置进行库底配料，本实用新型的全套设备已投入考核运行。

附图说明

图1.新型水泥生料成分配料自动控制系统。

图2.智能离线钙铁分析仪。

A、外形图    B、电气原理图

图3.微机智能单元原理图

图4.智能离线钙铁分析仪操作键盘图

图5.微机智能单元DAC板原理图

图6.多功能过程控制微机

A、外形图    B、原理图

图7.过程控制微机操作键盘图

图8.过程控制微机扩展STD总线构成图

图9.料量信号变送器电路图

图10.电振机控制器电路图

图11.实施例之1：A水泥厂生料配料工艺线

图12.实施例之2：B水泥厂生料配料工艺线

图13.实施例之3：C水泥厂生料配料工艺线

Claims (3)

1、一种水泥生产用新型生料成分自动控制系统，由生料成分自动分析装置和过程控制微机组成，其特征是：

(1)生料成分自动分析装置为智能离线钙铁分析仪，它是一种以同位素源激发的荧光X射线分析仪，其有由Z-80单板机和DAC板组成的智能单元；Z-80单板机通过母线控制DAC板的输出，通过CTC口读取来自单道分析器的脉冲信号，通过PIO口向过程控制微机输出分析结果并由微机打印机打印，全部程序固化在ROM中，而其EPROM中存储有用于分析四种不同物料的八条标准曲线；DAC板具有两路DAC电路，各条DAC电路均由一块DAC集成芯片及后续的运算放大器电路组成，分别用于向单道分析器提供基线电压和道宽电压，使单道分析器处于与功能键操作相对应的工作状态；

(2)多功能过程控制微机由8位微机，扩展STD总线，主机电路三部分组成，其操作键盘具有各个功能键，全部程序固化在ROM中；扩展STD总线由一块STD总线扩展板、三块扩展CTC板、两块DAC板、一块PIO板和一块SIO板构成，通过CTC板采集各喂料装置的料量信号和磨机负荷信号，通过DAC板向喂料量控制器输出控制信号，通过PIO板和SIO板分别与智能离线钙铁分析仪及上位计算机通讯；

(3)多功能过程控制微机从智能离线钙铁分析仪获取出磨生料成分变化信息，通过喂料量控制器调节各喂料装置的喂料量，并由料量信号变送器反馈各原料的实际喂料量构成跟踪补偿式成分配料控制回路；同时该控制微机与喂料量控制器，料量信号变送器和喂料装置构成定量喂料控制回路，以及与磨机负荷信号检测装置、变送器和喂料装置构成磨机负荷控制回路。

2、根据权利要求1所述的水泥生产用新型生料成份配料自动控制系统，其特征是所述的料量信号变送器由两级斩波稳零运算放大器和VFC集成芯片构成V／F转换器。

3、根据权利要求1所述的水泥生产用新型生料成分配料自动控制系统，其特征是所述的喂料量控制器是一种电振机线性控制器，其可控硅触发电路是由集成运放IC₁，比较器IC₂和单稳态触发器IC₃等构成，此控制器用于控制广泛采用的电振机喂料恒速皮带秤。

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