皮帶定量配料系統(tǒng)在焦粉再利用中的應(yīng)用

鄭 強(qiáng)，韋宏利

皮帶定量配料系統(tǒng)在焦粉再利用中的應(yīng)用

鄭 強(qiáng)，韋宏利

基于目前工業(yè)廢棄焦粉回收再利用生產(chǎn)過程中生產(chǎn)效率低、配比不準(zhǔn)確、生產(chǎn)合格率低等問題，設(shè)計(jì)了電子皮帶定量配料系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋控制與 PID控制相結(jié)合的方式來進(jìn)行物料配比。通過采集安裝有該配料系統(tǒng)的某廠區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明焦粉回收再利用的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率得到極大提高。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，系統(tǒng)日產(chǎn)量可達(dá)300t/16h，整個(gè)過程物料配比精確，滿足焦粉回收再利用的生產(chǎn)要求。

焦粉再利用；定量配料；皮帶控制；PLC；PID；變頻調(diào)速

0 引言

焦粉是冶金、化工、電石等生產(chǎn)企業(yè)將工業(yè)焦炭破碎時(shí)產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，因其顆粒小，再加工難度大，燃點(diǎn)低不符合工業(yè)生產(chǎn)要求，在過去經(jīng)常被廢棄。在國家節(jié)能減排要求和能源可持續(xù)發(fā)展政策的引導(dǎo)下，出現(xiàn)了一批工業(yè)廢棄焦粉回收再利用企業(yè)，通過將廢棄焦粉、煤粉、添加劑、水等按一定比例混合，生產(chǎn)出成型焦粉再利用，拓寬了焦粉的使用途徑，響應(yīng)了國家節(jié)能減排的發(fā)展要求。

在工業(yè)廢棄焦粉回收再利用生產(chǎn)過程中，目前常采用的手段是人工進(jìn)行物料添加、配比，由于焦粉再利用生產(chǎn)中對(duì)物料配比精確度要求極高，人工添加直接導(dǎo)致了焦粉再利用的生產(chǎn)效率低下、成型率不高等特點(diǎn)。本文即針對(duì)此種情況，設(shè)計(jì)了皮帶定量配料系統(tǒng)，采用可編程控制器，對(duì)皮帶進(jìn)行變頻調(diào)速，精確完成物料稱量、配比，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，無需人工干預(yù)，極大的提高了企業(yè)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品成型率。

1 系統(tǒng)工藝流程

工業(yè)廢棄焦粉回收再利用生產(chǎn)主要是將焦粉、煤粉、添加劑與水按照一定比例進(jìn)行混合，混合物經(jīng)過攪拌機(jī)均勻混合后，進(jìn)入型煤機(jī)進(jìn)行成型，完成型煤生產(chǎn)[1]。物料的定量配比是整個(gè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵階段，直接關(guān)系到產(chǎn)品的成型合格率與生產(chǎn)效率，本文即根據(jù)生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)了皮帶定量配料系統(tǒng)，自動(dòng)完成整個(gè)物料的綜合配比。

焦粉再利用生產(chǎn)所需 3種固體配料物料堆密度接近1kg/m3，分別放在3個(gè)筒式儲(chǔ)料倉中，儲(chǔ)料倉下部分別銜接3部皮帶定值給料機(jī)[2]，通過定量給料控制器進(jìn)行稱量，控制皮帶運(yùn)行速度，將3種物料均勻混合，通過1#輸送皮帶儲(chǔ)存在混合儲(chǔ)料倉中，混合儲(chǔ)料倉通過檢測(cè)混合機(jī)物料狀況，通過 2#皮帶向混合機(jī)添加物料，同時(shí)，電磁水閥控制混合機(jī)加水量，完成整個(gè)生產(chǎn)的物料定量配料與混合過程[3]。整個(gè)配料攪拌過程自動(dòng)完成，無需人工干預(yù)，單次配料周期控制在4min以內(nèi)，皮帶速度控制在0.01～0.5m/s，計(jì)量精度優(yōu)于2%，控制精度優(yōu)于1%。

2 皮帶定量配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤皮帶定量配料系統(tǒng)主要由四個(gè)筒式儲(chǔ)物倉，3部皮帶定值給料機(jī)，稱重傳感器，三部定量給料控制器，2條長輸送皮帶，電磁水閥，電磁流量計(jì)，可編程控制器，變頻器等設(shè)備組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 皮帶定量配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中，皮帶定值給料機(jī)根據(jù)運(yùn)行速度不同通過稱重傳感器完成焦粉、煤粉、添加劑3種物料的定量計(jì)量，經(jīng)過計(jì)量后的物料通過 1#輸送皮帶運(yùn)輸至混合儲(chǔ)料倉完成原料混合過程，為降低系統(tǒng)成本與控制復(fù)雜度，輸送皮帶采用定速運(yùn)行，3部皮帶定值給料機(jī)采用變頻調(diào)速運(yùn)行[4]，皮帶速度根據(jù)混合儲(chǔ)料倉倉位變化以及定量給料控制器設(shè)定量進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)。

3 皮帶定量配料系統(tǒng)控制單元設(shè)計(jì)

工業(yè)廢棄焦粉回收再利用皮帶定量配料系統(tǒng)控制單元主要由可編程控制器、變頻器、皮帶給料機(jī)電機(jī)、定量給料控制器組成[5]，系統(tǒng)通過閉環(huán)反饋控制與PID控制相結(jié)合的方式，保證參數(shù)調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性，保證整個(gè)焦粉回收再利用生產(chǎn)自動(dòng)、周期運(yùn)行。其中皮帶給料機(jī)電機(jī)為系統(tǒng)的執(zhí)行單元，可編程控制器與變頻器為系統(tǒng)控制單元，定量給料控制器為系統(tǒng)的檢測(cè)變送單元[6]，配料系統(tǒng)控制單元控制原理如圖2所示：

圖2 配料系統(tǒng)控制原理圖

皮帶配料系統(tǒng)主要以混合儲(chǔ)料倉物料重量作為被控量，通過皮帶定值給料機(jī)上稱重傳感器將測(cè)量重量傳給定量給料控制器，定量給料控制器對(duì)3種物料重量進(jìn)行累計(jì)調(diào)節(jié)。針對(duì)配料過程中的3種物料的堆密度、從輸送皮帶下落的沖擊力、皮帶托輥震動(dòng)、皮帶跑偏修正等因素的影響，整個(gè)系統(tǒng)通過引入PID對(duì)整個(gè)稱重配料過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的整個(gè)配料計(jì)量精度控制在2%以內(nèi)。

4 皮帶定量配料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

皮帶定量配料系統(tǒng)主要以可編程控制器為系統(tǒng)的控制核心，以定量給料控制器作為系統(tǒng)的檢測(cè)變送單元，通過稱重傳感器采集物料的重量信號(hào)，用以控制皮帶給料機(jī)電機(jī)。

系統(tǒng)配料開始，PLC首先控制1#輸送皮帶與2#輸送皮帶定速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)查看定量給料控制器給定的重量信號(hào)，若混合儲(chǔ)料倉中沒有物料，則3部皮帶定值給料機(jī)開啟，根據(jù)定量給料控制器預(yù)先設(shè)定的3種物料量，向混合儲(chǔ)料倉開始全速加料，當(dāng)加料量達(dá)到定量給料控制器預(yù)設(shè)的速度調(diào)節(jié)閾值時(shí)，向PLC發(fā)出速度調(diào)節(jié)指令，PLC通過收到的調(diào)節(jié)指令開始對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)速，以確保物料到達(dá)混合儲(chǔ)料倉剛好完成單次加料過程。當(dāng)混合儲(chǔ)料倉物料加滿后，PLC控制混合儲(chǔ)料倉插板閥開啟，均勻混合后的物料通過 2#輸送皮帶開始向混合機(jī)加料，延時(shí)一段時(shí)間后，PLC控制電磁水閥向混合機(jī)進(jìn)行加水，開始攪拌混合。于此同時(shí)，混合儲(chǔ)料倉物料輸送完畢，插板閥關(guān)閉，定值給料機(jī)開始下一次配料過程。以上過程全部通過PLC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)物料實(shí)現(xiàn)周期性定量配比，系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖3所示：

圖3 皮帶定量配料系統(tǒng)軟件流程圖

5 皮帶定量配料系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)

為使整個(gè)系統(tǒng)控制精度達(dá)到1%以下，對(duì)皮帶給料速度的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，系統(tǒng)中皮帶速度的調(diào)節(jié)主要通過 PLC控制變頻器，變頻器對(duì)皮帶給料機(jī)電機(jī)進(jìn)行有滑動(dòng)補(bǔ)差的V/f調(diào)節(jié)。變頻器V/f調(diào)節(jié)過程如圖4所示：

圖4 皮帶給料機(jī)V/f滑動(dòng)補(bǔ)差速度調(diào)節(jié)

為變頻器對(duì)皮帶給料機(jī)電機(jī)進(jìn)行電壓/頻率調(diào)節(jié)，在皮帶給料機(jī)啟動(dòng)階段0～t1，變頻器通過預(yù)設(shè)的啟動(dòng)時(shí)間，對(duì)電機(jī)進(jìn)行逐漸加速啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后，使給料機(jī)進(jìn)行全速配料，變頻器工作在最大輸出電壓Vmax下，給料機(jī)勻速運(yùn)行至t2時(shí)，變頻器開始減速運(yùn)行，工作在V/f3狀態(tài)下；當(dāng)給料機(jī)到達(dá)1/3配料點(diǎn)時(shí)，變頻器工作在V/f2狀態(tài)；當(dāng)給料機(jī)運(yùn)行至t6系統(tǒng)慢加料點(diǎn)時(shí)，變頻器繼續(xù)減速運(yùn)行至V/f1狀態(tài)，并且開始根據(jù)3種物料累計(jì)量進(jìn)行PID速度調(diào)節(jié)；當(dāng)給料機(jī)加料接近完成時(shí)，變頻器輸出電壓為最小維持電壓，給料機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)配料過程結(jié)束。系統(tǒng)工作各時(shí)段皮帶速度實(shí)際測(cè)定值如表1所示：

表1 皮帶運(yùn)行各時(shí)段速度（m/s）

6 總結(jié)

本文針對(duì)工業(yè)廢棄焦粉回收再利用生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的生產(chǎn)效率低、配比不準(zhǔn)確等問題設(shè)計(jì)了皮帶定量配料系統(tǒng)，通過采用皮帶定值給料機(jī)和PLC等設(shè)備，自動(dòng)完成焦粉再利用過程中的物料精確配比，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，以每天連續(xù)生產(chǎn)16小時(shí)計(jì)，系統(tǒng)日產(chǎn)量可達(dá)到300t/天，極大的提高了焦粉再利用生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。

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Belt Quantitative Batching System in the App lication of The Coke Powder Reuse

Zheng Qiang, Wei Hongli
(Xi’an Technological University, Xi‘a(chǎn)n 710032,China)

Based on the low production efficiency, inaccurate proportion, low production rate in the current industrial waste coke powder recycling and reusing process, this paper designed Electronic Belt quantitative batching system. The system adopts the method of closed-loop feedback control combined w ith PID control for material proportioning. Through a verification of on-site data from a factory where installed the Belt quantitative batching system, the results showed that production efficiency and production rate of coke powder recycling and reusing has been increasingly improved. Through a field debugging, the system’s daily output was up to 300 t/16 h. The entire process of material proportion was accurate and has met the production requirement of industrial waste coke powder recycling and reusing.

Coke Powder Reuse; Quantitative Batching; Belt Control; PLC; PID; Frequency Control of Motor Speed

TP273

A

2014.05.09）

鄭 強(qiáng)（1988-），男，山西省臨汾市，西安工業(yè)大學(xué)，碩士研究生，研究方向：自動(dòng)化與控制工程，鄭強(qiáng)，710032

韋宏利（1965-），男，陜西省西安市，西安工業(yè)大學(xué)，副教授，研究方向：檢測(cè)技術(shù)與智能化裝置，西安，710032

1007-757X(2014)11-0053-02