專利名稱：新型生料成分配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于水泥生產(chǎn)的新型生料配料自動(dòng)控制系統(tǒng)。水泥生產(chǎn)中，生料配料工藝是保證熟料質(zhì)量、穩(wěn)定窯的熱工操作和降低能耗等的重要環(huán)節(jié)。目前現(xiàn)代化水泥廠的生料配料控制系統(tǒng)均采用大型多道X射線熒光光譜儀等高級(jí)儀器和昂貴的過程控制計(jì)算機(jī)，其設(shè)備投資大，對(duì)機(jī)房環(huán)境和操作人員的水平等要求高。我國除少數(shù)引進(jìn)廠之外，大多數(shù)水泥廠仍延用落后的配料控制技術(shù)，即根據(jù)化學(xué)分析得到的出磨生料的CaO(或CaCO3)和Fe2O3含量，由人工憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)喂料裝置的喂料量，以控制各原料的配比。此種方法控制不及時(shí)、準(zhǔn)確性差，因此普遍存在著出磨生料合格率低的現(xiàn)象，必然影響熟料的產(chǎn)、質(zhì)量和能耗。此問題在占我國水泥總產(chǎn)量75％的中、小水泥廠中尤為突出。近年來，雖然有些水泥廠嘗試用微機(jī)進(jìn)行配料控制，但由于缺乏適合的成分分析手段，或者所用的分析、控制裝置性能較差，控制技術(shù)不完善，因此控制效果不顯著。
本實(shí)用新型的目的旨在為中小水泥廠提供一種投資低、見效快，操作方便、性能可靠，能夠大幅度提高出磨生料質(zhì)量的生料成分配料自動(dòng)控制技術(shù)和成套設(shè)備。其系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理如圖1所示。
自動(dòng)取樣裝置(1)從生產(chǎn)線上自動(dòng)取出具有代表性的生料樣品，用壓力機(jī)壓成片后放入智能離線鈣鐵分析儀(2)自動(dòng)測(cè)定樣品中的CaO、Fe2O3含量，測(cè)定結(jié)果自動(dòng)送入多功能過程控制微機(jī)(8)，該微機(jī)將此結(jié)果與控制目標(biāo)值相比較，并考慮前幾個(gè)控制周期內(nèi)生料成分的變化傾向、控制效果、以及磨機(jī)大純滯后時(shí)間的影響，按跟蹤補(bǔ)償式控制模型計(jì)算出新的原料配比和喂料量，通過喂料量控制器(4)調(diào)節(jié)各喂料裝置(10)的喂料量，構(gòu)成配料自動(dòng)控制回路，同時(shí)，料量信號(hào)變送器(5)將各喂料裝置(10)的實(shí)際料量信號(hào)送入該過程控制微機(jī)(3)，藉自動(dòng)消除殘差的PID調(diào)節(jié)方式通過喂料量控制器(4)對(duì)喂料裝置(10)進(jìn)行精確的定量喂料閉環(huán)控制。在裝備有磨機(jī)負(fù)荷信號(hào)檢測(cè)裝置(8)及其變送器(9)的情況下，過程控制微機(jī)(8)接收變送器(9)的磨機(jī)負(fù)荷信號(hào)，按最佳負(fù)荷控制模型自動(dòng)設(shè)定和調(diào)節(jié)總喂料量，通過喂料量控制器(4)、喂料裝置(10)，構(gòu)成磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制回路。
本實(shí)用新型的智能離線鈣鐵分析儀是一種同位素源激發(fā)的熒光X射線發(fā)生裝置，它由測(cè)量室、電測(cè)通道和微機(jī)智能單元構(gòu)成(圖2)。測(cè)量室內(nèi)同位素源(Pu－238)發(fā)出的低能X射線照射到樣品上，使樣品中的Ca、Fe原子被激發(fā)并發(fā)出各自的熒光X射線，由封閉式正比計(jì)數(shù)管檢測(cè)。計(jì)數(shù)管輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入電測(cè)通道中的線性放大器作進(jìn)一步放大，并經(jīng)單道分析器鑒別后送入微機(jī)智能單元進(jìn)行計(jì)數(shù)和含量運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果由微打印機(jī)打印，同時(shí)送往過程控制計(jì)算機(jī)。該儀器的特征在于具有微機(jī)智能單元，圖3為其原理圖。籍此單元可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制作微分曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線、自動(dòng)確定分析條件、自動(dòng)檢查儀器本身的主要性能指標(biāo)、以及自動(dòng)修正測(cè)定結(jié)果等智能化功能。該智能單元由Z－80單板機(jī)和DAC板組成。Z－80單板機(jī)內(nèi)存為16K，全部軟件均固化在內(nèi)存中，其操作鍵盤具有圖4所示的各個(gè)功能鍵，全部操作均通過簡(jiǎn)單的按鍵動(dòng)作完成，其EPROM中可同時(shí)存儲(chǔ)用于分析四種不同物料的八條標(biāo)準(zhǔn)曲線，按測(cè)量鍵1～4即可調(diào)用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別測(cè)定黑、白生料，石灰石中的CaO、Fe2O3含量以及成品水泥中的礦渣摻加量，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。智能單元的DAC板具有圖5所示的兩路DAC電路，每路DAC電路均由一塊DAC集成芯片及其后續(xù)的運(yùn)算放大器調(diào)零、調(diào)滿度電路組成，藉此DAC板向單道分析器提供基線和道寬電壓，使單道分析器處于與功能鍵操作相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)。
本實(shí)用新型的多功能過程控制微機(jī)(圖6)，其特征在于主機(jī)由內(nèi)存為64K的8位微機(jī)、擴(kuò)展STD總線和主機(jī)電源構(gòu)成。主機(jī)操作鍵盤具有圖7所示的各個(gè)功能鍵，全部操作均通過簡(jiǎn)單的按鍵動(dòng)作完成。全部軟件均固化在內(nèi)存中，不需要磁帶機(jī)或磁盤機(jī)等外圍設(shè)備。擴(kuò)展STD總線如圖8所示，包括1塊STD總線驅(qū)動(dòng)板、3塊擴(kuò)展CTC板、3塊DAC板、1塊PIO。由PIO板輸入智能鈣鐵分析儀的測(cè)定結(jié)果，通過DAC板向喂料量控制器輸出多路控制信號(hào)，調(diào)節(jié)各喂料裝置的喂料比，對(duì)出磨生料的CaO、Fe2O3含量進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償式控制，從而可以大幅度提高出磨生料成分的合格率和均勻性。在進(jìn)行配料控制的同時(shí)，通過兩塊CTC板采集來自料量信號(hào)變送器的各種原料的實(shí)際料量信號(hào)，經(jīng)自動(dòng)去皮重運(yùn)算后，以自動(dòng)消除殘差的計(jì)算機(jī)PID調(diào)節(jié)方式，通過DAC板向喂料量控制器輸出料量控制電壓信號(hào)，可對(duì)多達(dá)8臺(tái)的喂料裝置進(jìn)行精確的定量喂料控制，從而使配比精度和定量喂料控制精度得到顯著的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，并且省去了各種喂料裝置所用的模擬儀表式控制裝置。此外，通過另一塊CTC板采集磨機(jī)負(fù)荷信號(hào)，自動(dòng)設(shè)定總料量和相應(yīng)的各原料喂入量，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制。
本實(shí)用新型用恒速皮帶秤作喂料裝置，此時(shí)所用的料量信號(hào)變送器為圖9所示的V／F轉(zhuǎn)換器，喂料量控制器為圖10所示的電振機(jī)線性控制器。V／F轉(zhuǎn)換器的特征是它具有圖9所示的電路結(jié)構(gòu)，皮帶秤的荷重傳感器來的信號(hào)經(jīng)兩級(jí)斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器放大后，由V／F集成模塊將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)送入過程控制微機(jī)。該電路具有良好的穩(wěn)定性、線性和抗干擾性能。電振機(jī)線性控制器的特征在于它具有圖10所示的可控硅觸發(fā)電路，來自過程控制微機(jī)的控制電壓信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)算放大器IC1調(diào)整后，由比較器IC2將其與鋸齒波信號(hào)發(fā)生器SG發(fā)出的鋸齒波信號(hào)相比較，推動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3，并通過晶體管T1控制可控硅T2的導(dǎo)通角，以控制負(fù)載(電振機(jī))電流。由于采用此種觸發(fā)電路，因此控制器輸出的負(fù)載電流與輸入的控制電壓具有良好的線性關(guān)系，使過程控制微機(jī)可以精確地調(diào)節(jié)電振機(jī)的喂料量。
本實(shí)用新型可使出磨生料的CaO合格率提高到70％～80％，CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差從1％左右壓縮到0.3％左右。使出磨生料的Fe2O3合格率從40～60％提高到90％左右，F(xiàn)e2O3含量標(biāo)準(zhǔn)偏差壓縮到0.1％左右，從而可以顯著提高中、小水泥廠熟料的產(chǎn)量質(zhì)量和降低能耗。同時(shí)本實(shí)用新型使已被普遍采用的二段式皮帶秤得到顯著改進(jìn)，其配比控制精度優(yōu)于0.5％，定量喂料控制精度優(yōu)于1％，造價(jià)較現(xiàn)有的二段式皮帶秤降低30％左右，可靠性也得到顯著提高。
基于上述情況，本實(shí)用新型為我國廣大中小水泥廠提供了一種性能優(yōu)良、控制效果好、投資低、適用范圍廣的生料配料自動(dòng)控制專用成套設(shè)備。
以下為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
1.A水泥廠的生料配料工藝改造實(shí)施例本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例為A水泥廠，已作部級(jí)技術(shù)鑒定。
A廠是一個(gè)立窯水泥廠。生料配料為四種原料磨頭配料，采用本實(shí)用新型前，喂料裝置為四臺(tái)模擬儀表控制的電振機(jī)喂料二段式皮帶秤。操作工根據(jù)出磨生料成分的人工化學(xué)分析結(jié)果，手動(dòng)調(diào)節(jié)模擬儀表控制器進(jìn)行配料控制。由于該廠石灰石來源復(fù)雜，石灰石成分波動(dòng)大，用人工化學(xué)分析和手動(dòng)控制無法保證出磨生料質(zhì)量，生料成分合格率低、波動(dòng)幅度大，影響了立窯操作的穩(wěn)定性和熟料產(chǎn)質(zhì)量的提高。
圖11為該廠生料配料工藝采用本實(shí)用新型進(jìn)行技術(shù)改造的實(shí)施例。智能鈣鐵分析儀代替人工化學(xué)分析，每小時(shí)分析兩次出磨生料成分，及時(shí)地提供生料成分變化的信息。過程控制微機(jī)根據(jù)鈣鐵儀測(cè)定結(jié)果進(jìn)行配料自動(dòng)控制，同時(shí)與電振機(jī)控制器、二段式皮帶秤和V／F轉(zhuǎn)換器組成閉環(huán)控制回路，進(jìn)行各種原料的定量喂料控制回路。顯示器光屏動(dòng)態(tài)顯示喂料量連續(xù)變化曲線和主要工藝參數(shù)，打印機(jī)打印每班生產(chǎn)報(bào)表。
考核結(jié)果表明，與以前相比，采用本實(shí)用新型后，出磨生料的CaO合格率由原來的22％提高到72％，標(biāo)準(zhǔn)偏差由原來的1.003壓縮到0.302；Fe2O3合格率由原來的60％左右提高到90％，標(biāo)準(zhǔn)偏差壓縮到0.075％；生料磨產(chǎn)量提高了4.4％。由于生料質(zhì)量的大幅度提高，立窯的熱工操作顯著穩(wěn)定，熟料標(biāo)號(hào)穩(wěn)定在6.30號(hào)以上，較以前提高50號(hào)以上；熟料產(chǎn)量由原來的6.18T／H提高到7.30T／H，每噸熟料煤耗由181Kg標(biāo)煤降低到159Kg標(biāo)煤。以上各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高所帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益為31萬元／年，為全部技術(shù)改造投資(6.8萬元)的4.56倍。
2.B廠實(shí)施例圖12為B廠實(shí)施例，其特點(diǎn)為庫底配料，用六臺(tái)二段式皮帶秤喂料，并帶磨機(jī)負(fù)荷控制回路，本實(shí)用新型的全套設(shè)備現(xiàn)已投入考核運(yùn)行。
3.C廠實(shí)施例圖13為C廠實(shí)施例，正在實(shí)施中。該例特點(diǎn)是用七臺(tái)電子磅秤作喂料裝置進(jìn)行庫底配料，本實(shí)用新型的全套設(shè)備已投入考核運(yùn)行。


圖1.新型水泥生料成分配料自動(dòng)控制系統(tǒng)。
圖2.智能離線鈣鐵分析儀。
A、外形圖B、電氣原理圖圖3.微機(jī)智能單元原理圖圖4.智能離線鈣鐵分析儀操作鍵盤圖圖5.微機(jī)智能單元DAC板原理圖圖6.多功能過程控制微機(jī)A、外形圖B、原理圖圖7.過程控制微機(jī)操作鍵盤圖圖8.過程控制微機(jī)擴(kuò)展STD總線構(gòu)成圖圖9.料量信號(hào)變送器電路圖圖10.電振機(jī)控制器電路圖圖11.實(shí)施例之1A水泥廠生料配料工藝線圖12.實(shí)施例之2B水泥廠生料配料工藝線圖13.實(shí)施例之3C水泥廠生料配料工藝線
權(quán)利要求1.一種水泥生產(chǎn)用新型生料成分自動(dòng)控制系統(tǒng)，由生料成分自動(dòng)分析裝置和過程控制微機(jī)組成，其特征是(1)生料成分自動(dòng)分析裝置為智能離線鈣鐵分析儀，它是一種以同位素源激發(fā)的熒光X射線分析儀，其有由Z-80單板機(jī)和DAC板組成的智能單元；Z-80單板機(jī)通過母線控制DAC板的輸出，通過CTC口讀取來自單道分析器的脈沖信號(hào)，通過PIO口向過程控制微機(jī)輸出分析結(jié)果并由微機(jī)打印機(jī)打印，全部程序固化在ROM中，而其EPROM中存儲(chǔ)有用于分析四種不同物料的八條標(biāo)準(zhǔn)曲線；DAC板具有兩路DAC電路，各條DAC電路均由一塊DAC集成芯片及后續(xù)的運(yùn)算放大器電路組成，分別用于向單道分析器提供基線電壓和道寬電壓，使單道分析器處于與功能鍵操作相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)；(2)多功能過程控制微機(jī)由8位微機(jī)，擴(kuò)展STD總線，主機(jī)電路三部分組成，其操作鍵盤具有各個(gè)功能鍵，全部程序固化在ROM中；擴(kuò)展STD總線由一塊STD總線擴(kuò)展板、三塊擴(kuò)展CTC板、兩塊DAC板、一塊PIO板和一塊SIO板構(gòu)成，通過CTC板采集各喂料裝置的料量信號(hào)和磨機(jī)負(fù)荷信號(hào)，通過DAC板向喂料量控制器輸出控制信號(hào)，通過PIO板和SIO板分別與智能離線鈣鐵分析儀及上位計(jì)算機(jī)通訊；(3)多功能過程控制微機(jī)從智能離線鈣鐵分析儀獲取出磨生料成分變化信息，通過喂料量控制器調(diào)節(jié)各喂料裝置的喂料量，并由料量信號(hào)變送器反饋各原料的實(shí)際喂料量構(gòu)成跟蹤補(bǔ)償式成分配料控制回路；同時(shí)該控制微機(jī)與喂料量控制器，料量信號(hào)變送器和喂料裝置構(gòu)成定量喂料控制回路，以及與磨機(jī)負(fù)荷信號(hào)檢測(cè)裝置、變送器和喂料裝置構(gòu)成磨機(jī)負(fù)荷控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥生產(chǎn)用新型生料成份配料自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述的料量信號(hào)變送器由兩級(jí)斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器和VFC集成芯片構(gòu)成V／F轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥生產(chǎn)用新型生料成分配料自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是所述的喂料量控制器是一種電振機(jī)線性控制器，其可控硅觸發(fā)電路是由集成運(yùn)放IC1，比較器IC2和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3等構(gòu)成，此控制器用于控制廣泛采用的電振機(jī)喂料恒速皮帶秤。
專利摘要本實(shí)用新型是一種水泥生產(chǎn)用新型生料成分配料自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是以性能優(yōu)良的智能離線鈣鐵分析儀作為生料成分分析裝置，以多功能過程控制微機(jī)同時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償式配料控制和高精度定量喂料控制，并可兼作磨機(jī)負(fù)荷控制。本實(shí)用新型的性能/價(jià)格比高，設(shè)備成套，適用范圍廣，使用后可大大提高水泥生料的合格率和均勻性。
文檔編號(hào)B28C7/00GK2063870SQ8820044
公開日1990年10月17日 申請(qǐng)日期1988年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月11日
發(fā)明者白友兆, 陳式經(jīng), 瞿吉祥, 沈潔, 李桂蘭 申請(qǐng)人:國家建筑材料工業(yè)局建筑材料科學(xué)研究院