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礦粉壓球機成型過程的控制

發布時間:2018-04-28 09:52| 瀏覽: |來源: 新聞中心

    礦粉的加工和利用過程中,礦粉的壓球機成型工藝是關鍵技術,其中熱壓礦粉工藝是利用礦粉被快速加熱到軟化點后的塑性對熱礦粉進行加壓成型,而實現這一過程的主體關鍵設備是礦粉壓球機。因此,對該設備的成型監測和控制將直接影響熱壓礦粉的質量。若監測不準和控制不好,不但不能保證熱壓礦粉的質量,還可能出現熱礦粉外溢,甚至有引起火災的危險。
1礦粉的熱壓成型工藝過程簡述及控制策略;
礦粉的熱壓成型工藝過程簡述:快速加熱到軟化溫度的熱礦粉,被螺旋擠壓機擠壓成塑性粘狀礦粉帶,礦粉帶過橋進入由電機驅動的對輥壓球機的兩個輥皮之間,然后再被對輥壓成與輥皮枕形凹模形狀相同的礦粉(以下簡稱球)。其工藝流程過程控制策略:礦粉的熱壓成型工藝控制,要求壓制成型過程自動完成。為使壓出的球應具有一致而又良好的密實度,應保持成型壓力不變,并在出現礦粉帶斷帶時,能自動判斷礦粉料的斷與續并做出相應的處理。而當礦粉料上拱外溢時可自動地給出安全轉速并報警,以防熱礦粉溢出引起火災。
2控制原理;
礦粉的熱壓成型工藝過程自動控制的硬件部分,主要由安裝在對輥壓球機機軸上的稱重傳感器、變送器、變頻調速器及安裝在礦粉帶過橋上的拱料檢測裝置等組成現場檢測和控制執行部分。由下位PLC和上位MMI組成監控部分。其軟件部分主要由PLC和MMI的組態軟件包和針對該工藝開發的過程控制軟件構成。可以完成對礦粉的熱壓成型工藝的壓力檢測、控制、報警和畫面監測等功能。
系統的控制原理是,計算機控制程序通過PLC改變變頻調速器的頻率,使電動機的轉速發生變化,以使通過對輥壓球機機的礦粉帶厚度發生變化,對輥壓球機輥軸上的徑向成型壓力也隨之變化。因此,通過測量對輥壓球機輥軸上的徑向成型壓力,可以判斷進入對輥壓球機機的礦粉帶量。設定一參考壓力,當檢測壓力大于設定值時,說明來礦粉增多,應加快電機轉速;反之,當壓力小于設定值時則降低轉速,以維持壓力為設定值,使對輥壓球機轉速與給礦粉量相匹配,保證球有相同的密實性,同時又不致發生礦粉帶斷帶,礦粉帶上拱外溢事故。上述控制原理在具體實施時,由于對輥壓球機輥皮有凹模,壓球時實測的壓力波動很大,如果直接以實時測得的壓力作為參數進行PID的調節控制,會引起對輥壓球機轉速快速波動,致使控制不穩定。因此必須首先濾除壓力中的快速變化部分,將慢速變化部分(代表礦粉的成型壓力變化)作為輸入參數進行調節,系統才能穩定運行。因此在控制算法上,首先應對實測的壓力值進行濾波計算,得到Pn,再進行數學平均,得到PVn,然后作為PID的輸入進行控制。
其算法為:Pn=TlagTlag+TsPn-+GTlead+TsTlag+TsFn-GTleadTlag+TsFn-1
式中:Tlead─超前時間;Tlag─滯后時間;Pn、Pn-1─第n次和第n-1次采樣時壓力參數;Fn、Fn-1─分別為壓力的第n次和第n次采樣值;G─穩態增益;Ts─采樣時間。PVn=T2T1"P(t)dtT2-T1=∑ni=n-m+1(PiTs)mTs=∑ni=n-m+1Pim式中:PVn─第n次平均壓力參數;P(t)─t時刻的即時壓力;T1、T2─分別為第n-m+1次和第n次采樣時刻。
以此算法就可構成一個數字低通濾波器,濾除壓力中的快速變化部分,從而得到代表礦粉的成型壓力值。另外除加入濾波運算之外,在PID控制算法中引入死區,即當誤差小于死區值時就令誤差等于零。這樣一來壓力就在許可的誤差范圍內波動,而不會引起對輥壓球機轉速不必要的頻繁變動,增加了控制系統的穩定性在礦粉的熱壓成型實際生產過程中,由于某種原因,可能引起礦粉帶的短時間中斷。依前述可知,在礦粉帶中斷時,壓力減小至零,對輥壓球機就會自動地停下來;當礦粉帶恢復時,對輥壓球機啟動,轉速由零逐漸增加,可能造成加速過慢引起礦粉帶上拱。另外,對輥壓球機在短時間內啟停對電機和機械運轉均不利。為此對斷帶情況應做特殊處理。首先是對斷帶狀態的識別,在計算機壓力控制回路的自動狀態中,提取|SP-PVn|的差值,與工藝現場實測的邊界正誤差值E比較,當|SP-PVn|≥E就認為礦粉帶處在斷帶狀態,當|SP-PVn|<E時就認為礦粉帶恢復正常。其次是斷帶的處理,在斷帶時使控制回路自動地保持原回路輸出值不變,維持對輥壓球機轉速不變,同時記憶當前的回路設定值,當礦粉帶恢復正常到來時,先利用PLC的無擾動切換功能切換到自動狀態,延遲數秒后,待PLC的自動狀態建立后,接著自動恢復原回路的記憶壓力設定值,壓力控制回路即可恢復正常的控制運行。斷帶的處理過程完全在程序控制下自動實現。
在礦粉壓球機成型過程中,有時還會因熱礦粉溫度過高或礦粉的實際配比發生波動,出現礦粉的軟化過度導致礦粉帶粘度變小的情況。這時檢測壓力就會變小,控制回路若仍維持原壓力設定值將會使對輥壓球機轉速下降,便會引起礦粉帶上拱、熱礦粉外溢或礦粉帶斷裂。當礦粉帶上拱時與熱礦粉機外空氣充分接觸,可能起火。為防止起火,在礦粉帶過橋上部安裝一個通過杠桿感知的限位開關,當礦粉帶上拱時開關接通并將開關信號傳到PLC,將控制回路狀態自動轉變為手動操作狀態,同時將控制回路的輸出值,置于安全值上,對輥壓球機加快到安全轉速,并發出聲光報警,提示操作員采取相應措施。
3軟件實現;
軟件是以PLC的邏輯梯形圖進行編制的。在邏輯上將控制原理中提到的幾個主要問題分塊設計,并設置相應的軟開關Si,根據壓制過程中的需要,分別自動或手動地調用各模塊進行控制。程序的總體框圖見圖2。程序首先進行初始化,置入初始壓力設定值、輸出值、安全輸出值、濾波參數和PID參數。然后判對輥機是否運行:若未運行,則程序結束;否則判斷斷帶開關的狀態;若斷帶(S1=1),執行斷帶處理程序;否則(S1=0),執行常規的PID控制程序。后續判礦粉帶是否上拱,若礦粉帶上拱(S2=1),則立即將壓力控制回路轉為手動控制,并將對輥壓球機設置為安全輸出轉速,同時發出聲光報警,然后等待操作者處理。待正常后返回到程序的初始化后的入口處繼續執行,否則(S2=0)繼續判斷對輥機壓力是否在設定值范圍,如果對輥壓球機壓力高于設定值上限,則對輥壓球機加速運轉,否則,如果對輥壓球機壓力低于設定值下限,則對輥壓球機減速運轉,如此周期性地運行。
4結束語;
本文所述的控制系統,已先后在寧夏和內蒙古的熱壓型焦工程項目中實際應用,并實現了礦粉的熱壓成型工藝的操作自動化。該系統通過長期的實際運行,得到了以下結論:
1)由于使得礦粉的成型壓力可控,可以保證礦粉具有一致而又良好的密實度,提高了壓球的質量。
2)使對輥壓球機轉速和給礦粉量得到了匹配,避免了手動操作時匹配失調而引起拱料停車處理的弊病,提高了設備作業率。
3)可以防止因礦粉溫過高軟化過度可能引起的熱礦粉外溢,避免釀成火災及中斷生產,從而確保了生產的安全順行。
4)由于整個成型過程完全置于自動控制狀態,顯著地減輕了操作工的勞動強度。
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