在水泥生产过程中，必须按照工艺要求，按一定比例配置物料。例如，按比例将石灰石、砂、铝矾土、氧化铁等物料送入原料（生料）粉磨，将石膏、煤渣、熟料按比例送入水泥粉磨。如果物料配比失当，将造成水泥质量低劣或报废。因此，水泥生产要求其配料系统必须计量准确、长期运转、安全可靠，自动化程度高。

1自动配料系统的基本功能与特点
自动配料系统有如下功能：自动零点跟踪和键控调零功能；实物标定和实物检验功能；挂码标定和挂码检验功能；在调零、实物标定、实物检验、挂码标定、挂码检验时，自动按皮带整圈进行，不会因为皮带不均带来误差；可靠的数据保护功能，软件采用容错技术，实时自检和修正数据；先进的断电保护功能，在断电情况下机内的累计量、参数和时间日期都不会丢失；菜单提示操作方式；两级密码安全系统；方便的联网功能；接口多，有Rs-232、Rs-485和打印接口，4~20mA输入、输出接口，开关量输入、输出、吨脉冲输出接口等，可与计算机管理网连接，把计量数据方便地送到网上各个工作站，实现数据共享。
2自动配料系统工作原理
研制的、已在兰州榆中县干草水泥厂生产线上正常运行的水泥自动配料系统，由6台配料皮带秤及其称重显示控制器、传感器、供桥板和供电系统组成。系统原理如图1所示。

采用ICS-XF型单通道两托辊配料皮带机，该机稳定可靠，外协件和外购件都选用国内外具有先进工艺技术的厂家产品，以保证配料系统的安全可靠。称量显示控制器的数据采集电路采集的物料质量信号和皮带速度信号经PID调节，输出控制信号，由Rs-485输送去控制变频器，从而控制皮带机的电机转速与皮带速度，达到控制物料流量的目的。
2.1计量系统工作原理
当配料秤上物料通过秤架上方时，物料质量通过托辊压在质量传感器上，传感器输出信号与物料成正比[l]。将其折算为单位皮带长度上的物料平均质量Gi（/kg·m-l）。同时，速度传感器测出当时的皮带运行速度⑦i（/m·s-l），由此计算出当时皮带上物料的瞬时流量（/kg·s-l），将它累加起来，得到总的物料输送量m，其表达式如下

实际称量中，Gi包含皮带和托辊的动态质量，即动态皮重，因此实际计算中使用式中，K为量程系数（即单位变换系数）。在称重显示控制器中，处理器每s计算一次瞬时流量，然后将瞬时流量逐次累加起来，累加3600次就是h流量值，即lh物料累计量。

动态零点值（Zi）的求取。在皮带运行过程中，由于皮带薄厚不均，加上皮带抖动的影响等因素，使皮重（零点值）随时变化，所以选取空皮带运行一周的平均质量值为零点值。动态零点值的求取过程称为调零。调零可以人工按键指令微处理器，由程序完成，也可以自动进行，微处理器对输入信号（质量信号和速度信号）判断后，当皮带上没有物料时，自动进行调零。
量程系数的求取。量程系数值关系到称量值的量程系数的求取。量程系数值关系到称量值的行标定，以取得正确的量程系数。通常是以一定数量的物料或标准砝码对配料秤进行标定，称为实物标定和挂码标定。当一定数量的物料通过配料秤后，用键盘输入物料的质量值，微处理器便计算出量程系数值。如果没有条件进行实物标定，也可采用挂码标定方式，砝码代替物料，当皮带运转一定圈数后（事先设定），微处理器便计算出量程系数值。
2.2P1D调节原理
自动配料系统设置有PID自动调节功能，其工作原理如图2所示。

式中：e(t)为设定流量与实测流量的偏差；Ti为积分时间；Td为微分时间；Kp为放大倍数.

配料系统中，调节对象是物料流量，流量调节配料系统中，调节对象是物料流量，流量调节对象响应灵敏，而且存在着规则或不规则的干扰信号[2]，若采用微分作用，一般会使干扰得以加强，因此在设置PID时，可以不采用微分作用，只采用以积分为主导作用的PI调节，即比例范围较大，积分时间较短。
实践表明，这种PI调节方式能够消除调节系统的残余偏差。这种方式是一种无定位式的调节方式，即是调节系统输出在任何一点都能稳定下来，当设定流量与实测流量不相等时，调节系统输出就将继续增加或减少，最后使设定值与实测值一致，调节系统的输出便稳定下来。即其稳定条件就是设定值与实测值的偏差等于零。
这种无定位特性也可以从数学分析中得到。因为PI调节的输出

式（2）表明U（r）是e（r）与T的函数。由于e（r）
为有限变量，它在有限时间内的积分也必为有限量，其大小与0至T这段时间内的变化有关，没有一个确定的数值，这就是无定位特性。当设定流量与实测流量的偏差为0的这一条件满足了，PI调节系统就稳定在与设定流量相适应的数值上。
采用l6位微处理器比例积分调节系统，它的静态调节误差与微处理器、采样周期和积分时间相关，误差为

式中：8为静态调节误差；7i为积分时间；7为采样周期；n为微处理位数。
3几种主要电路的设计
3.1质量通道电路
质量通道电路原理如图3所示。

质量传感器的输出信号经电容滤波器输送给运算放大器AD624AD进行放大，放大倍数为200倍，将信号放大为0-8V的电压信号，送到电压/频率变换器（0D816L）进行压频变换，变换成0-80kHz的频率信号，经GN137光电隔离级输送到施密特触发器（sN74HC14N），信号被整形反相后送入微处理器进行计数处理。
AD624AD是一个可控放大倍数的运算放大器，当4个质量传感器串联时，运算放大器放大倍数应为100，2个串联时应为200，而系统使用1个质量传感器时为500。
3.2速度通道电路
速度通道电路原理如图4所示。

采用光电式速度传感器，安装在减速器的端面，速度传感器的输出脉冲信号经MC1458P整形电路后，形成-15-+15V的脉冲，该信号通过隔离电路6N137和反相器sN74HC14ND送入微处理器80C196进行计数和后处理。
3.3供桥电路
供桥电路原理如图5所示。

来自称重显示控制器的AC36V电源经桥式整流后，送入LM7815和LM7905，为质量传感器提供工作电源，可以方便地调节质量传感器的灵敏度。
4电气控制系统的设计
电气控制系统的原理如图6所示.

三相电源U，V，w经空气开关01和交流接触器KM1给变频器BP供电，变频器由来自Rs-485的流量控制信号控制，输出电压启动电机M，电机转速经减速器减速后，带动配料秤运行。配料秤运转正常时，变频器将向中控室（中央控制室）发送配料设备应答信号，当配料秤发生故障时，变频器将向中控室发送故障信号，U相电源另一路，经交流接触器KM7给散热风扇电机供电。w相电源经熔断丝F和按钮开关ssTP后，再经转换开关，当转换开关指向“运动”时，即配料系统由中控室控制，来自中控室的DC24V电压经转换开关向中控室输送配料设备备妥信号，中控室收到该信号后，给出AC220V起动电源，于是交流接触器KM1和KM7的常开触点闭合，变频器带电工作，输出电压带动配料秤电机启动，配料秤运转，变频器向中控室发送配料设备应答信号。
当配料秤皮带跑偏，接触接近开关sL1或sL2时，接近开关的触点断开，切断电源，配料秤停机，变频器向中控室发送故障信号。
5结束语
所研制的自动配料系统在兰州甘草水泥厂生产线安装运行近一年的记录表明，该系统设计合理周密，运行稳定可靠，控制精确平稳，与国内同类产品比较，有不少技术创新，如：将质量传感器和供桥板密封在框架C形梁内，防尘、防水，保证了计量精确度；供桥电源采用二次精密稳压，为质量传感器提供工作电源，可以方便地调整传感器的灵敏度。系统采用无秤架结构，计量托辊直接压装在带保护装置的质量传感器上，不受传动结构的影响，不会因为物料卡塞秤架影响计量精度，而且几乎没有积灰面积，因此皮带秤零点可以较长期保持不变，无需频繁调零。

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