1 引言

冶金闪速熔炼技术是一种新型强化冶炼技术。它是指把经过深度干燥的粉状硫化精矿和预热空气、富氧空气、熔剂、烟尘等物质的混合物在闪速炉悬浮熔炼成液态硫的火法冶金过程［1］。失重秤是某冶炼厂 闪速炉的重要设备，它用于连续精矿计量输送。失重秤是一种配料装置，它把铜精矿输送到闪速炉反应塔内与工艺风混合后反应形成冰铜和渣的混合物。配料是化工、冶金、水泥等行业生产过程中的重要组成部分。由于配料现场环境差，生产线长，控制过程复杂，配料要求精确、及时［2］。某厂新三十万 t 铜冶炼工程闪速炉系统使用了两台失重秤，单台失重秤输送精矿最大能力为 80t /h。二系统闪速炉满负荷投料量一般在 110 ～ 120t /h 之间，这就要求单台失重秤的物料流量在 55 ～ 60t /h 之间。流量波动大小是衡量流量测量值与设定值之间偏差大小的量，生产要求流量偏差在设定值的 ± 8% 以内，超过 ± 10% 对工艺生产不利。在实际生产中，会出现单台或两台失重秤同时波动较大的情况，测量值甚至会超过设定值的 ± 30% 。在风、油、氧用量一定的情况下，精矿流量大幅波动将对炉况带来很不利的影响，因而我们需要尽快掌握失重秤波动因素，进而解决失重秤波动大的问题。 

2 失重秤介绍

失重秤是一套流量控制系统，它由现场设备和控制器( WB － 930) 组成。它通过调节螺旋给料机的转速来达到质量流量的设定值。

失重秤控制器( WB － 930) 控制以下设备: 给料螺旋( 1 台) ，加料阀( 2 台) ，搅拌器( 2 台) ，流态化阀( 3 台) ，吸气放空阀( 2 台) ，计量仓( 1 个) 。

2． 1 失重秤控制时段

失重秤控制时段计量仓总重量变化过程曲线如图 2 所示。当计量仓总重量大于加料下限时，系统处于排料阶段。排料阶段。加料阀关闭，流态化阀关闭，吸气阀打开，通入大气，螺旋给料机和搅拌器运行，失重给料控制器检测计量仓的排料量，通过调节螺旋给料机的转速，来控制给料量。失重给料控制器处于重量检测状态( 检测负载传感器的压头信号差，该传感器是由芬兰的劳特精密有限公司生产的 RC － 22T － C3 型压力传感器，它的具有灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小等特点［3］。) ，失重给料控制器检测并计算计量仓的排料量，通过调节螺旋给料机转速来控制物料流量。当计量仓总重量小于加料下限时，排料阶段转到加料阶段。此时加料阀打开，放空阀打开，含尘气体导入布袋收尘器，如流态化阀选择“自动”模式，则控制器给出流态化阀门打开的脉冲信号，直到失重仓总重量大于加料上限为止。在加料期间，螺旋给料机和搅拌器运行，加料阀打开，失重给料控制器处于容积检测状态，因为计量仓同时处于加料和排料状态，无法检测负载传感器的压头信号差值。当计量仓总重大于加料上限时，加料阶段转到排料阶段。系统在加料完成后，由于加料设备有余流，需要等待一预设的时间，直到容积检测状态过渡到重量检测状态。

2． 2 排料期间控制器的操作

WB － 930 控制回路若直接采用基本 PID 控制，难以满足对系统的控制要求。而采用改进的 PID 控制策略，一般可以获得较为满意的控制效果。微分先行 PID 控制是将微分作用提前，即包含了一个先行的微分环节。微分环节的输出信号包含了被控参数及其变化速度值，将其作为测量值输入到比例积分控制器中，可使系统克服超调的作用加强，从而补偿过程滞后，达到改善系统控制品质的目的。采用PI 的微分先行控制方案，可较好地抑制滞后系统的超调量，控制性能良好，且不需要进行模型识别，所以微分先行 PID 控制具有结构简单、可靠性高、易于工业实现等诸多优点［4］。内部 PID 控制器功能是尽可能地维持瞬间的物料流量的精确，其控制间隔为 1 秒( 或几秒) ，用参数定义。瞬间测定值( y ) 输入到最新测定结果的环形缓冲器内，并计算其和( －y ) ，此( －y ) 作为当前的检测值并用此值计算设定值( u ) 和测量值( －y )之间的差( e ) 。外部 PI 控制器的功能维持长期的精确。PI 控制器控制时间比 PID 控制器的控制时间长，其间隔一般为一分钟。外部 PI 控制器控制内部 PID 控制器的设定值。前馈控制回路 f( u 1) 是通过插入法螺旋性能曲线获得，该螺旋性能曲线是分段线性，随物料量而增加。数字型 PID 和 PI 控制器工作原理如下: 控制器的输入是设定值与检测值之差( 用△ d 表示) ，控制器的积分部分是∑△ d ，偏差部分是两个连续△ d之差，新的控制计算如下:控制输出 CTRL = P × △d + I × ∑△d + D ×△d'［5］ 这里: △d = 设定值 － 测量值∑△d = △d 之和△d' = △d( n) － △d( n － 1)

2． 3 加料期间控制器的操作

加料控制参数定义为失重给料控制器在加料时的控制。有三种不同的方式:

( 1) 恒定控制方式: 加料时，给料螺旋速度恒定控制。

( 2) 加速控制方式: 加料时，给料螺旋速度增加控制。

( 3) 减速控制方式: 加料时，给料螺旋速度降低控制。
二系统失重秤在加料期间使用虚线 1 － 恒定控制方案。通过对失重秤控制原理的了解，我们了解到失重秤的控制方案是先进的、控制精度是很高的。但是要使失重秤高精度的平稳运行，就必使它工作在符合控制、测量原理的条件下。从这面入手，我们通过将近半年的时间，总结归纳了失重秤波动的若干原因。

3 影响失重秤波动的原因归纳

3． 1 机械电器方面

( 1) 变频器工作是否正常: 确认变频器控制参数，事件记录，报警信息，检查变频器输入输出是否实时跟踪。

( 2) 给料电机和螺旋工作是否平稳: 检查其震动和噪音的大小。

( 3) 螺旋检修用固定平台和螺旋壳体之间是否完全脱离，称重系统与周边物件是否有触碰和粘连。

( 4) 给料螺旋叶轮是否有缺损，如果有会影响给料的均匀性。我们发现其螺旋叶片有时候磨损较快，偶尔还会出现缺片的现象，影响螺旋给料的稳定性         ［6］。出现这种情况，我们就必须要停车进行检修。

( 5) 失重仓和干矿仓之间的软连接，失重仓和呼吸管之间的软连接，螺旋和集料斗之间的软连接保温是否正常。

3． 2 工艺方面

( 1) 失重仓和干矿仓之间的软连接，失重仓和呼吸管之间的软连接，螺旋和集料斗之间的软连接是否有粘结，如有粘结会影响称重计量。如有此种情况发生，需停车检修。

( 2) 呼吸管是否有粘结或堵塞，如有粘结或堵塞，失重仓压力不能和大气压保持平衡，影响称重计量的准确性，影响加料周期，影响排料的均匀性。如有此种情况发生，需停车检修。

( 3) 干矿仓料位低。

3． 3 仪表方面

( 1) WB － 930 工作是否正常: 确认组态参数，控制参数和报警信息。

( 2) 称重传感器是否有偏移，如有偏移，会影响称重计量的准确性。如有此现象，需停车纠偏。

( 3) 失重仓和固定平台之间的连杆是否保持松弛灵活，如果连杆受力，会影响称重计量。

( 4) 加料阀运行是否正常: 检查加料阀开、关是否到位，确认加料阀动作时间，如果加料阀开、关不到位或加料阀开、关时间过长，会影响称重计量。

( 5) 螺旋流态化阀门动作是否正常，螺旋流态化压力是否正常。

( 6) 仓流态化阀门动作是否正常，仓流态化压力和流量是否正常。 

4 结束语

总之，影响失重秤投料量波动原因有很多，当给料量波动时，我们依据失重秤原理，从原料及测量原理上进行分析、查找原因，找出解决方法。2009 年二系统失重秤投料量出现了 1 次较大波动( 超过设定值的 30% ) 。失重秤波动后，我们首先检查仪表方面可能出现的原因，我们核对 WB － 930 控制器中的参数是否改变，检查压力传感器的位置是否正常等等，发现仪表方面没有问题，然后我们配合电气人员逐一检查电气设备，也没有问题，最后我们我们把目标锁定在给料螺旋叶片有缺片上。正常生产时，我们不能检查螺旋是否缺片，只有等待停车时才能够检查，在安排好的停车检修时间中我们打开螺旋的观察口，发现螺旋有 2 处缺片，工艺人员安排更换螺旋后，失重秤波动消失。在处理过程中，我们积累了一定的经验: 利用排查法，先排查螺旋运行时可以检查处理的因素，如果故障依然存在，只能在停车或定修时对其余因素进行排查处理。实践证明，这种思路和方法是行之有效的。

参考文献

［1］ 万维汉，万百五，杨金义． 闪速炉的神经网络冰镍质量模型与稳态优化控制研究［J］． 自动化学报，1999( 6) : 800 － 803．

［2］ 刘银华． 失重法自动配料系统的设计［J］． 中国有色冶金，2004( 4) : 84 － 86，92．

［3］ 谢煜，杨三序，李晓伟． 基于反拟合法的电容称重传感器非线性校正［J］． 仪器仪表学报，2007( 5) : 921 － 925．

［4］ 侯树文，王永梅，肖慧文，等． 基于 PLC 的火力发电机组主汽温微分先行控制器［J］． 电力自动化设备，2009 ( 2) : 140 －144．

［5］ OUTO KUMPU． Loss － In － Weight Feeders 220 － FE － 001，220－ FE － 002 Document DE018228［K］． Finland: OUTO KUMPU，2008．

［6］ 张和平． 烧结竖炉球团润磨机给料螺旋改造［J］． 甘肃冶金，2008( 4) : 71 － 72，
 

 

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