1、第七章 充填系统检测仪表及自动控制7.1 充填在用计量仪表的选择及评价检测仪表必须能准确及时反映出工艺过程参数的变化，它是自动控制系统稳定运行为前提，其选型首先要满足设计精度的要求，其次还要考虑性价比，要有重点，有主次。关键仪表必须以性能为主，次要 仪 表以性价比为主。下面就充填生产中使用的一些检测仪表选型做以分析介绍，这些仪表的选型都是经多年充填实践中总结出来的，有很好的参考价值。7.1.1 水泥、粉煤灰流量测量水泥、粉煤灰等材料尤其水泥是充填生产的重要胶凝物料，直接影响充填成本和充填质量，故其精度至关重要。过去粉状固体物料只能间接测量， 读差很大，直到冲板式流量计的研制成功，才解决了粉状固
2、体物料的测量问题，并且测量精度很高，国产的冲板式流量计能满足精度要求。德国 EH 公司生产的冲板流量计， 检测性能良好。以 DE20 伟感器配DME671 转换器（见图 7.1）为例介绍其原理和应用。7.1.1.1 测量原理分料口位置见图 7.2 所示。当物料流过冲板时，冲击力的水平分力作用到组合弹簧上，产生一个位移就是这个流量的准确比例，通过差动变压器将该位移转输料机构 测速传感器冲料板测量传感器HMI 361流量计DME 671控制系统 SCAN 3000图 7.1 冲板流量计原理示意图换为电压信号，在变送器中放大，滤波并通过 v/f 转换为抗干扰的 pfm 信号，这个电流脉冲通过电缆引向
3、 DEM671 转换器，在转换器中通过汇编程序根据以下的公式（1）对信号进行运算输出标准模拟信号，这个信号与 0100流量相对应。khFsin式中： 落差高度冲板水平安装角度冲击角度，料流与冲板之间的角度仪表常数k7.1.1.2 精度经严格的多点实际标定，精度可达1，完全满足使用要求。7.1.1.3 安装在设计安装中应考虑仪表的实物标定问题，在下料口加装如图 7.2 所示用于标定的分料口。给料设备 供料必须连续稳定， 实践 证明使用双管螺旋给料机比较理想。7.1.1.4 标定该仪表存在最大问题就是实物标定困难，但还必须认真进行实物标定，标定时应注意以下几点：(1)由于仪表具有非 线性，标定原理
4、采用折线逼近该非线性曲线，因此标定必须采用多点实标法，点越多 仪表精度越高，但 标定 难度越大，可采用下面 经验公式确定标定点数。NL10式中 N 为标定点数，L 为仪表上限量程9001500冲板冲板室标定分料口图 7.2 分料口位置示意图实践证明用上式确定的标定点数标定出的仪表误差可控制在1以内。(2)最小标定取 样量100流量1/50 （kg），实际标定中物料取料量不得低于这个值。(3)标定结束后要退出 标定级，进行至少两点的实际量测，来检验标定精度，并且在使用中至少一年实测一次，发现精度降低要及时重新标定，保证使用精度。7.1.2 沙石的测量沙石等骨料用皮带输送机输送，可选用电子皮带秤或
5、核子皮带秤测量流量。由于核子皮带秤与物料不接触、不受机械振动、皮带张力、皮带倾角、惯性冲击力和物料过载等因素影响，能在高粉尘、强腐蚀、高温度、剧烈振动等恶劣条件下使用等特点，适宜应用于充填生产中，其缺点是核辐身对人体有一定的危害。对精度要求不很高的场合可考虑选用无辐射、价格便宜的电子皮带秤。下面分 别介绍核子皮带秤和电子皮带秤的原理和使用。7.1.2.1 核子皮带秤的原理和使用7.1.2.1.1 测量原理美国 KAYRAY 公司 6060 型核子秤如图 7.3、图 7.4 所示，仪表选用铯 137 为放射源、 发射 射线，射线透过物料时被物料吸收衰减，使用电离室为探测器，电离室受 射线照射剂量
6、的大小分离出不同的电放射源传感器测速机构图 7.4 6060型核子秤测量原理 示 意 图电流信号图 7.3 在皮带上安装核子秤子数，从而产生微弱电流，6060 转换器对电流进行放大并转换为标准模拟信号，该信号与测速机构输出的皮带速度信号的乘积即为皮带上的物料流量。其实就是使用电离室纪录 射线 通过物料后的强度计算出物料的多少。7.1.2.1.2 精度精度可达1。7.1.2.1.3 安装安装时应注意以下几点：(1)由于 射线对人体有害，安装必须有必要的防护措施，必须达到国家关于防幅射的有关规定。并对现场工作人员做有关的安全教育。(2)由于电离室 输出的信号非常弱，应有严格的屏蔽干扰措施，尽量远离
7、干扰源，6060 转换器应尽可能离 传感器近一些，减少线路对信号的损失。根据经验，对于恒速运转的皮带可用一恒流源取代测速传感器，这样可减轻安装工作量，避免因安装 误差引起的信号误差。由于核子秤的测量精度与物料形状有关，输料皮带上应安装刮砂板，保持物料形状稳定。7.1.2.1.4 标定核子秤可采用实料标定和取样标定法。实物标定工作量极大，但精度高，采样标定简单、方便，但精度会因工况不同而产生较大误差， 针对充填生产中砂、石等物料供料均匀，波动范围小，物料在皮 带上的形状稳定等特点， 满足采样标定的条件，故可采用简便易行的采样标定法，即取 单位长度上物料秤重出物料流量的方法标定仪表。7.1.2.1
8、.5 选型参考现在使用的核子秤都采用电离室式，其输出电流非常低，对放大电路要求很苛刻，放射源剂量较大。另一种 GM 计数器式核子秤利用高电压引起电离室雪崩产生较大电流，可直接送入计算机计数而无须放大器放大，放射源剂量可以做的较小，但由于电离室雪崩放电严重影响电离室的使用寿命，已被淘汰，近年来兰州大学利用自己设计的一种独特的高压压灭电路生产出一种 LY1 型核子秤，即可及时压灭雪崩放电又能输出满足计算机所需的脉冲电流，使这种核子秤测量技术又焕发了新生，精度很高，对皮带上物料的形状无特别要求，且价格便宜，但标定较困难，必须实物多点标定， 对于物料形状不 稳定、具 备实物标定条件的用户可选择该种仪表
9、。国产 的 FBC1391 型核子皮带秤使用效果良好。7.1.2.2 电子皮带秤的原理和使用7.1.2.2.1 基本概述及安装电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是称量 过程是连续和自动进行的，通常不需要操作人员的干预就可以完成称重操作。图7.5电子皮带秤图7.6 30-10测速传感器图7.7 2001型称重显示器电子皮带秤主要包括：1、称重桥架称重桥架是在制造厂内已完成组装和调准，包括一个秤架，一个载荷传感器支承架架，一个受拉力的精密应变片式称重传感器。2、称重托辊称重托辊是指直接安装在称重桥上的托辊。3、称重域托辊称重域的托辊是指包括称重托辊
10、和与其两侧相邻的若干托辊，在安装图上这些托辊注有正（）负（）的标志，至少两到四组托辊组注有正（）和负（一），它们同称重托辊一起精确的调准。这些托辊被视为称重系统的一部分，对其皮带秤的精度和运行起很重要的作用。安装位置其中必须的准则如下：（1）称量系统要安装在坚固的输送机上，否则必须增加支撑。（2）皮带秤不应设置距给料机、漏口、导料栏板 3 米以内的地方。（3）秤不能装在凹形或凸形曲线的输送机上。（4）秤不应装在输送机因超速或倾斜而使物料滑动的地方。（5）秤应装在防风雨最好的地方。（6）在装有皮带秤的输送机上不应联结或装置任何振动装置。安装准备确定秤在输送机安装位置后，就应着手按以下 8 点来准
11、备现场。（l）在安装图纸推荐的部位配置支撑和支承腿以加固 输送机的机架。（2）在装设秤的区域内，输送机架的夹板应和输送机架焊在一起。（3）要把负 2 到正 2 间的托辊在输送机上横向调平。（4）全部称重域的托辊应在制造、式样、 规格等方面相同，可自由转动并具有良好的机械性能，加工一个比拟托辊组的样板，用它校正托辊的槽形轮廓使间隙在 0.4mm 内即托辊同心度不能超过 0.4mm。（5）从负 2 到正 2 间所有托辊中找出确切的中间输送托辊，在每个中间托辊的中心位置划刻线或冲标记。另外，按同样步骤完成 负 2 到辊 2 间的两侧翼托正。（6）去掉托辊架的连接脚板，改装为称重托辊。（7）为了方便灵
12、活的安装和校准皮带秤，应抬起或移开皮带秤范围内的输送机皮带其距离至少需要从负 3 到正 3 托辊之间。（8）为了安装称重桥应从皮带输送机上移去负 2 到正 2 间的所有托辊。称重桥架的安装在完成了对皮带称位置的选择和安装的准备工作以后，可按下列步骤进行安装。（1）用已知基准点或对角线法确定负 2 到正 2 托辊间尺寸，同时把它们在皮带底面线上用垫片垫高 6mm，然后调平。（2）把已联接好称重桥装置插入运输机框架。注意：在所有安装中，称重传感器的导线及固定的起重工具必须装在便于校正维修的一边。（3）在称重桥上安装称重托辊组。用称重传感器支承桥作为参考点，调平称重托辊的尺寸，在第二称重托辊的润滑装
13、置和第一称重托辊润滑装置之 间调平第二称重托辊的尺寸。（4）为了得到恰当的尺寸利用称重托辊组的润滑装置，在负 2 和正 2 托辊组间准确的确定称重桥的位量。（5）为了固定称重桥四角， 在输送机框架上先确定孔的尺寸后钻孔。（6）把称重桥装置的支承放入适当位量，校正水平，根据需要垫上垫片，最后把称重桥固定在输送机框架上。（7）从称重桥上拆去装运托架，安装底部称重传感器连接螺母。图 7.8 N20 皮带秤秤架安装图7.1.2.2.2 校准电子校准（R-Cai）允许操作人员在秤架上没有链码或挂码的情况下进行校准，电子校准检查了包括称重传感器在内的所有线路，它由一个精密电阻使称重传感器电阻桥不平衡来实现
14、的。校准常数是在初始设置中输入的称重传感器和秤数据基础上计算出来的。挂码校准要求用标准砝码放在秤架上链码校准把用以校准的链码放在皮带上，这种方法最接近实际工作状态。物料校准通过在秤上输送已知重量的物料来完成皮带秤的物料校准，物料必须在高精度静态秤上称量。7.1.3 供水量测量水作为充填料浆的拌合剂，主要用于控制料浆浓度，在浓度控制投入闭环的情况下对其精度无太高要求，但作为考核充填质量的一项指标，要求有一定的精度，可选择电磁流量计或 涡街流量计， 涡街流量计 价格低，但 稳定性差，易受振动干扰， 维护困难，对现场环境要求较高；电磁流量 计精度高，在 恶劣环境下可稳定工作，但价格相对高些。在此主要
15、介绍电磁流量 计的原理和使用。图 7.9 电磁流量计7.1.3.1 测量原理如图 7.10 所示其测量原理基于法拉第电磁定律，即：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中 产生感应电势，感 应电势 E 为：EKBVD式中：K仪表常数；B磁感应强度；V测量管截面内平均流速；D测量管的内径。测量流量时，流体流过垂直于流动方向的磁场，感 应出一个与平均流速成正比的电压，该电压通过两个与液体直接接触的电极检出，并通过电缆传送至转换器进行放大， 转换为标准模拟信号输出。7.1.3.2 安装安装电磁流量计需注意以下几点：电极轴线必须近似水平。应采取必要的措施保证测量管段为满管。为了使仪表可靠地工作，提高
16、测量精度，不受外界寄生电势的干扰， 传感器应有良好的单独接地线，接地 电阻小于 10。必须保证仪表前后的直观段长度要求：前置直管段10DN , 后置直管段2DN , DN 为仪表内径.7.1.3.3 标定流量计在现场的标定非常困难，大部分现场都不具备标定条件，而电磁流量计在出厂时均经过严格标定确定出每台流量计的 K 系数， K 系数为仪表固有的常数，不会因安装条件和量程改变等因素而改变，所以该表即装即用，无需 标定，可以很方便地改变量程而不会影响精度。7.1.4 料浆流量测量充填料浆具有浓度高、骨料粒径大、流速快等特点，其流量测量是充填自动控制系统中一大难题，选用 电磁流量计，由于 电极直接接
17、触料浆，粗骨料高速冲涮电极引起很大干扰信号，且磨损严重，只能反映出物料是否流动，无法准确 测量。金川镍矿充填用-3mm 棒磨砂，棱角 锐利，磨损 更加严重。选用非接触式的超声波流量计，由于料浆浓度高，对超声波信号衰减严 重，亦不能准确 测量，目前DVUE图 7.10 电磁流量计工作原理图B国内充填生产中大多采用电磁流量计，其功能主要是观察物料是否流动，无法计量和参与控制。近来国内市场出现一种非接触式无电极陶瓷衬里电磁流量计，据介绍：可避免粗骨料冲刷电极引起的干扰，耐磨性极好，又具有电磁流量计测量准确的优点，很适合用于测量充填料浆的流量，金川镍矿未曾用过这种流量计，能否正常使用还有待于实践证明。
18、7.1.5 料浆浓度测量核子工业密度计是目前充填生产中实时测量料浆浓度的唯一选择。图 7.11 工业密度计7.5.1.1 测量原理核子工业密度计是根据 射线穿过被测介质，被介质吸收后射线强度按式（1）的规律衰减，探测器接收射线的强弱信号送给微机处理，微机根据式（2）计算出物料的密度，再由密度值计 算出物料的浓度。并将密度和浓度值转换为标准模拟信号分别输出。NN。 e （1）d-1/dlnN/N （2）C 矿 （-1）/（ 矿 -1） （3）式中：N穿过被测介质后的计数率（个秒）；N0穿过被测介质后的计数率（个秒）；d被测介质厚度（cm）； 矿 料浆中干矿密度(t/m 3) ； 射线质量吸收系数
19、。它由放射室、探测器、主机三部分组成，其结构框图 如图 7.12 所示。7.1.5.2 精度从测量原理可以知道，该表直接测量出来的是物料的密度，浓度是根据式（3）换算出来的，排除标定 过程中取样的人为误差，测量密度的精度可达 0.005-0.001g/cm3，浓 度和精度达0.2。但由式（3）可知，在密度换算浓度过程中，会受 矿 这 一常数的影响，随着充填工艺的不断改进，充填骨料不再是单一的水泥和沙子，又增加了尾沙，粉煤灰等多种骨料，这些骨料配比的变化将引起 矿 的变化，而 仪表中 矿 的变化又不能根据物料配比实时修改，就会引起浓度测量上的误差，所以实际测量浓度精度只能达到0.5-1%。在使用
20、 scan3000 或 TDC3000的控制系统中，可以考虑取 浓度计的密度信号输入系统，系统根据物料配比实时的修改 矿 值，并由系统计算出浓度，可消除 矿 对测量精度影响。主机探测器放射源铯-1376001500V 高压 甄别整形单片 计 算 机LED显示分压01500V前放6001500V光电转换热敏元件流量计稳 峰温补电路隔离转换键 盘电流/电压信号输出报警输出打印接口工 艺 管 道图 7.12 核子工业密度计结构示意图7.1.5.3 安装安装现场应有必要的防辐射安全设施，流量计的精度与管道中浆体是否满管及满管的程度有直接影响，所以要保证测量管段满管，且仪表前后应留有适当的直管段。7.1
21、.5.4 标定浓度计有三种标定方法：双液标定法；两点随机标定法；一点校准法。充填料浆为悬浮液，取样人为误差较大，最好 选用双液标定法，以 标准液水作为其中一种样液，另一种 样液的料浆浓度、物料配比稳定时经多次取样平均后获得。近年来金川充填工艺系统采用多台 AMDT阿姆德尔浓度计（传感型号AM624/40，处理器型号 AM525/40）检测料浆浓 度， 该仪表属现代智能型多功能优良产品，使用效果良好，具有四大功能：测量指示浆体密度（g/cm 3）；测量指示浆体重量浓度（）；测量指示浆体固体质量流量（t/h）；浓度上、下限两次报警功能。两次报警功能一次是按设计浓度正常工作报警，表示输送系统在设计浓
22、度下安全运行；另一次是按极限输送浓度进行第二次报警，表示管道输送系统可能有发生堵塞的危险，应立即采取有效操作措施，确保管道安全运行。有了这两种报警功能，不但可以保证浆 体输送浓度，而且 还可尽量减少堵管事故的发生。7.1.6 搅拌桶液位测量7.1.6.1 液位测量状况搅拌桶液位是充填系统中一个重要参数，液位测量有多种仪表可供选择：LT 法兰式液位 计的测量浆体液位，这种仪表受搅拌桶中物料密度的影响较大，它适合于测量密度不变或变化很小的浆体液位，而充填料浆初始阶段从12g/cm3 的变化过程，所以误差较大。针对此问题 ，可选用在搅拌桶上加装副桶，在副桶上加装受密度信号影响较小的电容式液位计测量液
23、位，但这种测量方法不能测量到搅拌桶底部，需配合 LT 法兰式液位计使用，电容式液位计信号用于闭环控制， LT 法兰式液位计信号用于开环监视， 这 种方法虽然减少了闭环控制时密度对液位信号的影响，但增加了系统的设备投资和复杂程度。超声波液位计用于测量搅拌桶液位不受密度影响效果最好，但价格昂贵。充填系统开车 10 分钟后，充填料浆浓度即可稳定到 78，系统投入闭环密度只有0.05g/cm 3 的波动，假如选用 LT 法兰液位变 送器，对于 2m 的搅拌桶，根据压强公式 PH 可算出 这个波动引起的误差只有 2mm，完全可以满足充填生产的需要。以上分析是基于系统投入闭环正常运行的条件下的，对于开车之
24、初和停车阶段，料浆密度有一个从低到高和从高到低的过程，在这个过程中可以让系统处于开环运行，根据经验监视液位高低。 对于使用 scan3000 和 TDC3000 的系统，还可以用密度计的信号 实时矫正液位信号，消除密度对液位的影响。根据以上分析建议选用精度高、价格低的 LT 法兰式液位变送器。7.1.6.2 LT 法兰式液位变送器下面介绍这种液位计的原理和使用。(1)测量原理LT 法兰式液位变送器有一个可变电容敏感元件，它能将测量膜片与两电容极板之间的电容差转换成二线制 420mA 标准信号输出。(2)精度该表误差小于调校量程的0.25(3)标定和安装该表的标定和安装比较简单，无特别要求。图
25、7.13 3051 液位变送器7.2.1 微粉称粉体双稳流定量给料螺旋是粉体计量的专用设备，特别适合于粉煤灰、矿粉等粉状物料计量，解决了粉状物料易冲料和蓬料现象，提高了计量精度。TGG(F)型粉体双稳流定量给料螺旋是集粉体物料给料输送、称重计量和定量控制为一体，机电一体化的高新技术产品。能适 应 于各种工业生产环境的粉体物料连续计量和配料控制系统。采用了多项先进技术，运行可靠，控制精度高，能够保证物料下料稳定、不 倾泻并保证计量精度。可广泛应用于建材、冶金、化工、食品、电力等行业， 为以上行业提供了可靠的计 量手段。图 7.14 TGG(F)型粉体双稳流定量给料螺旋7.2.1.1 主要性能1）
26、给料螺旋进料口截面积大(1000mm1000mm) ，授料段为变径变距叶片。在整个进料口截面上料粉均匀下沉，不易结拱。2）双稳流给料螺旋与计量螺旋秤用三台变频器同频调速，双稳流给料螺旋物料填充系数为 1.0 ，计量螺旋填充系数 0.6，台 时产 量大范围调整时，重量信号真实，计 量精度高。7.2.1.2 主要技术指标动态计量精度：5；控制精度：3；给料能力：0100m 3/h；7.2.1.3 控制原理描述称重传感器的重量信号和速度转换器的电压脉冲信号经称量系统处理转化成为物料流量，汇总计数器将累加告示一个 预定时间周期的物料通过量，并与系统设定量进行比较，经 PID 运算后输出控制信号通过变频
27、器调节定量给料机电机转速以达到定量给料的目的。7.2.1.4 系统组成1) 双稳流计量给料螺旋本体；2) 计量螺旋秤3) 双开手动螺旋闸门4) 称重传感器；5) 旋编测速传感器；6) 电机减速机；7) 变频器；8) 给料秤控制系统8.1 变频调速控制柜；8.2 称重控制仪表8.3 现场控制盒；其具体分述如下：双稳流给料螺旋双稳流给料螺旋进料口螺旋叶片变径变距，能有效防止仓内物料结拱、篷仓；且密封严密，不漏粉尘；双 稳流给料螺旋出料端有溢流装置，能彻底杜绝物料的自流和冲料；选用锰钢材质的螺旋叶片，耐磨性好。计量螺旋秤计量螺旋秤采用杠杠式计量方式，双稳流给料螺旋与计量螺旋用三台变频器同步调速，物料
28、填充系数 0.6，物料 稳定，旋编测 速器安装于转子轴，测速信号准确，保证较高的计量精度。7.2.1.5 与传统螺旋给料机相比较1、 给料螺旋采用双稳流给料方式与传统的单管给料相比：进料口截面积大，落料稳定，不蓬仓；2、 双稳流给料螺旋出口带有稳流结构与传统的单管给料相比：防止物料冲料，保证下料稳定；3、 计量螺旋采用杠杆式计量结构与传统的单管给料相比：线性度好、计量精度高；4、 测速传感器采用旋转编码器，安装于计量螺旋转子轴上，测速精度高，信号稳定可靠；5、 双稳流给料螺旋与计量螺旋秤共用 3 台变频器同步调速与普通的 1 台变频器调速的螺旋秤相比：重量信号稳定，流量波动小，计量精度高；6、
29、 螺旋叶片采用优质锰钢材质，外圈加耐磨材料，保证设备长期稳定可靠运行；7、 选用新式结构轴承及轴承座，密封性好，不漏粉尘。7.3 定量输送机PEL/PEM 系列定量 给料机系 统是对块状物料、颗粒状物料进行连续输送、计量，并 对物料流量进行定量控制的 专用设备。其工作原理是在设备运行时，称重传感器把环带载荷信号、速度 传感器把环带速度信号输送到称重控制单元，称重控制单元连续地将实际给料量与设定给料量进行比较，并通过变频器调整电机转速，从而实时地控制环带 速度， 实现定量给料。图 7.16 PEL/PEM 系列定量给料机PEL/PEM 型定量 给料机采用先 进的制造工艺，在生产过程中严格按照IS
30、O9000 质量管理体系标准， 严格执行 GB/T7721-2007连续累计自动衡器（电子皮带秤）产品标准，依据 JJG195-2002连续累计自动衡器（皮带秤）检定规程控制产品质量，以其高的精度、稳定性和可靠性，成为散状物料配料与计量的理想设备。定量给料机的外形结构及工作原理2.1 定量给料机的外形结构及组成PEL/PEM 系列定量给料机主要由两部分 组成，即：电气控制部分和机械部分。其中，电 气控制部分主要由控制柜（控制箱）、称重控制仪表、变频器、称重传感器、速度传感器等部件 组成；机械部分包括驱动装置、秤体、秤底座、主动滚筒、从动滚筒、环形胶带、 带荷测量装置、带速测量装置、环带涨紧装置
31、、清扫装置、承重托辊、布料器、集 尘罩等部分。机械外形结构如下图所示：1.驱动装置 2.主动滚筒3.环形胶带 4.胶带清扫装置图 7.17 PEL/PEM 定量给 料机正视图5.环带涨紧装置 6.带速测量装置 7. 秤体 8.带荷测量装置9.秤底座 10.集尘罩 11.集尘罩支架 12. 布料器图 7.18 PEL/PEM 定量给料机侧视图3.承重托辊 14.从动滚筒图 7.19 PEL/PEM 定量给料机俯视图2.2 定量给料机工作原理如图所示，定量给料机在正常运转过程中， 环形胶带将物料从布料器中拖出，物料通过定量给料机的 带荷检测装置时，称重 传 感器将带荷信号、速度 传感器将带速信号送
32、至称重控制单元，称重控制单元将检测到的带荷信号和带速信号转换成物料流量，并与设 定值相比较，得出 实际物料流量和 设定值之间的偏差值，控制 单元根据此偏差值 不断地调整变频器的输出频率，并通过变频器调整电机转速，从而实时地控制环带 速度，改 变物料流量，使实际物料流量与设定值相一致。图 7.20 定量给料机工作原理图2.2.1 称重控制单元定量给料机称重控制单元主要由控制柜和现场操作盒组成。2.2.1.1 控制柜：控制柜为控制单元的核心，其各部分作用为：电源指示控制柜总电源指示。电源启动总电源启动按钮。电源停止总电源停止按钮。联锁指示变频器满足运行状态时指示。本地启动启动控制柜上的仪表进行喂料
33、。本地停止停止控制柜上的仪表停止喂料。机旁指示由机旁控制箱控制时指示灯亮。远程/就地/变频控制“远程控制”指的是由中控室进行流量设定与启停控制；“就地控制 ”指的是由控制柜内 仪表进行控制，流量的设定由仪表下方的电位器调整；“变频 控制” 指的是通 过变频器进行手动调节转 速，转速大小由变频器下方的旋转电位器来调整。2.2.1.2 现场控制盒各部分作用：急停按钮用于出现紧急情况时紧急停车，按下为停车，弹出为紧急停车消除。集中/机旁集中控制时，由 DCS 或本地来控制；机旁控制时，由现场控制盒上的调节电位器来调整。电位器用于在机旁手动调整皮带的转速。2.3 定量给料机技术指标2.3.1 给料能力
34、： 0.11000t/h；2.3.2 系统动态误差：0.5%；2.3.3 使用环境：控制单元：-15+40机械设备：-30+80相对湿度：95%2.3.4 电源：仪表控制部分: AC220V 或 DC24V10% 50Hz驱动部分：AC380V 或 AC220V(10%、15%)，50Hz7.3 几种在用自动控制系统的性能及评价7.3.1 充填系统各工艺参数的可编程序单回路调节器7.3.1.1KMM 对各被控参量的自动控制充填工艺对充填料浆的浓度、灰砂比及搅拌过程中搅拌桶的液位都有具体要求。为保证充填质量，满足充填工艺流程要求，控制上选择对搅拌过程中的灰量、砂量、浓度、液位四个工艺参数分别采用
35、恒值控制方法，构成四个调节系统，即浓度自动控制系统，液位自动控制系统，砂量自 动控制系统，灰量自 动控制系统。这主要原因是考虑到充填时不同的采场要求不同的灰砂配比，若采用比值等控制方法，比值等系数需经常改变， 这就给整个控制系统的稳定带来了不必要的波动。另外，生产工艺中要求在下料浆充填前先要搅拌引流灰浆对管道进行润滑，此时给搅拌桶只供灰和水而不供砂。在正常充填过程中有时出现砂中杂物如石块、绵纱等堵塞管道，使流量减少、液位上升，处理此种紧急情况是暂停供砂而灰和水则不能停供。通过对浓度、液位、砂量、水量四个被控量的恒值控制，完全充分地满足了充填系统对料浆重量浓度、灰砂比及搅拌桶液位等工艺指标的具体
36、要求。对这四个回路，系统中均选用可编 程序调节器 KMM 对被控量进行自动控制。可编程序调节器 KMM 是多输入、多 输出、多功能、多用途的 调节器，其控制运算的内容和控制数据存放于“用户 EPROM”的专用存储器内，用可直接按控图 7.21 KMM硬件构成图输 入 缓 冲 器输 入 寄 存 器采 样 保 持 器多路AD转换输 入 存 储 器输 出 缓 冲 器输 出 缓 冲 器输 入 缓 冲 器DA转换数字输入系统 ROMCPU后备电池人机对话口RAM用户 EPROM程序装入器模拟输出2-20 mA数字输出模拟输出1-5 VDCV/I模拟输入1-5VDC制需要制作自己的 EPROM。可 编程序
37、调节器 KMM 是使用了微处理器 8085 的以 PID 控制为主体的数字调节器，它具有输入处理、报警处理、 输入异常检查等辅助功能。KMM 硬件构成及程序构成如图 7.21 所示。可编程序调节器 KMM 的基本组成可分为三部分，即输入处理、运算处理、输出处理。其每一部分功能都已编制好，存 储在存储 器内的相应的子程序来实现。这些功能被称为“ 控制数据 ”。可 编程序调节器 KMM 的基本算法有 54 种，在应用中能很快地实现各种功能的组合，不同功能的组合可满足各自应用要求。应用中，根据回路控制量的具体要求及不同情况，分别进 行组态编程， 编程时分别确定出各自回路的基本数据，输入处理数据， P
38、ID 运算数据，拆线数据，可变参数，运算单元数据，输出处理数据。数据确定后用程序装入器（KMK101）固化到用EPROM 中，再将 EPROM 芯片插到电路板其固定插座上即完成了 对回路控制方案、控制算法及控制数据的编程。当系 统调试后，正常运行时不需再做修改。KMM 可配备后备手动操作单元，它采用自动切换方法，若系统出现故障其便会从自动状态（A 状态）无扰动地切换到手动状态 （M 状态），同时发出报警。此时系统在手动状态下继续运转，待处理完故障后可人为切换到自动状态。7.3.1.2 浓度控制回路在充填搅拌过程中对搅拌生成的料浆浓度进行控制是为了确保充填体的质量并能使充填作业顺利进行。从充填机
39、理来看，料浆浓 度高，充填体 质量也高，料浆浓度低，充填体质量就 难以保证。在金川公司二矿区充填的生产过程中，采用的是无动力管道自流输送，而过高的料浆浓度又极易造成堵管。深度的给定一般 78。 浓度控制系统构成如图 7.22 所示。在浓度控制系统中，选用 RM1100 型微机式工业密度计对搅拌成的料浆进行检测，检测到的料浆浓度经过处理变成标准信号送入可编程序调节器KMM。浓度给定值可通过可编程序调节器 KMM 的面板操作 设定。在 浓度检测及给定值设定的基础上，可编程序调节器 KMM 对科浆浓度按 PID 调节干什么进行自动调节，使浓度误差达到最小。可编程序调节吕 KMM 把料浆浓度给定值与料
40、浆浓度检测值进行比较，如果浓度给定值大于浓度检测值，经 PID 运算后使可编程序调节器 KMM 的输出减少从而使控制水量的 电动调节阀关小，水量随之减少，浓度增高。反之，当料 浆浓度给定值小于浓 度检测值时，经 PID 运算后使可编程序调节器 KMM 的输出增大，控制水量的电动调节阀开大，水量增加，使浓度降低。当料浆浓度给定值等于浓度检测值时，经 PID 运算后使可编程序调节器 KMM 的输出保持不变，从而达到使浓度静态误差最小的目的。7.3.1.3 液位控制回路在充填搅拌系统中，控制搅拌桶液位的目的一是保证各种充填物料在搅拌桶内有足够的搅拌时间进而使搅拌均匀，二是保证料浆输送管道有一个固定压
41、头，使搅 拌成的料浆在管道 输送中平稳，防止堵管。在充填生 产过程中，料浆采用无动力管道自流输送，其水平管线长几千米，而垂直管线总长不到 400 米，如果在充填搅拌过程中压头太低即搅拌桶液位低，就会发生堵管使生产无法正常进行。如果在充填搅拌过程中 搅拌桶的液位变化很大，从而导致在料浆输送过程+ -图 7.22 浓度控制回路给定电动调节阀浓度计搅拌桶调节阀 流量计 料浆中流量变化大，输送管道就会剧烈摆动，极容易 发生管道爆管。为保证生产正常进行，系统在设计时采用液位、流量串级控制方式。系统构成如图 7.23 所示。在这个控制系统中，液位作为主控参数，流量作为副控参数构成了一个串级控制系统。液位为
42、恒值控制，流量为随动控制。在这个控制系统中，液位控制回路用电容液位变送器对搅拌桶的液位进行检测，检测 到的液位信号经处 理后送入可编程序调节器 KMM，液位给定值可通过可编程序调节器 KMM 的面板进行设定。可 编程序调节器 KMM 把液位给定值与液位检测值进行比较，如果液位检测值大于液位给定值，经调节器 1 进行PID 运算，调节器 1 输出信号增大，若此时流量不变 ，调节器 2 的输出也随之增大，使电动调节闹开天，料浆流量增大，致使 搅拌桶液位下降；如果液位 检测值小于液位给定值，调节器 1 输 出信号减少，若流量不 变 ，调节器 2 的输出也随之减少，控制电动调节阀关小，料浆流量减少，使
43、 搅拌桶液位上升；当液位 检测值与液位给定值相等，说明实际液位与给定液位相符， 调节 器 1 输出不变，从而保 证液位稳态误差最小。在流量控制回路中，用电磁流量计对料浆流量进行检测，检测到的料浆流量信号送入 KMM。调节器 1 的输出作为流量控制回路的给定值，当流量检测值大于其给定值时，调节器 2 的运算输出减少，使 电动调节阔关小；当流量检测值图 7.23搅拌桶液位控制回路+ -+ -流量计调节器 2调节器 1液位计 搅拌桶电动调节阀给定 料浆小于流量给定值时，调节器 2 的输出增大，使 电动调节阀开大；当流量检测值与其给定值相等时，调节器 2 的输出信号保持不变， 电动调节阀保持原开度不变
44、。在此控制系统中，液位控制即主调节器 1 采用正向控制，流量控制即调节器 2 采用反向控制。7.3.1.4 砂量控制回路充填搅拌过程中，控制供砂量是为了满足充填生产工艺中灰砂配比的要求。砂量控制回路如图 7.24 所示。在砂量控制系统中，用核子秤对供砂量进行检测， 检测到的砂量信号经处理后送到可编程序调节器 KMM，砂量 给定量可通过可编程序调节器 KMM 的面板操作。KMM 把砂量给定 值与砂量检测值进行比较，当检测到的砂量大于其给定时，KMM 输出信号控制 变频调速器的频率减小，电动机转速降低，圆盘给料机转速减小，从而使砂量减小；当砂量检测信号小于砂量给定值时，调节器的运算输出增加，控制变
45、频调速器的频率增加， 电动机转 速增加， 圆盘给料机转速增加，从而使供砂量增加；当砂量检测信号等于其给定值时，调节器输出保持不变，从而使下砂量保持不变。7.3.1.5 灰量控制回路+ -图 7.24 砂量控制回路给定变频调速器核子秤圆盘给料机调节阀 电动机 搅拌桶圆盘给料机与前述砂量控制系统一样，控制供灰量是为了满足充填生产工艺中灰砂配比的要求。灰量控制回路如图 7.25 所示。在灰量控制系统中，用冲板式流量计对灰量进行检测，检测到的信号经处理后送入可编程序调节器 KMM。灰量 给定值可通过可编程序调节器 KMM 的面板操作设定。可编程序调节 器 KMM 把灰量给定值与灰量检测值进行比较，当检
46、测到的灰量大于给定值时， 调节器经运算后输出信号变小，控制变频调速器的频率降低，电动机转速下降，使单管喂料机供灰量减小；当灰量检测值小于灰量给定值时， 调节器的运算输出增加，控制变频调速器的 频率增加， 电动机转速升高，使供灰量增加；当灰量检测值等于灰量给定值时，调节器运算输出保持不变，从而保证下灰量保持不变。7.3.2 浙江大学 SUPCON JX100 系列集散控制系统性能及应用评价 7.3.2.1 SUPCON JX100 系列集散控制系统简介SUPCON JX100 系列集散控制系统，是浙江大学工业自动化公司、浙江迪康自动化装备有限公司共同研制开发。它是计算机技术、自动化技术、通 讯技术、控制理论、阴极射线管技术、故障诊断技术和冗余技 术的综合应用。金川龙首矿西部露天转坑下开采的高浓度细砂胶结充填系统应用该系统控制是成功的，可靠性高、失效率低，使用便捷，维护容易且高效实时。它采用分级分布式控制方式，各被控参数在物理上采用完全分散结构，实现了真正的分散控制。它同 时具备很强的人机对话能力，并能方便地进行计算机+ -图 7.25 灰量控制回路给定变频调速器冲板流量计喂料机调节阀 电动机 搅拌桶
