在水泥生產過程中，必須按照工藝要求，按一定比例配置物料。例如，按比例將石灰石、砂、鋁礬土、氧化鐵等物料送入原料（生料）粉磨，將石膏、煤渣、熟料按比例送入水泥粉磨。如果物料配比失當，將造成水泥質量低劣或報廢。因此，水泥生產要求其配料係統必須計量準確、長期運轉、安全可靠，自動化程度高。

1自動配料係統的基本功能與特點
自動配料係統有如下功能：自動零點跟蹤和鍵控調零功能；實物標定和實物檢驗功能；掛碼標定和掛碼檢驗功能；在調零、實物標定、實物檢驗、掛碼標定、掛碼檢驗時，自動按皮帶整圈進行，不會因為皮帶不均帶來誤差；可靠的數據保護功能，軟件采用容錯技術，實時自檢和修正數據；先進的斷電保護功能，在斷電情況下機內的累計量、參數和時間日期都不會丟失；菜單提示操作方式；兩級密碼安全係統；方便的聯網功能；接口多，有Rs-232、Rs-485和打印接口，4~20mA輸入、輸出接口，開關量輸入、輸出、噸脈衝輸出接口等，可與計算機管理網連接，把計量數據方便地送到網上各個工作站，實現數據共享。
2自動配料係統工作原理
研製的、已在蘭州榆中縣幹草水泥廠生產線上正常運行的水泥自動配料係統，由6台配料皮帶秤及其稱重顯示控製器、傳感器、供橋板和供電係統組成。係統原理如圖1所示。

采用ICS-XF型單通道兩托輥配料皮帶機，該機穩定可靠，外協件和外購件都選用國內外具有先進工藝技術的廠家產品，以保證配料係統的安全可靠。稱量顯示控製器的數據采集電路采集的物料質量信號和皮帶速度信號經PID調節，輸出控製信號，由Rs-485輸送去控製變頻器，從而控製皮帶機的電機轉速與皮帶速度，達到控製物料K8凯发登录入口的目的。
2.1計量係統工作原理
當配料秤上物料通過秤架上方時，物料質量通過托輥壓在質量傳感器上，傳感器輸出信號與物料成正比[l]。將其折算為單位皮帶長度上的物料平均質量Gi（/kg·m-l）。同時，速度傳感器測出當時的皮帶運行速度⑦i（/m·s-l），由此計算出當時皮帶上物料的瞬時K8凯发登录入口（/kg·s-l），將它累加起來，得到總的物料輸送量m，其表達式如下

實際稱量中，Gi包含皮帶和托輥的動態質量，即動態皮重，因此實際計算中使用式中，K為量程係數（即單位變換係數）。在稱重顯示控製器中，處理器每s計算一次瞬時K8凯发登录入口，然後將瞬時K8凯发登录入口逐次累加起來，累加3600次就是hK8凯发登录入口值，即lh物料累計量。

動態零點值（Zi）的求取。在皮帶運行過程中，由於皮帶薄厚不均，加上皮帶抖動的影響等因素，使皮重（零點值）隨時變化，所以選取空皮帶運行一周的平均質量值為零點值。動態零點值的求取過程稱為調零。調零可以人工按鍵指令微處理器，由程序完成，也可以自動進行，微處理器對輸入信號（質量信號和速度信號）判斷後，當皮帶上沒有物料時，自動進行調零。
量程係數的求取。量程係數值關係到稱量值的量程係數的求取。量程係數值關係到稱量值的行標定，以取得正確的量程係數。通常是以一定數量的物料或標準砝碼對配料秤進行標定，稱為實物標定和掛碼標定。當一定數量的物料通過配料秤後，用鍵盤輸入物料的質量值，微處理器便計算出量程係數值。如果沒有條件進行實物標定，也可采用掛碼標定方式，砝碼代替物料，當皮帶運轉一定圈數後（事先設定），微處理器便計算出量程係數值。
2.2P1D調節原理
自動配料係統設置有PID自動調節功能，其工作原理如圖2所示。

式中：e(t)為設定K8凯发登录入口與實測K8凯发登录入口的偏差；Ti為積分時間；Td為微分時間；Kp為放大倍數.

配料係統中，調節對象是物料K8凯发登录入口，K8凯发登录入口調節配料係統中，調節對象是物料K8凯发登录入口，K8凯发登录入口調節對象響應靈敏，而且存在著規則或不規則的幹擾信號[2]，若采用微分作用，一般會使幹擾得以加強，因此在設置PID時，可以不采用微分作用，隻采用以積分為主導作用的PI調節，即比例範圍較大，積分時間較短。
實踐表明，這種PI調節方式能夠消除調節係統的殘餘偏差。這種方式是一種無定位式的調節方式，即是調節係統輸出在任何一點都能穩定下來，當設定K8凯发登录入口與實測K8凯发登录入口不相等時，調節係統輸出就將繼續增加或減少，最後使設定值與實測值一致，調節係統的輸出便穩定下來。即其穩定條件就是設定值與實測值的偏差等於零。
這種無定位特性也可以從數學分析中得到。因為PI調節的輸出

式（2）表明U（r）是e（r）與T的函數。由於e（r）
為有限變量，它在有限時間內的積分也必為有限量，其大小與0至T這段時間內的變化有關，沒有一個確定的數值，這就是無定位特性。當設定K8凯发登录入口與實測K8凯发登录入口的偏差為0的這一條件滿足了，PI調節係統就穩定在與設定K8凯发登录入口相適應的數值上。
采用l6位微處理器比例積分調節係統，它的靜態調節誤差與微處理器、采樣周期和積分時間相關，誤差為

式中：8為靜態調節誤差；7i為積分時間；7為采樣周期；n為微處理位數。
3幾種主要電路的設計
3.1質量通道電路
質量通道電路原理如圖3所示。

質量傳感器的輸出信號經電容濾波器輸送給運算放大器AD624AD進行放大，放大倍數為200倍，將信號放大為0-8V的電壓信號，送到電壓/頻率變換器（0D816L）進行壓頻變換，變換成0-80kHz的頻率信號，經GN137光電隔離級輸送到施密特觸發器（sN74HC14N），信號被整形反相後送入微處理器進行計數處理。
AD624AD是一個可控放大倍數的運算放大器，當4個質量傳感器串聯時，運算放大器放大倍數應為100，2個串聯時應為200，而係統使用1個質量傳感器時為500。
3.2速度通道電路
速度通道電路原理如圖4所示。

采用光電式速度傳感器，安裝在減速器的端麵，速度傳感器的輸出脈衝信號經MC1458P整形電路後，形成-15-+15V的脈衝，該信號通過隔離電路6N137和反相器sN74HC14ND送入微處理器80C196進行計數和後處理。
3.3供橋電路
供橋電路原理如圖5所示。

來自稱重顯示控製器的AC36V電源經橋式整流後，送入LM7815和LM7905，為質量傳感器提供工作電源，可以方便地調節質量傳感器的靈敏度。
4電氣控製係統的設計
電氣控製係統的原理如圖6所示.

三相電源U，V，w經空氣開關01和交流接觸器KM1給變頻器BP供電，變頻器由來自Rs-485的K8凯发登录入口控製信號控製，輸出電壓啟動電機M，電機轉速經減速器減速後，帶動配料秤運行。配料秤運轉正常時，變頻器將向中控室（中央控製室）發送配料設備應答信號，當配料秤發生故障時，變頻器將向中控室發送故障信號，U相電源另一路，經交流接觸器KM7給散熱風扇電機供電。w相電源經熔斷絲F和按鈕開關ssTP後，再經轉換開關，當轉換開關指向“運動”時，即配料係統由中控室控製，來自中控室的DC24V電壓經轉換開關向中控室輸送配料設備備妥信號，中控室收到該信號後，給出AC220V起動電源，於是交流接觸器KM1和KM7的常開觸點閉合，變頻器帶電工作，輸出電壓帶動配料秤電機啟動，配料秤運轉，變頻器向中控室發送配料設備應答信號。
當配料秤皮帶跑偏，接觸接近開關sL1或sL2時，接近開關的觸點斷開，切斷電源，配料秤停機，變頻器向中控室發送故障信號。
5結束語
所研製的自動配料係統在蘭州甘草水泥廠生產線安裝運行近一年的記錄表明，該係統設計合理周密，運行穩定可靠，控製精確平穩，與國內同類產品比較，有不少技術創新，如：將質量傳感器和供橋板密封在框架C形梁內，防塵、防水，保證了計量精確度；供橋電源采用二次精密穩壓，為質量傳感器提供工作電源，可以方便地調整傳感器的靈敏度。係統采用無秤架結構，計量托輥直接壓裝在帶保護裝置的質量傳感器上，不受傳動結構的影響，不會因為物料卡塞秤架影響計量精度，而且幾乎沒有積灰麵積，因此皮帶秤零點可以較長期保持不變，無需頻繁調零。

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