摘要目前水泥行業(yè)在粉體控制方面多采用根據(jù)科里奧利原理設(shè)計(jì)的計(jì)量控制系統(tǒng)，本文將主要介紹合肥水泥設(shè)計(jì)院根據(jù)該原理研制的科氏稱計(jì)量控制系統(tǒng)?！?br/>　　　
　　關(guān)鍵詞PLC觸摸屏變頻器科里奧利回轉(zhuǎn)窯　
　　1前言
　　連續(xù)準(zhǔn)確地對回轉(zhuǎn)窯和分解爐進(jìn)行喂煤，是降低煤耗，提高熟料質(zhì)量，保證設(shè)備安全和連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。因此，喂煤計(jì)量控制裝置必須具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確、動作迅速等特性。
　　原來我公司采用由德國KHD成套設(shè)備公司提供的沖擊式固體流量計(jì),由于該流量計(jì)容易受到外界的干擾，計(jì)量波動大，引起喂煤量的波動,影響了窯的工況。喂煤裝置分隔輪是由直流電機(jī)拖動，直流電機(jī)的換向器和電刷的故障率較高，維護(hù)量很大。公司經(jīng)過調(diào)研論證，決定進(jìn)行技術(shù)改造，將其替換成2套由合肥水泥設(shè)計(jì)院生產(chǎn)的科氏力秤煤粉定量給料系統(tǒng)。該秤依據(jù)科里奧利原理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對窯尾分解爐和窯頭喂煤的計(jì)量及控制。
　　2　科里奧利原理
　　質(zhì)量微粒m在以角速度ω轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)中除受到離心力FZ和摩擦力FR外，還受到垂直于其運(yùn)動方向的慣性力FC的作用，通過測量這個力，可測得質(zhì)量m，這就是科里奧利原理，如圖1所示。

圖1　科里奧利原理示意
　　測量原理的實(shí)現(xiàn)需要一個以恒定速度轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)測量圓盤(測輪)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。由電機(jī)拖動的測輪被葉片分成數(shù)個導(dǎo)流槽，散狀物料由測輪中心上方進(jìn)入測輪，經(jīng)過錐形的轉(zhuǎn)向裝置后，形成散料流，進(jìn)入導(dǎo)向葉片之間的導(dǎo)流槽中，并被以恒定角速度ω旋轉(zhuǎn)著的導(dǎo)向葉片虜獲，物料因離心力FZ的作用而向測輪外邊緣運(yùn)動，直至離開測輪被拋出。通過對物料所受科里奧利力FC的測量可得到物料的流量，工程中是通過測量FC對測輪的反作用力矩而測得物料流量的，這個力矩由測輪的驅(qū)動電機(jī)來補(bǔ)償(離心力FZ和摩擦力FR都不能在測輪徑向上產(chǎn)生力矩)。其計(jì)算式為：M=mωR2
　　　式中：M──測輪所受力矩，N·m；
　　　　　　m──物料流量，t/h；
　　　　　　ω──測輪角速度，1/s；
　　　　　　R──測輪半徑，m。

圖2　測輪的基本結(jié)構(gòu)示意

　　3科氏力煤粉秤組成及工藝流程：
　　科氏稱中的主要設(shè)備有由煤粉稱重倉、水平回轉(zhuǎn)式穩(wěn)流給料機(jī)（以下簡稱給料機(jī)）、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（以下簡稱流量計(jì)）、螺旋輸送泵、回轉(zhuǎn)空壓機(jī)等組成。
主要工藝流程是：從煤磨制備出來的煤粉進(jìn)入煤粉倉,對煤粉進(jìn)行稱重計(jì)量，要求達(dá)到一個合理料位，保證下煤穩(wěn)定。煤粉倉底部與給料機(jī)連接，給料機(jī)按水平方向旋轉(zhuǎn)，煤粉就由給料機(jī)喂入流量計(jì)，在流量計(jì)中經(jīng)過前文所述的處理后，進(jìn)入螺旋輸送泵，與回轉(zhuǎn)空壓機(jī)中的壓縮風(fēng)混合后，一起到達(dá)窯頭及分解爐(如圖3所示)。流量計(jì)僅作為計(jì)量設(shè)備，而給料機(jī)作為預(yù)給料設(shè)備。

圖3　煤粉喂料系統(tǒng)工藝流程簡圖

　　4　科氏力喂煤計(jì)量控制系統(tǒng)自控部分簡介
　　2套設(shè)備控制部分的原理相同，主要由1臺西門子的S7-200PLC（擴(kuò)展了1個模擬量輸入模塊EM231和1個模擬量輸出模塊EM232）。1臺西門子的觸摸屏TP170A，2臺ABB變頻器，還有稱重傳感器,力距傳感器，速度傳感器等組成。如圖4所示，圖中M1為給料機(jī)，M2為流量計(jì)。

圖4科氏力控制系統(tǒng)示意圖
　　PLC的型號為CPU222，屬于小型PLC,但其指令功能非常豐富，能完成各種復(fù)雜控制功能。它具有8輸入/6輸出，共14個數(shù)字量I/O點(diǎn)。控制程序采用STEP-7Micro/Win32V4.0SP3編程軟件開發(fā)。
　　觸摸屏作為人機(jī)對話窗口，用于修改系統(tǒng)的工作參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程。它防護(hù)等級高（IP65）,可用于惡劣的工作環(huán)境。觸摸屏的使用省去了復(fù)雜的控制面板和儀表顯示。TP170A通過Protool/ProcsV6.0為其組態(tài)。以通訊的方式讀取PLC內(nèi)部相應(yīng)寄存器上的數(shù)據(jù)、狀態(tài)及工作參數(shù)。
　　本控制方案中主要作用是從現(xiàn)場啟動設(shè)備，整定內(nèi)部參數(shù)，顯示瞬時流量、累計(jì)流量，輸入?yún)?shù)的設(shè)定，上下限報警值的設(shè)定，流量實(shí)時趨勢曲線，在調(diào)試變頻器時，也可以通過趨勢來觀察效果。TP170A與CPU222通過9針電纜進(jìn)行通訊。
　　當(dāng)所有設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，測得的倉重信號經(jīng)過變送器處理后，送入DCS和EM231。流量計(jì)下端帶有力矩傳感器及速度傳感器，測得扭矩與轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過變送器，由EM231模塊輸入至PLC，計(jì)算出實(shí)際流量，并且與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后，通過EM232，控制變頻器的頻率從而改變給料機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流量控