如何提高粉体给料技术的控制精度

不 当 ， 控 制误差还会 进一 步放大 。 其 例 如 ： 果 强 行 超 越 系 统 开环 响应 时 如 间来 缩 短 控 制 周 期 ， Ｔ ｔ就会 导致 使 ＜， 前 次 修 正 作 用 已产 生 但 还 未 从 反 馈 信 号 反 应 出 来 时 继 续追 加 新 的修 正 ， 造成 过 度 修正 而 引发 控制 震 荡 ； 反 之 ， 果 超 越 系 统 开 环 响应 时 间地 延 如
动 幅度 太 大 。其 流 量 呈 现 出 多 变 量
控 制 的 函数 关 系 ：
个 好 的 控 制 装 置 的 控 制 特 性
应 该 具备 较 小 的开环 波 动幅度 ， 如
５ ％满 程 ， 控 制 特 性 曲线 反 映 为 线 其
束 较 窄 细 ， Ｙ Ｘ的 斜 率 低 ， 制 区 且 ／ 控 域 宽 ， 制 分 度 高 ， ＞ ．％（ ７ 。 控 如 ０５ 图 ）
闭 环 控 制 周 期 Ｔ ｔ 必 然 加 大 ， 非 ＝也 则 控 制 时 间 内 的 开 环 波 动 幅 度 必 然 也
内 中高 部 位 拱 架垮 塌 的几 率 。
解 决 卸 料 的 通 畅 平 顺 ， ｒ 使 ＞
随之 变 大 ， 变 化 幅 度 就 是 闭 环 控制 其
０９ ， 可 削 弱 供 料 引 发 的 随 机 干 扰 ． 就 ５
能修正 的最小稳态误差 ， 以构建控 所
制 系 统 应 尽 最 大 可 能 地缩 小 每 个 ｔ 的 子 项 。 如果 能使 ｔ２ ， 可有 效 修 正 ＜ｔ就
Ｒ的干 扰 。
因素 ， 根除粉体失控 。
（） ２ 给料 环 节
装 置 必 须 具 备 良好料 容 结 构 ， 能 充 分 吸 收 缓 释 高 压 含 气 粉 体 的 流 动
２ １／ 水 泥技 术 ０ ４ １
图 ４ 普 通 螺 旋 机 的 冲 料 自流 控 制 特 性
图５
图 ６ 气 动 闸 阀 的 实 际 控 制特 ・ ｌ 生
量 。 结 果 往 往 由于 调 节 阀 前 端 的仓
后 压 力 差 ， 粉 气 混 合 密 度 ，为 未 ｓ为 ？
Ｙ＝ ・ ＋ Ｋ Ｘ Ｒ
ｒ ＝１
般 在 ２ ５ 左 右 ； 是 检 测 感 应 环 节 ～ｓ ｔ
时 延 ， 检 测 原 理 的 工 作 结 构 的 决 南 定 ， 般 在 ０５ ５ 左 右 时 间 ； ４ 信 一 ．～ ｓ ｔ是 号 处 理 的 滤 波 延 时 ， 般 可 控 制 在 一
０５ １ 内 。 ．～ Ｓ
Ｙｆ ， ，？ ＝［Ｕ Ｓ］ Ｘ ），
其 中 ， 阀 门开 度 ， ｘ为 ｕ为 阀 门前
Ｒ５ ＜ ％Ｙ满 程
图 ７ 目标 给 料 装 置 的控 制特 性 １２ ０
图 ８ 闭环 控 制
ＣＥＭ ＥＮＴ ＴＥＣＨ Ｎ０Ｌ０ＧＹ ２ １ ４／ ０１
ｊ ｌ 霪 女 舞
当 构 成 闭 环 内 所 有 环 节 的反 应
问题 。此 情 况 下 呈 现 早 饱 和 的 控 制
具 备 释放 缓 冲 的料 容 结 构 ， 一方 面 应 在 运行 程 序 上 采 取 慢 速停 机 、 中高 速
启 动开 机 的工 作方 式 。 由 于 常 规 的螺 旋 给 料 常 常 遇 到
窜 锁 止 力 Ｆ 主 要 由 给料 装 置 的 工 作 （ 结 构 决 定 ） 差 的 函数 。 当 Ｐ Ｆ 随 之 ＞时 机 产 生 Ｒ， Ｐ Ｆ Ｒ ０ Ｆ 往 又 随 当 ＜ 时 ＝ ，往 工 作 流 量 Ｙ的增 加 而 减 少 ， Ｐ 往 而 往 又 随工 作 流量 Ｙ的增 加 而 增 加 。 Ｒ在 时 域 变 化 呈 现 的 最 快 频 率
超 限保 护 自动 停 机 ， 者 因 长 时 间大 或
电流 堵 转 引 发 电机 温 升 。此 时 的 特 性表 现 为 ：
Ｘ＝ ％ ～１ ０ Ｏ ０ ％
Ｙ＝ Ｏ
普 通 螺 旋 机 实 际 的 控 制 特 性 数
学模型是 ：
Ｙ＝ ［（ ）・ Ｒ ＰＹ）ＦＹ） Ｋ・ＰＹ ］ｘ＋ 【（ 一 （ ］
４： ）
Ｘ＝０
而在 额 定 的流 量 工作 区 ， 由于 流
动性 高 、 负载 轻 、 速 较 高 ， 转 变频 调 速
反 而 处 于 效 率 较 高 的 大 力 矩 工 作 段 。要 解 决 此 类 矛 盾 ， 一方 面应 设 计
ＰＹ 》 ＦＹ） （） （ Ｙ Ｒ ＰＹ）ＦＹ 】 ＝ ［（ 一 （）
Leabharlann Baidu
上 述 问题 ， 人 转 而 采 用气 动方 式 来 有
控 制 给 料 ， 过在 料 仓 底 部 装设 气 化 通 管 路 和 风 动斜 槽 ， 料 时 对 库底 吹人 卸
一
定 压 力 的 空气 ， 粉 体 充 分 流态 化 使
特性 （ ５ ： 图 ）
１ ０１
后 用 流 量 闸 阀 的 开 度 来 控 制 出 料
胖 头 大棒 状 。 当 采 用 密 封 型皮 带 机 给 料 时 ， 由 于 其 直 通 料 路 的 流 动 性 锁 止 结 构 力 弱 ， 特性 比普 通 螺 旋 机更 差 。 其
扰 过 程 缓 慢 ， 有 机 会 进 行 闭 环 修 则
正。
Ｒ＝ ０
Ｐ Ｙ） ０ （ ＝
正是 由 于供 料 填 充 系数 ｒ 干 扰 和 量 Ｒ的存 在 ， 成 同一 控 制 量 ｘ下 会 造 出现 不 同 的 Ｙ， Ｙ与 ｘ之 间失 去 一 使
然 变 化 ， 果 也 不 会 太好 。 结
流 ， 机 后 还 会 持 续 冲 出 粉 料 ， 到 停 直 仓 内 粉 体 高 压 动 能 释 放 完 毕 或 出 料 堆 积 阻 力 高 于料 压 后 才 会 停 止 ， 见 常
于 螺 旋 机 、 带 机 和 叶 轮 机 ， 现 为 皮 表
通 过闭环控 制能改善 最终 的 日 标 控 制 精 度 ， 闭环 能 补 偿 的 开 环特 但
随机 强烈 循 环 反 馈 ， 因此 其 控 制 规 律
是 极 其 复 杂 的 。 采 用 气 动 卸 料 技 术
性 波 动 是 有 限 的 。其 效 果 主 要 取 决
于 给 料 装 置 的 开 环 波 动 性 和 驱 动 控 制 对 象 的 惯性 延 时 ， 以及 检 测 计 量 的
量 给料 场 合是 得 不 偿 失 的 。 气 动 闸 阀 的 实 际控 制 特 性 见 图
６ 。
一
精 度 和 检测 反 应 时 间等 （ ８ 。 图 ） 控 制 环 路 上 每 个 信 号 流 的传 递 环 节 都 必 然 存 在 反 应 时 间 。ｔ 般 一 一 为高 速 的计 算 机 处理 环 节 ， 延 可 控 时
性 冲 击 ， 除 随 机 性 冲 料 自流 的 可 消 能 。 一 方 面要 降 低 最 终 工 作 腔 的 进 料 填 充 压 力 Ｐ； 一 方 面 同 时 要 提 升 另
如 果 闭环 系 统 调 节 修 正 的 工 作
参 数 （ 控 制 周 期 与 ｐｄ参 数 等 ） 置 如 ｉ 设
时 间 之 和 （ 统 开 环 响应 时 间 ）＝ 系 ｔｔ 十
气 混 入 粉 体 ， 持 仓 口满 填 充 ， 免 保 避 再 建 中 间小 仓 与 设 备 迂 回系 统 ， 绝 杜
漏 斗 流形 成 的欠 料 断 料 ， 幅 消 除仓 大
ｔ ｔ ｔ 大时 ， 据稳定 控制原理 ， ２３４ ＋＋变 根
但 问题 出 在 含 气 粉 体 对 定 容 积 储 料
态 含 气 高 压 粉体 进 入 给 料 装 置 ， 给 而 料 装 置 的 工 作 结 构 不 能 吸 收 释 放 其
压力 和流动性 ， 止力 又弱 ， 锁 就会 造 成粉 体沿料路 通道强行 前窜形 成 自
分 格 的 填 充 密 度 变化 上 ， 旦 粉 体 含 一 气量发生变化 ， 同容 积 的粉 体 质 量 必
一
Ｙ＝ ｒ ）Ｘ Ｋ・（ ・ Ｏ
有一种情况也常出现 ， 当螺 旋 给 料 机 从 额 定 工 作 流 量 紧 急 减 速 停 机 时 ， 旦 停 止 后 ， 流 动 性 前 冲 惯 性 一 其 会 对 螺 旋 叶 片 工 作 区 造 成 高 密 实 性 挤压 ； 而重 新 从 静 态 停 机重 新 开 始 低 速启 动 给料 时 ， 由于 此 刻粉 体 流 动 性 阻 力 很 大 ， 行 负荷 最 大 ， 采 用 变 运 但 频 调 速 驱 动 的螺 旋 却 正 好 处 于 效 率 最低 的工作段 ， 压与频率低 ， 出 电 输
内粉 气 混 合 浓 度 与压 力 不 稳 定 ， 小 在 开度 时 ， 因阀 后 产生 气 旋 涡 流 效 应 提
升 了背 压 、 弱 了压 差 而 呈 截 止 限 流 削 特 性 ， 阀位 开 度超 过 气 旋 涡 流 效 应 而
知 的其他影 响因素 。特别 是压力 差
ｕ又可 以 被输 出 的 Ｙ影 响 ， 成 局 部 形
的 临界 拐 点 后 的 背压 大 幅 下 降 ， 成 造
开 度 流 量 突然 提 升 。但 很 快 又 因 调
节 阀后 的背 压 饱 和 提 升 ， 成 阀前 后 造
必 然 导 致 粉 体 含气 量 高 且 压 力 大 ， 对 后 续 检 测 计 量 存 在严 重 干 扰 ， 于 定 用
力距 小 ， 升 力 矩 过 大 可 能造 成 电流 提
对 应 的 重 复 性 ， 种 Ｙ的开 环 随 机 这
波 动 幅 度 与 频 率 决 定 了 控 制 装 置 的 最 终 精度 。
当前 端 的料 仓 内崩 塌 形 成 高 流
圆 盘 式转 子 给料 机 ， 于不 存 在 由 直 通 料 路 ， 动 性 前 窜 的 因素 较 小 ， 流
图 １ 理 想 线 性 控 制特 性
图 ２ 理 想 非 线 性 控 制 特 性
图 ３ 普 通 螺 旋 机 的 控 制 特 性 曲 线
螺 旋 正 向升程 加速 时 ， 因流 动 性 处 于
或最小周期 ｔ 重要 ， 果 ｔ 大 ， 很 如 较 干
ｒ ＝Ｏ￣Ｏ． ５
增 大 过 程 ， 特 性 处 于低 端 ， 反 向 其 但 回程 减 速 时 ， 动 性 特 性 必 然 上 移 ， 流 呈 现 明 显 的滞 环效 应 ， 而且 工 作 点 越 高 ， 环 效 应 越 大 ， 控 制 特 性 图 呈 滞 其
制 在 毫 秒 级 ；２ 执 行 转 换 时 延 ， ｔ是 由 设 计 结 构 的 机 械 质 能驱 动 效 率 决 定 ，
一
压 力 差 的减 少 而 进 入饱 和 限流 特 性 ， 总 体 呈 现 典 型 的 大 死 区 的继 电 器 开
关 特 性 ， 线 性 严 重 ， 止 区 与 饱 和 非 截 区 太 大 ， 性 控 制 区域 狭 窄 ， 制 区 线 控 的 ＹＸ的斜 率 太 高 含 滞 环 ， 开 环 波 ／ 其
Ｒ是 干 扰 量 ， 域 ０ １０ 值 ％～ ０ ％Ｙ满
程 ， 般 ＜０ 一 ５ ％Ｙ满 程 ， 是 最 后 出料 它 单 位 工 作 腔 的进 料 填 充 压 力 Ｐ和 前
当 给 料 装 置 前 端 的仓 内拱 结 形 成 随 机 半 径 的 细 窄瓶 颈 ， 成 漏 斗 流 形 限流 ， 会 导 致 给料 装 置 的工 作 结 构 就 不 能 获 得 满 填 充 ， 成 粉 体 通 道 半 填 造 充 全 速 运 转 ， 重 时其 特 性 下 移 表 现 严 为 阻 塞 断 料 ， 本 质 是前 端 仓 体 卸 料 其 不 畅 产 生 问 题 ， 非 给料 装 置 自身 的 而
其 中 ，是 最 后 出料 单 位 工 作 腔 ｒ 的供 料 填 充 系 数 ， 域 ０ １它 是 填 充 值 ～，
压 力 Ｐ（ 要 由卸 料 仓 的工 作 结 构 和 主 仓 口压 力 决 定 ） 正 函 数 ， 往 又 的 Ｐ往 随 工作 流量 Ｙ的增 加 而 增 加 。
冲料 自流 的 控 制 特 性 显 示 如 下 （ 图