二次稱重技術(shù)在快速裝車站智能化改造中的應(yīng)用

北京天地科技股份有限公司　劉　赟

二次稱重技術(shù)在快速裝車站智能化改造中的應(yīng)用

北京天地科技股份有限公司劉赟

隨著我國煤炭生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，煤礦生產(chǎn)技術(shù)裝備實現(xiàn)了從傳統(tǒng)半機械化-機械化-綜合自動化的跨越式進步，但單機煤機產(chǎn)品智能化水平和成套設(shè)備的配套性、穩(wěn)定性等方面仍與國際先進水平存在較大差距，難以滿足成套煤機設(shè)備高性能、高可靠性的需求。文中從進一步提升裝車站稱重精度、稱重速度及穩(wěn)定性的角度出發(fā)，提出一種改進型稱重控制方法，以提高裝車站稱重控制系統(tǒng)性能和智能化水平，滿足煤炭生產(chǎn)企業(yè)及運輸部門對于裝車站的運行要求。

1　系統(tǒng)組成及工作原理

快速裝車站稱重系統(tǒng)主要由配料倉及倉下配料閘門、稱重倉及倉下卸料閘門、稱重傳感器等組成，其布置如圖1所示，倉下閘門分別由液壓缸驅(qū)動。

圖1　快速裝車站稱重系統(tǒng)組成

當(dāng)啟動稱重程序時，配料倉下配料閘門打開，向稱重倉中配煤，稱重傳感器實時探測稱重倉中的煤量，配入稱重倉中的煤量為程序中預(yù)先設(shè)定的標(biāo)載值。當(dāng)稱重倉煤量達(dá)到預(yù)定的重量時，配料閘門全部關(guān)閉，系統(tǒng)提示操作者配料過程已經(jīng)完成。

當(dāng)收到配料完成信號后，操作人員可啟動卸料程序，將稱重倉下的卸料閘門打開，將配好的煤卸至待裝車廂內(nèi)。卸料完成后，卸料閘門關(guān)閉，配料閘門打開，開始進入下一個稱重控制循環(huán)，從而實現(xiàn)自動稱重控制。

2　二次稱重思想的提出

為保證車輛運行安全，鐵路部門對每節(jié)車皮裝載的貨物重量有嚴(yán)格的要求，裝車過程中必須保證貨物不能超載，否則需人工將多配的物料卸至車廂外，同時，為了提高鐵路車輛的運行效率，鐵路部門及業(yè)主對裝車的時間也做了嚴(yán)格的要求。在實際裝車過程中，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性也十分重要，一旦出現(xiàn)因為稱重問題而導(dǎo)致的補料、卸料等，將極大的影響裝車的時間。

為實現(xiàn)裝車站稱重控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文提出二次稱重控制思想，在配料與卸料兩個獨立且互鎖的過程中，分別通過增量法與減量法的控制方式實現(xiàn)兩次稱重，使裝車站在保證配料速度的前提下，確保配料精度達(dá)到裝車要求。

2.1一次稱重

一次稱重技術(shù)指配料過程的稱重控制，系統(tǒng)采取的是大流量粗配、小流量精配和設(shè)定閘門關(guān)閉提前量的控制技術(shù)，首先，在配煤啟動階段，閘門全開，通過大流量粗配的方式，在短時間內(nèi)，使稱重倉內(nèi)的煤量迅速接近設(shè)定的標(biāo)載，其次，依次逐步關(guān)閉閘門口，減小流量，通過小流量精配的方式，在一定時間內(nèi)補足稱重倉內(nèi)不足的煤量，最后，估算閘門關(guān)閉時尚在半空中的物料重量，在達(dá)到設(shè)定的閘門關(guān)閉提前量時關(guān)閉所有閘門，從而實現(xiàn)一次稱重。

2.2二次稱重

二次稱重技術(shù)指在卸料過程中的稱重控制，在一次稱重過程完成以后，根據(jù)稱重倉內(nèi)物料的誤差范圍，采用減量法的控制方式，控制稱重倉的卸料量，將多余的物料留在稱重倉內(nèi)，從而解決裝車過程中的超噸情況，實現(xiàn)精確裝車。

3　二次稱重控制系統(tǒng)的分析和實現(xiàn)

3.1一次稱重控制系統(tǒng)的分析和實現(xiàn)

影響一次稱重控制系統(tǒng)稱重誤差的因素有：（1）稱重傳感器與稱重倉組成的稱重系統(tǒng)阻尼比ζ小，導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩嚴(yán)重，使得系統(tǒng)采集到的稱重信號不能反映真實的重量測量值，同時，阻尼比過小易導(dǎo)致系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)時間變長，稱重系統(tǒng)的快速性不能得到保證。（2）物料下落對于秤體存在沖擊力，使測量值大于真實值。（3）物料的容重、流散性、粘結(jié)性等特性對稱重速度和精度有著極大的影響。當(dāng)配料閘門打開時，物料由于重力的作用下落入稱重倉內(nèi)。對于某些粘結(jié)性較大的物料，或者物理特性不均勻、不穩(wěn)定的物料，設(shè)定的閘門關(guān)閉提前量難以達(dá)到較高的控制精度，易產(chǎn)生較大程度的稱重誤差。

對于一次稱重存在的誤差，本文采用以下辦法：（1）根據(jù)動力學(xué)力學(xué)分析，建立動態(tài)稱重系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)的時域動態(tài)建模，建立動態(tài)校正環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的補償，達(dá)到改善系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的目的。（2）在精配環(huán)節(jié)，采用模糊控制的方法，建立以實際下料的重量與給定重量的偏差以及偏差的變化率為輸入的模糊控制器，通過參數(shù)自調(diào)整，主動識別和利用控制系統(tǒng)所提供的信息，通過實時的自動修改、完善和調(diào)整控制規(guī)則，使控制器的性能不斷完善，直到獲得預(yù)期的效果。

3.2二次稱重控制系統(tǒng)的分析和應(yīng)用

根據(jù)不同的工況采取相應(yīng)的控制策略：（1）當(dāng)稱重倉內(nèi)配料達(dá)到設(shè)定值，不必進行二次控制。此時卸料閘門完全打開，將倉內(nèi)物料放空，完成卸料過程。（2）如果稱重倉內(nèi)配料超過設(shè)定值，則對卸料閘門進行比例控制，通過調(diào)整卸料閘門開口大小，對卸料進行控制。最終的配料精度為卸料前稱重倉物料質(zhì)量減去卸料后倉內(nèi)物料質(zhì)量。根據(jù)卸料結(jié)束后剩余物料的多少，可以分為多余料和少余料兩種情況：多余料工況倉內(nèi)剩余物料較多，卸料閘門開口由最大逐漸減小直到為零。少余料工況倉內(nèi)剩余物料較少，剩余物料形成了截面為三角形的堆積狀態(tài)。卸料閘門最終處于某個開口值。

3.3電液控制系統(tǒng)方案的確定

為實現(xiàn)二次稱重控制目的，卸料閘門的控制應(yīng)具有下列特點：（1）為了達(dá)到較快的卸料速度，卸料初始階段，卸料閘門應(yīng)全部打開。（2）卸料閘門關(guān)閉時受到礦石物料在卸料過程中的沖擊干擾很大，會影響到卸料閘門的控制效果。

因此，卸料閘門的控制性能對二次稱重系統(tǒng)的控制精度具有舉足輕重的作用。

本文采用了電液比例位置系統(tǒng)來控制卸料閘門的開口大小。

電液比例控制技術(shù)是一種可靠、價廉、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足一般工程技術(shù)實際需要的電液控制技術(shù)。電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)更是綜合了電氣和液壓兩方面的優(yōu)點，具有控制精度高，價格相對便宜和易維護的特點。

二次稱重電液比例控制系統(tǒng)的液壓原理圖如圖2所示。

圖2　電液控制系統(tǒng)原理圖

控制稱重倉卸料閘門的液壓缸1和2有兩種控制方式。一種是分別由電磁換向閥3和4控制，其目的是為了保留原稱重系統(tǒng)的控制方式，另一種是分別由電液比例閥4和5控制。稱重控制系統(tǒng)讀取稱重倉內(nèi)預(yù)裝物料噸位信號，如果稱重倉內(nèi)的預(yù)裝物料與目標(biāo)噸位的差值在誤差允許范圍以內(nèi)，控制系統(tǒng)通過電磁換向閥2和3將卸料閘門全部打開和快速關(guān)閉以完成卸料過程。如果稱重倉內(nèi)的預(yù)裝物料與目標(biāo)噸位的差值超過一定的范圍，此時根據(jù)工況的不同，控制器根據(jù)預(yù)裝物料與目標(biāo)噸位的差值發(fā)出相應(yīng)的指令信號，通過電液比例閥4和5控制卸料閘門開口大小，從而控制超重物料的滯留質(zhì)量。

4　結(jié)論

通過二次稱重系統(tǒng)，采用配料閘門和卸料閘門相配合進行稱重裝車，可在一次配重未滿足要求的情況下，實現(xiàn)物料的二次精確控制。在生產(chǎn)過程中，針對不同物料可進行有針對性的控制，確保裝車精度，適用于不同車型的裝車要求，保證裝車能夠滿足鐵路等部門的要求。

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