关键字:转子秤 预置控制 自适应 多回路
入窑喂煤系统是水泥厂烧成系统的关键环节之一，特别是水泥生产的干法工艺和大型化，对喂煤提出了更高的要求，准确而又及时地计量、控制、调节入窑和分解炉的喂煤量，是稳定窑的热工制度，提高窑的产量、提高熟料质量、降低能耗和保证窑的安全稳定运行的关键因素之一。但是回转窑用煤粉具有细度小、干燥的物理特性，流动性好，若水份含量大或积压存放时间长又可能出现粘结，因而控制不当可造成涌料或棚仓。针对上述要求，我们从系统工程角度出发，研制开发转子秤煤粉计量控制系统，该项目今年获国家科技部专项资金重点支持发展项目。
1、系统概述与组成
如图一所示，该系统由煤粉称重仓、粉体喂料机、转子秤、锁风输送装置及电气控制部分组成，粉体喂料机采用回转型、多分格、多层式、
均压容积稳定喂料结构，转子秤采用多分格转子式环状天平结构，称重传感器检测料重，磁电式转速传感器测速，电气控制部分由PLC模块构成主控单元来实现双回路自动调节。
2、系统工作原理
煤粉由进料口进入称重仓，通过传感器检测来稳定仓的料位，从而得到稳流的作用。煤粉经稳流后再由喂料机均匀稳定地喂入转子秤。进入转子秤的煤粉由转子从进料口带至出料口并喂入下级设备。特殊设计的结构使得荷重传感器能精确的测出转子秤圆盘体中煤粉的重量，并输出重量信号，该信号与转子的转速信号一起经控制系统处理运算得到煤粉的实际流量，通过调节转子的转速，实现煤粉定量给料。喂料机的转速跟踪转子秤的转速同步调节，保证系统稳定、准确运行。
3、硬件组态
转子秤煤粉计量控制系统主机部分选用德国西门子公司SIMATIC S7系列PLC。CPU选用224 DC型，它本身具有14个DI和10个DO，通过它可实现逻辑连锁、状态反馈及多路高速计数。扩展模块选用3路12位AI和4路12位AO，通过它可实现与现场信号的AD、DA，以及与中控的模拟量通讯（保留）。由于CPU为SIMATIC S7系列，它还能很方便地实现数字通讯及网络连接。
系统硬件设计充分考虑抗干扰措施。系统由SPU信号处理单元完成对系统中现场弱信号（如转子中煤粉的负荷、称重仓内煤粉的负荷等）的现场采集、放大、转换以及传输等工作。系统测速部分用原装进口磁电式编码器，经倍频电路后直接送入CPU224的高速计数口计数，以确保测速精度在1‰之内。系统的模拟输出AO与系统调节单元（变频器）之间采取加信号隔离器来抑制干扰。
系统人机界面采用西门子公司触摸面屏TP27。通过TP27可很直观地监视系统的运行状态、各种参数信息，包括系统的设定值、瞬时值、累计值、运行趋势、报警信息等。同时，还可通过TP27上所显示的菜单（按钮和输入域）直接控制系统运行。
4、控制软件
本系统是一个多变量、多回路的滞后系统，用常规的PID控制很难获得良好的控制性能。在控制方式上，针对煤粉物料的特性，系统软件采用了预置控制加前馈自适应PID调节的方式。首先，根据设定流量预置喂料机的转速，实现初步预给料，再通过设定荷重与检测荷重的差值来调节喂料机，同时对喂料机的调节加约束条件，保证转子秤内物料的负荷维持在设定的相对水平，从而实现稳定喂料；通过设定流量与检测流量的差值来调节转子秤，从而实现精确计量。
上述双环调节既相互配合又相互影响，为了防止两环振荡，软件上采取了许多特殊的措施，如调节时间的选择、步长的选择、PID参数的优化等。在调节时间上我们选择外环时间T大于内环时间T的3倍，步长上我们选择分段可变步长，PID参数的整定上我们选择具有控制参数收敛快，计算工作量相对较小，实用的单纯形加速法自适应控制方式，它既能反映动态性能又能反映稳态特性。我们选用 
作为性能指标的目标函数，将之离散化可得 
在采样周期T固定时，T2为常量，上式可简化为 
对于本系统，J是极值函数，最优化理论表明：在经过有限步搜索以后能够找到极值点。软件框图如下：
可变权系数：
可变权系数：
可变权系数：
其中流量差值e1(t)、流量差值变化率△e1(t)及荷重差值变化率△e2(t)决定流量环的自适应PID，荷重差值变化率的引入有抑制系统对于流量环的扰动；荷重差值e2(t)、荷重差值变化率△e2(t)及转子秤转速的变化率△n(t)决定荷重环的自适应PID，荷重差值变化率及转子秤转速的变化率的引入相当于对预给料机加了前馈，从而能有效抑制系统扰动特别是仓内煤粉流态改变导致的下料扰动。
5、应用实例
某公司1000t/d熟料的水泥生产线，采用了转子秤煤粉计量控制系统作为窑头和分解炉喂煤计量，自2000年投运以来，一直运行稳定，计量准确。
以下是摘录的一些运行数据和图表：
表1 2000年2月29日用仓在线标定的标定数据
图3煤粉流量历史趋势图
表2煤磨正常喂煤时的喂料量
