摘要：本文介紹了生料的特性，以及目前應(yīng)用于水泥工業(yè)入窯生料的定量計(jì)量控制的幾種方式。 

引言 
　　入窯生料的計(jì)量控制系統(tǒng)是大中型干法水泥廠生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，該系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地計(jì)量、及時(shí)地調(diào)節(jié)和穩(wěn)定控制入窯的生料量，是穩(wěn)定窯的熱工制定、提高熟料產(chǎn)質(zhì)量、降低能耗的關(guān)鍵因素之一，也是企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)管理的科學(xué)基礎(chǔ)。因此如何保證入窯生料在計(jì)量控制過程中的穩(wěn)定性、快速的響應(yīng)能力和長短期精度，是每個(gè)水泥企業(yè)所必須面對(duì)和解決的問題。 
１、生料特性 
　　由于通過研磨后的生料在其的流動(dòng)性和自然堆積角這兩個(gè)方面與它在塊狀或散粒狀態(tài)下的物理特性有著很大的不同，在水泥生產(chǎn)中通常物料水分增加使得其流動(dòng)性變差，表現(xiàn)在物料趨于粘聚并有較大的附著性，水分越大其附著性越強(qiáng)，流動(dòng)性越差；而干燥或伴有氣流的粉狀物料的流動(dòng)性*，表現(xiàn)為物料趨于自溢，含氣量越大，其流動(dòng)性越強(qiáng)。 
　　在入窯生料系統(tǒng)中，一般都有一個(gè)過程（稱重）生料倉作為系統(tǒng)的一個(gè)過渡環(huán)節(jié)，對(duì)入窯生料的計(jì)量控制往往直接串級(jí)在這個(gè)過渡環(huán)節(jié)之后，因此不僅從計(jì)量控制上而且從工藝流程的要求上，都要求保證過程倉內(nèi)粉體物料的能夠順利卸料。然而經(jīng)過研磨后的生料粉體，在常態(tài)下帶由一定的附著性，加之生料倉儲(chǔ)庫容較大，表現(xiàn)為過程倉儲(chǔ)時(shí)間較長，也就是實(shí)壓時(shí)間常數(shù)較大，一般來說其流動(dòng)性能較差，在實(shí)際中經(jīng)常采用庫側(cè)充氣破拱和庫底充氣助卸結(jié)合的方式，來保證倉內(nèi)物料的順利卸料，但過程倉內(nèi)生料存儲(chǔ)的多少、充氣量的大小和氣流的速度對(duì)其的流動(dòng)性影響都是非常之大的，在一些氣源變化頻繁的場(chǎng)合，有些傳統(tǒng)的計(jì)量控制設(shè)備通常會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)振蕩以至于無法工作，這就相應(yīng)對(duì)入窯生料的計(jì)量控制系統(tǒng)提出了較高的要求。 
２、生料系統(tǒng)的幾種應(yīng)用方式 
　　生料計(jì)量控制系統(tǒng)發(fā)展至今其系統(tǒng)組成主要有如下幾種方式，如圖1.1，1.2，1.3所示，以及在此基礎(chǔ)上演變出眾多組合的其它方式。 
　　不管何種方式，系統(tǒng)主要由過程稱重倉、（預(yù)）給料部分（調(diào)速螺旋喂料機(jī)或調(diào)速分格輪或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等）、計(jì)量部分（流量計(jì)或皮帶秤）及電氣控制部分組成。 
2.1 帶位置控制預(yù)給料裝置（V型） 
　　位置控制預(yù)給料裝置為：電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，氣動(dòng)流量截止閥。此種方式在我國的水泥工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其大多的控制方式是根據(jù)計(jì)量部分（流量計(jì)或皮帶秤）檢測(cè)出粉體物料的瞬時(shí)（或平均）流量與設(shè)定流量的偏差通過PID或其變種算法來調(diào)節(jié)電動(dòng)流量閥，使物料的流量與設(shè)定值保持一致。然而由于此類調(diào)節(jié)裝置的鎖料性能很差，生料流動(dòng)的易變性往往導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)嚴(yán)重的非線性，甚至可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)失控現(xiàn)象。從計(jì)量控制的角度上看由于調(diào)節(jié)裝置與計(jì)量裝置的分離，造成流量計(jì)測(cè)量出的偏差在調(diào)節(jié)時(shí)物理上的時(shí)滯，并且如果物料流動(dòng)性由于外部因素的干擾而產(chǎn)生變化時(shí)，其滯后時(shí)間往往亦將發(fā)生變化，使得系統(tǒng)在調(diào)節(jié)時(shí)除了考慮調(diào)節(jié)裝置非線性，還將考慮它的時(shí)變性。 
2.2帶速度控制預(yù)給料裝置（S型） 
　　 速度控制預(yù)給料裝置主要指螺旋喂料機(jī)、葉輪給料機(jī)等。由于設(shè)備本身的加工精度造成它的線性度不是很好，如果此種方式下采用流量計(jì)或皮帶秤是恒速的，則系統(tǒng)是單回路調(diào)節(jié)，采用皮帶秤的計(jì)量方式精度要比采用流量計(jì)的計(jì)量方式高，但皮帶秤方式下如果密封不好時(shí)，對(duì)環(huán)境影響較大，甚至出現(xiàn)溢料。如果皮帶秤是調(diào)速的，則在軟件的控制下系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙回路閉環(huán)調(diào)節(jié)，即前級(jí)采用調(diào)速螺旋喂料機(jī)或調(diào)速分格輪等作為預(yù)給料的粗調(diào)環(huán)節(jié)，串級(jí)一個(gè)皮帶秤定量計(jì)量的精調(diào)環(huán)節(jié)。這種情況下，預(yù)給料部分僅作為定性的粗調(diào)環(huán)節(jié)，因此對(duì)預(yù)給料機(jī)的線性度要求就比較寬松，在雙回路閉環(huán)軟件的配合下系統(tǒng)可以抑制預(yù)給料環(huán)節(jié)的非線性和時(shí)滯特性，粉體計(jì)量控制系統(tǒng)的精度指標(biāo)和快速響應(yīng)等指標(biāo)能得到一定的改善，當(dāng)然軟件配合不當(dāng)，也可能造成系統(tǒng)振蕩或超調(diào)。由上可知，采取適當(dāng)?shù)氖侄慰梢愿纳圃O(shè)備的非線性對(duì)系統(tǒng)計(jì)量的影響，但它無法抑制倉內(nèi)生料存儲(chǔ)的多少、倉充氣量的大小和氣流的速度對(duì)其的流動(dòng)性影響等諸多外界因素的影響。 
2.3帶線性控制預(yù)給料裝置（L型） 
　　 線性控制預(yù)給料裝置主要指水平星輪式轉(zhuǎn)子喂料機(jī)等。它采用多層多分格式結(jié)構(gòu)，密封性能好，能有效的抑制倉內(nèi)變化對(duì)其的流動(dòng)性的影響，一般分為四層，*層是承壓部，在受料的同時(shí)減少倉壓對(duì)下級(jí)的影響；第二層是打散部，使物料通過這部分后不受倉壓變化的影響，同時(shí)抑制粉狀物體的自流動(dòng)；第三層是均壓部，使物料在這一層保持密度相對(duì)穩(wěn)定；第四層是計(jì)量部，粉體物料的運(yùn)動(dòng)由這層密封的分隔轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來決定，通過調(diào)整分隔轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來決定喂料量的大小（即容積式計(jì)量），由此可以看出在保證物料容重一定時(shí)，喂料量與這個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上再串級(jí)一個(gè)計(jì)量環(huán)節(jié)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使計(jì)量與控制在輸出時(shí)合二為一，解決了系統(tǒng)線性化問題，使入窯生料在計(jì)量控制過程中的穩(wěn)定性、快速的響應(yīng)能力和長短期精度得到了改善，且倉的擾動(dòng)等外界因素的對(duì)它影響很小。 
　　但這種方式，在生產(chǎn)大型化時(shí)由于種種原因遇到一定的阻力，目前多應(yīng)用在生料喂料量60t/h以下的場(chǎng)合。 
３、生料的計(jì)量控制 
　　調(diào)節(jié)軟件就是控制理論的實(shí)現(xiàn)，生料的計(jì)量控制體現(xiàn)了控制理論發(fā)展。zui初水泥工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度還不是很高的時(shí)候，生料的控制往往是開環(huán)設(shè)定，不檢測(cè)反饋值，根本談不上計(jì)量，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，出現(xiàn)了類似上述方式1的單回路調(diào)節(jié)，控制軟件相應(yīng)采用經(jīng)典的PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)，它作為zui早的實(shí)用化的控制方法已有50年的歷史，由于其控制方法簡單易懂，使用中不需的系統(tǒng)模型而成為工業(yè)控制中應(yīng)用的一種控制方法。但是這種控制方法很難有效抑制系統(tǒng)的擾動(dòng)，特別是非線性、滯后、時(shí)變、階躍等擾動(dòng)。 
    伴隨著對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)量控制設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展為解決以上復(fù)雜或特定過程提供了一些有效的控制方法，如模糊控制、前饋控制、預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制等。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的系統(tǒng)組態(tài)（數(shù)學(xué)模型），采用相應(yīng)的控制策略，使得系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到很大的提高。下面介紹一種用于生料計(jì)量控制的采用了預(yù)置控制加前饋的自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)方式，它是雙回路的閉環(huán)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用已取得了廣泛的成功。首先，根據(jù)設(shè)定流量預(yù)置預(yù)給機(jī)的輸出，實(shí)現(xiàn)初步預(yù)給料，再通過設(shè)定荷重與檢測(cè)荷重的差值來調(diào)節(jié)預(yù)給機(jī)，同時(shí)對(duì)預(yù)給機(jī)的調(diào)節(jié)加約束條件，保證皮帶秤上物料的負(fù)荷維持在設(shè)定的相對(duì)水平，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定喂料；通過設(shè)定流量與檢測(cè)流量的差值來調(diào)節(jié)皮帶秤.
４、 結(jié)束語 
　　入窯生料的計(jì)量控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，它不僅要靠調(diào)節(jié)裝置的改善和控制軟件的優(yōu)化來不斷提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，同時(shí)它還跟系統(tǒng)工藝有密不可分的，只有從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，才能很好地解決這一問題，滿足現(xiàn)代水泥工業(yè)自動(dòng)化大生產(chǎn)的要求。