高爐混噴白云石上料系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

姜海龍

（天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)力廠，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵高爐混噴投產(chǎn)于2009年10月，其項(xiàng)目設(shè)備有2套制粉系統(tǒng)、1套噴粉站以及與之配套的皮帶上料系統(tǒng)和配煤廠。皮帶上料系統(tǒng)由運(yùn)輸皮帶和3臺(tái)全封閉給煤機(jī)組成。為了實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)順行，2011年將高爐結(jié)渣需要添加的白云石礦粉移至高爐混噴，通過(guò)上料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤粉與白云石礦粉按比例均勻配比、研磨、噴吹至高爐，以滿足高爐生產(chǎn)的需要。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件系統(tǒng)

白云石上料系統(tǒng)由儲(chǔ)料罐、螺旋給料機(jī)、給料機(jī)變頻器、螺旋計(jì)量秤、螺旋輸送機(jī)以及稱重儀表等組成，見(jiàn)圖1。

圖1 白云石給料系統(tǒng)示意圖

白云石礦粉先由M1運(yùn)送至M2，然后由M2運(yùn)送至M3，再由M3運(yùn)送至101上料皮帶，最后運(yùn)送至混

噴儲(chǔ)煤倉(cāng)。

2.2 控制方案和運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

（1）控制方案

該上料系統(tǒng)有1臺(tái)5.5 kW電機(jī)（螺旋給料機(jī)）和2臺(tái)4 kW電機(jī)（螺旋計(jì)量秤、螺旋輸送機(jī)）組成，為防止跑料，101皮帶運(yùn)行后，M3、M2、M1才能順序啟動(dòng)；停機(jī)時(shí)，M1、M2、M3順序停車。通過(guò)對(duì)啟、停順序和系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)的分析，制定系統(tǒng)控制方案。

啟動(dòng)操作時(shí)，啟動(dòng)順序是：先啟動(dòng)螺旋機(jī)輸送機(jī)，再啟動(dòng)螺旋計(jì)量秤，最后啟動(dòng)螺旋給料機(jī)。停機(jī)操作時(shí)，停機(jī)順序是：先停螺旋給料機(jī)，再停螺旋計(jì)量秤，最后停螺旋輸送機(jī)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，螺旋計(jì)量秤、螺旋輸送機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。螺旋給料機(jī)由變頻器控制，根據(jù)運(yùn)行方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制給料量的大小。

當(dāng)101上料皮帶故障停機(jī)時(shí)，螺旋輸送機(jī)、螺旋計(jì)量秤及螺旋給料機(jī)自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)螺旋輸送機(jī)故障停機(jī)時(shí)，螺旋計(jì)量秤及螺旋給料機(jī)自動(dòng)停機(jī)；當(dāng)螺旋計(jì)量秤故障停機(jī)時(shí)，螺旋給料機(jī)自動(dòng)停機(jī)，螺旋輸送機(jī)不停機(jī)；當(dāng)螺旋給料機(jī)故障停機(jī)時(shí)，螺旋計(jì)量秤和螺旋輸送機(jī)不自動(dòng)停機(jī)。

（2）運(yùn)行方式

該上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程手動(dòng)、自動(dòng)、配比3種運(yùn)行方式。并且遠(yuǎn)程手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。遠(yuǎn)程手動(dòng)模式下，輸入螺旋給料機(jī)手動(dòng)給定值，系統(tǒng)不根據(jù)稱重儀表反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出值恒定。遠(yuǎn)程自動(dòng)模式下，根據(jù)輸入的螺旋給料機(jī)給定值，與稱重儀表反饋值進(jìn)行比較，求出調(diào)節(jié)量，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使給粉量趨于給定值。遠(yuǎn)程配比模式下，根據(jù)設(shè)定的配比值，系統(tǒng)計(jì)算出自動(dòng)給定值，并調(diào)節(jié)輸出，使給粉量趨于給定值。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 建立變量表

根據(jù)控制方案和運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)，運(yùn)用S7-400可編程控制器對(duì)白云石上料系統(tǒng)的聯(lián)鎖啟停控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)、自動(dòng)、配比三種運(yùn)行方式進(jìn)行程序編制。系統(tǒng)共有14個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)，3個(gè)模擬量輸入輸出點(diǎn)。輸入輸出點(diǎn)表見(jiàn)表1。

3.2 螺旋輸送機(jī)、螺旋給料機(jī)、螺旋計(jì)量秤聯(lián)鎖啟停程序設(shè)計(jì)

螺旋輸送機(jī)與101皮帶聯(lián)鎖，聯(lián)鎖投入后101皮帶運(yùn)行時(shí)，螺旋輸送機(jī)才能啟動(dòng)（DB104.DBX4.2是101皮帶的運(yùn)行狀態(tài)邏輯）。加之螺旋輸送機(jī)的啟停由單繼電器控制，輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中，中間繼電器一直處于吸合狀態(tài)。停車時(shí)，按下螺旋輸送機(jī)停止按鈕，中間繼電器釋放，螺旋輸送機(jī)停車。螺旋輸送機(jī)啟?？刂埔?jiàn)圖2。

表1 系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)

圖2 螺旋輸送機(jī)啟停控制圖

螺旋給料機(jī)與螺旋計(jì)量秤、螺旋輸送機(jī)聯(lián)鎖，在遠(yuǎn)程狀態(tài)下，螺旋計(jì)量秤和螺旋輸送機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，給料機(jī)才能啟動(dòng)；在聯(lián)鎖運(yùn)行過(guò)程中，螺旋計(jì)量秤和螺旋輸送機(jī)其中有一個(gè)故障停車時(shí)，螺旋給料機(jī)立即聯(lián)鎖停車。螺旋給料機(jī)的啟停由雙繼電器控制。螺旋給料機(jī)啟動(dòng)控制見(jiàn)圖3。

螺旋計(jì)量秤與螺旋輸送機(jī)聯(lián)鎖，在遠(yuǎn)程狀態(tài)下，螺旋輸送機(jī)啟動(dòng)后，螺旋計(jì)量秤才能啟動(dòng)。在聯(lián)鎖運(yùn)行過(guò)程中，螺旋輸送機(jī)故障停車時(shí)，螺旋計(jì)量秤立即停車。螺旋計(jì)量秤的啟停由雙繼電器控制，見(jiàn)圖4。

圖4 螺旋計(jì)量秤啟動(dòng)控制

3.3 上料系統(tǒng)的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

系統(tǒng)調(diào)用PID調(diào)節(jié)器對(duì)螺旋給料機(jī)變頻器進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)器根據(jù)遠(yuǎn)程自動(dòng)、配比設(shè)定值改變頻率信號(hào)，調(diào)整給料電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)安裝在給料秤上的稱重傳感器和稱重顯示儀表，把瞬時(shí)給料量轉(zhuǎn)換為4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理，將運(yùn)算結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較求出調(diào)節(jié)量，AO輸出4～20 mA信號(hào)至電機(jī)調(diào)速控制器（變頻器），變頻器控制螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給料量，使瞬時(shí)給料量趨于設(shè)定值。根據(jù)瞬時(shí)給料量的大小由變頻器控制螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了按給定值上料的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

在遠(yuǎn)程手動(dòng)運(yùn)行模式下，輸入手動(dòng)給定值0～30 t/h，對(duì)應(yīng)模擬量輸出4～20 mA，對(duì)應(yīng)變頻器頻率0～50 Hz，系統(tǒng)不根據(jù)稱重儀表反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出值恒定，給料機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。遠(yuǎn)程自動(dòng)運(yùn)行模式下，根據(jù)輸入的螺旋給料機(jī)給定值0～30 t/h，與稱重儀表反饋值進(jìn)行比較求出差值，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)模擬量輸出4～20 mA信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器頻率進(jìn)而調(diào)節(jié)給料機(jī)轉(zhuǎn)速，使給料量趨于自動(dòng)給定值。在遠(yuǎn)程配比運(yùn)行模式下，混合煤的瞬時(shí)流量與螺旋給料機(jī)的瞬時(shí)流量進(jìn)行配比控制。根據(jù)高爐生產(chǎn)需要，白云石設(shè)定的配比是5：100。這一配比的原因：當(dāng)混合煤的瞬時(shí)流量為100 t/h時(shí)，螺旋給料機(jī)瞬時(shí)給料量5 t/h。根據(jù)設(shè)定的配比率，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算給定值并輸出調(diào)節(jié)給料機(jī)轉(zhuǎn)速，使給料量趨于配比給定值。螺旋給料機(jī)的最大額定負(fù)荷是30 t/h。所以當(dāng)變頻器信號(hào)為50 Hz時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最高，螺旋給料機(jī)的瞬時(shí)流量達(dá)到最大值30 t/h。

3.4 消除系統(tǒng)擾動(dòng)量

在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)存在外部擾動(dòng)。由于儲(chǔ)料倉(cāng)存在懸料情況，造成給料機(jī)給料不均勻，致使系統(tǒng)給定值與稱重儀表反饋值偏差較大，系統(tǒng)調(diào)速頻繁且波動(dòng)范圍較大。通過(guò)在儲(chǔ)料倉(cāng)倉(cāng)壁加裝振打器，并在下料口加裝插板鏤空篦子，基本消除給料不均勻這一擾動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)的影響。在遠(yuǎn)程自動(dòng)、配比運(yùn)行模式下，PID調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，給定值與反饋值偏差較小，通過(guò)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配料。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)完成后控制程序經(jīng)運(yùn)行調(diào)試，3臺(tái)電機(jī)在聯(lián)鎖解除狀態(tài)下，均能手動(dòng)單機(jī)啟動(dòng)、停止。投入聯(lián)鎖后，輸送機(jī)故障時(shí)，給料機(jī)、計(jì)量秤均能聯(lián)鎖停車。同樣，計(jì)量秤故障時(shí)，給料機(jī)聯(lián)鎖停車。在自動(dòng)、配比模式下根據(jù)實(shí)際給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)的瞬時(shí)給料量保持在給定值。上料系統(tǒng)采用變頻調(diào)速，使整個(gè)控制系統(tǒng)得到快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較高的控制精度和穩(wěn)定性，并提高了電機(jī)運(yùn)行效率。此次程序設(shè)計(jì)滿足了該上料系統(tǒng)的控制要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。目前該系統(tǒng)已投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定，控制效果良好，滿足了高爐生產(chǎn)需要。