轉爐合金稱量系統的精確控制改造

王素榮

（萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，山東 萊蕪 271104）

轉爐合金稱量系統的精確控制改造

王素榮

（萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，山東 萊蕪 271104）

介紹了利用變頻調速技術實現合金自動稱量系統的精確控制。

合金加料；自動稱重；精確控制；變頻器

公司轉爐煉鋼合金自動稱量系統在改造前采用汽缸控制、人工操作、噪聲大、不安全；改造后，利用變頻調速技術控制振料速度，保證了供料的精度，克服了沖擊力和預留物料質量對精度的影響。

一、合金稱量系統的工作原理

合金自動稱量系統主要由料倉、振動給料機和稱量斗等構成。其工藝流程如圖1所示。煉鋼所需合金料包括石灰、礦石、輕燒鎂塊、瑩石、白云石等按順序固定存放于料倉內，并通過振動給料機將合金釋放到稱量斗，稱重傳感器安裝于稱量斗底部用于檢測合金重量，合金料出稱量斗后再經匯總斗投入到轉爐中完成整個投料功能。

二、系統設計

合金自動稱量系統由上位機、PLC、儀表及變頻器組成。PLC采用西門子S7-400，通過工業以太網與上位機進行數據交換。檢測儀表及執行元件直接連接到PLC的I/O模塊上。全線采用PLC程序控制，編程使用梯形圖，結合被控電氣外部特性進行統一編程，實現順控、邏輯控制、聯動和連鎖，手動和自動操作方式可切換。合金小車啟動、停止互鎖。系統以全自動操作方式運行。上位機操作界面采用西門子專用人機接口軟件WINCC6.2，可靠性好、操作簡單。所有操作皆可由鼠標完成，可進行參數顯示、修改、設定；可以方便制作出動態工藝畫面、操作畫面以及歷史曲線和實時曲線等

多種功能畫面。 由PLC按程序控制小車的行駛方向、振料的啟動、停止及振料速度，自動誤差補償功能可實現合金自動稱重的精確測量。

圖1

三、變頻調速控制及應用

1.合金自動稱量的變頻控制原理(圖2)

圖2 合金振料電氣控制圖

2.合金自動稱量的精確控制

(1)稱重時，稱量斗重量傳感器輸出4～20mA信號給PLC的模擬量輸入模塊，PLC將該信號作為合金重量的初始值信號；當振動給料機停止時，稱量斗的合金重量值已穩定，PLC將此時的重量值信號作為合金下料重量的終止值信號。合金料重量初始值信號和終止值信號經過PLC的數據處理，便得到稱量斗中合金料的實際加入重量值。

(2)振動給料機主回路采用變頻器控制振速，輸出頻率0～50Hz，實現振動給料機以不同的轉速運行。振動給料機的轉速可根據合金料流量的變化實時變化，以保證最佳脫水效果，其轉速一般控制在1 200r/min。由于合金料的流量無法直接測出，所以只能通過稱量值和設定量這2個變量間接反映量稱精度。將設定值和稱量值在程序中進行比對運算，并依運算結果調節振料速度，控制合金料的流量由大到小，實現稱量準確度。在振動給料機停止的瞬間，合金的流量越小，越容易提高稱量的精確程度。

3.自動誤差補償

改造前現場手動加料過程中，由于振動給料機的慣性和合金料的滑料現象不能準確把握，即使采取提前停止振料，也不能完全消除加入量和設定值之間的誤差。因此在改造時采用迭代算法，克服了誤差補償不足、合金料加入不準確的問題，使系統加入量的控制精度得以改善。

對迭代過程進行控制，首先確定迭代變量，再建立迭代關系式。在什么時候結束迭代過程是編寫迭代程序必須考慮的問題。因此系統使用提前量C作為迭代變量，迭代關系式為C(本次加料的提前量)+W4(本次加料的實際重量)- A(本次加料的設定重量)=C (下一次加料的提前量)。該迭代過程每次加料執行1次。稱量過程，由于程序中有提前量設定，且有自動誤差補償功能，系統將會根據每次需振料的重量與上次的誤差及提前量等各參數自動算出下次所需振料的重量，從而準確停止振料機，實現對合金的自動精確稱量。每批料間都進行自動補償，超差報警并自動修正補償量，零點自動跟蹤。首先在畫面上輸入合金料需要加入的量A(此次加料的設定重量)，然后經MPI網傳給PLC。通過使用LAD梯形語言把在編好的程序計算出B(重量設定值)=A-C(提前量)，此時振動給料機發出啟動信號，并且讀取稱量斗里合金加入料的重量W1(初始值)，當稱量斗合金料的重量W2=W1+B時，繼電器控制柜發出指令信號，振料機停止振料，延時10s鐘后，使合金料全部進入稱量斗。PLC開始讀取稱量斗的合金料穩定值W3，并計算出合金加入的實際重量W4=W3-W1和本次加料誤差△t=W4-Aa，并將本次加料誤差△t與提前量C相加得到新的提前量C，作為下次加料的提前量，延時20s，稱量斗插板閥自動關閉，完成本次合金小車加料。

此合金小車加料系統經誤差自動補償后，在長時間的生產中，累積誤差＜5kg，(人為因素及設備故障除外)稱量時間≤60s，混配時間≤50s，且生產中如遇到卡料現象不會停機，提高了經濟效益。此外該系統還增加報警自動解除、自動延時配料功能。

四、經濟效益和競爭優勢

改造后不僅實現配料系統遠程控制、集中控制，達到精準配料的要求，還大大提高了管理水平，降低備件、維修、電能、消耗等費用。高精度的稱量下料、全系統的自動控制，不但穩定了產品質量，減少了操作人員的勞動強度，而且年綜合效益可觀。

[1] 李寶安，李行善．動態稱重系統計量誤差的動態校正[J].儀器儀表學報，200l.

[2] 肖珊，魯五一．動態稱重系統誤差修正算法研究[J].傳感器與微系統，2007，26(6)：80-83．

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