燒結(jié)配料自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

盧秀紅

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

信息化建設(shè)

燒結(jié)配料自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

盧秀紅

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

針對(duì)萊鋼老區(qū)燒結(jié)配料系統(tǒng)自動(dòng)化水平低、配料精度差等問(wèn)題，通過(guò)改造電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，更新配料秤、PLC、變頻器，PID流量調(diào)節(jié)控制，采用PLC專用接地等措施，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)精確配料，滿足了燒結(jié)配料的生產(chǎn)工藝要求，配料精度由85%提高到98%，燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量明顯提升。

燒結(jié)配料；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；改造；PLC

1 前言

萊鋼老區(qū)燒結(jié)配料系統(tǒng)始建于1991年，后擴(kuò)容改造為兩期，為1#、2#、3#105 m2燒結(jié)機(jī)提供燒結(jié)配料，經(jīng)過(guò)多年使用，存在如下問(wèn)題：1）建設(shè)時(shí)為手動(dòng)配料，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器頻率來(lái)完成各倉(cāng)下料量的操作，并通過(guò)間斷拋盤來(lái)檢驗(yàn)下料量是否滿足配比要求，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、強(qiáng)度大，且配料效率和配料精度不高。2）燒結(jié)配料皮帶秤使用時(shí)間15 a，秤體、稱重積算儀、數(shù)據(jù)采集板、傳感器存在不同程度的損壞，造成皮帶秤流量顯示不準(zhǔn)確或根本沒(méi)有顯示，從根本上影響了燒結(jié)配料的精度。3）配料電氣系統(tǒng)使用多年，存在設(shè)備老化、線路老化、標(biāo)識(shí)不清等問(wèn)題，電氣故障頻繁出現(xiàn)，故障查找時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦的正常生產(chǎn)。

燒結(jié)配料的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性直接決定了燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定精確的燒結(jié)配料和配料自動(dòng)化控制，保障燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量，對(duì)老區(qū)配料進(jìn)行技術(shù)改造。

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造方案

燒結(jié)配料一期二期各有17個(gè)倉(cāng)，各倉(cāng)下對(duì)應(yīng)著給料機(jī)、配料秤。燒結(jié)配料工序是將生產(chǎn)燒結(jié)礦所需的混勻鐵礦粉、燃料（焦粉）、溶劑（石灰石、白云石、生石灰）及冷、熱返礦，按照燒結(jié)要求及各種料的化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算，確定各種料的配料比例，通過(guò)調(diào)節(jié)給料機(jī)變頻器頻率，控制給料機(jī)下料量，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配料，配好的礦料通過(guò)皮帶機(jī)運(yùn)送到一次混合機(jī)進(jìn)行加水、混合，然后進(jìn)入下一道工序，控制系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 燒結(jié)配料自動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 改造范圍

1）配料秤改造。將配料雙期的所有配料舊秤拆掉，新安裝稱量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定的配料秤，以確保物料稱量的準(zhǔn)確，從而提高配料精度。新配料秤積算儀有4～20 mA信號(hào)輸出，參與PLC控制，實(shí)現(xiàn)精確配料。

2）料位計(jì)改造。新安裝配料一期、二期1#～17#倉(cāng)的料位計(jì)，將1#～17#倉(cāng)的料位信號(hào)送至槽上值班室，供槽上崗位人員實(shí)時(shí)查看各倉(cāng)料位，同時(shí)，將1#～17#倉(cāng)的料位信號(hào)送至PLC柜，在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示各倉(cāng)的料位。

3）配料PLC系統(tǒng)改造。新建配料1#和2#PLC站，實(shí)現(xiàn)配料設(shè)備的啟停控制、料倉(cāng)料位控制、配料下料量控制。在二期配料值班室設(shè)置3臺(tái)上位機(jī)，用于配料工監(jiān)控操作。同時(shí)，配料數(shù)據(jù)通過(guò)光纜傳送到燒結(jié)主控室，供燒結(jié)主控人員進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控。

4）配料電氣改造。配合PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)改造，同步改造現(xiàn)有電氣設(shè)備，包括一期、二期配料1#～17#倉(cāng)對(duì)應(yīng)的給料機(jī)、振打器、稱量皮帶、一混一皮帶、一混二皮帶；配控室內(nèi)拆除舊變頻器柜，新增34臺(tái)變頻柜（內(nèi)含施耐德ATV71變頻器），每一臺(tái)變頻柜內(nèi)的設(shè)備控制每一個(gè)料倉(cāng)的給料機(jī)、振打器、配料秤，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)配料一、二期設(shè)備的電氣控制；更換現(xiàn)場(chǎng)34套操作箱，每個(gè)操作箱控制該倉(cāng)的給料機(jī)、振打器、配料秤。所有給料機(jī)、振打器、配料秤的運(yùn)行信號(hào)、啟停信號(hào)、自動(dòng)位信號(hào)送至PLC柜。

2.2 數(shù)據(jù)通訊

1）PLC與配料秤的數(shù)據(jù)通訊。配料稱積算儀采用微處理器控制，提供脈沖輸出和電流輸出，輸出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。2）PLC與變頻器采用MB+網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。3）PLC與上位機(jī)采用TCP/IP以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2.3 設(shè)備選型

1）配料秤選用ZN-ISC-11/ZN-XCX-03高精度配料秤及控制積算儀，運(yùn)行精度±1%。2）變頻器選用施耐德ATV71變頻器。3）PLC控制系統(tǒng)硬件采用施奈德QUANTUMN系列CPU65150可編程控制器，系統(tǒng)編程軟件采用UNITY PRO編程軟件，畫面監(jiān)控軟件選用IFIX4.0監(jiān)控軟件。配料一期和二期PLC系統(tǒng)硬件配置情況相同。

2.4 PID流量調(diào)節(jié)控制

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)給料機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，即根據(jù)配料秤稱重傳感器的瞬時(shí)重量、測(cè)量段、皮帶轉(zhuǎn)速、重力系數(shù)等參數(shù)計(jì)算出瞬時(shí)流量，與監(jiān)控站設(shè)定流量相比較，利用編程軟件自帶的PID算法（PID控制原理見(jiàn)圖2），計(jì)算出給料機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。每臺(tái)給料機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)并調(diào)節(jié)時(shí)，變頻器頻率從設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值開(kāi)始變化，直至滿足流量設(shè)定。在運(yùn)行的過(guò)程中，若需要改變流量設(shè)定值則要重新進(jìn)行計(jì)算。

圖2 PID控制原理

2.5 采用PLC專用接地

PLC的接地應(yīng)與電氣設(shè)備的接地分開(kāi)，采用專用接地，這樣可以減少電磁干擾帶來(lái)的影響。PLC的接地電阻要求＜4 Ω。配料PLC柜、配料秤積算儀儀表柜設(shè)計(jì)有專用的接地銅排，從銅排引出的接地線接到新做的接地極裝置上，接地線采用銅芯導(dǎo)線，線徑＞6 mm，接地極采用DK-AG電解地極，接地電阻＜2 Ω，滿足PLC接地電阻要求。

3 系統(tǒng)改造

利用1#燒結(jié)機(jī)年修機(jī)會(huì)，對(duì)配料一期的配料秤、配料PLC、配料電氣系統(tǒng)實(shí)施了改造；后利用2#燒結(jié)機(jī)年修機(jī)會(huì)，對(duì)配料二期的自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)施了改造。

3.1 舊設(shè)備拆除

對(duì)原有的舊配料秤、舊變頻器柜、舊電纜進(jìn)行拆除。拆除中最重要的一項(xiàng)是確保停電安全，需要切斷配料電氣柜電源、電氣控制回路電源、PLC進(jìn)線電源，解除到配控室電氣柜的電源線，每一步都安排專人負(fù)責(zé)，并做好簽字確認(rèn)。舊設(shè)備在拆除前嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)電制度，確保要拆除的設(shè)備、電纜不帶電，保證施工安全。

3.2 新設(shè)備安裝

新設(shè)備安裝包括配料秤、PLC柜、儀表柜、電氣控制柜、倉(cāng)壁振動(dòng)器、料倉(cāng)料位計(jì)、機(jī)旁操作箱等，設(shè)備安裝嚴(yán)格按說(shuō)明書進(jìn)行，電纜敷設(shè)遵從弱電和強(qiáng)電分開(kāi)的原則，以免減少相互干擾。每根電纜必須掛牌標(biāo)識(shí)，電纜每根芯線也要打碼標(biāo)記，便于日后維護(hù)。

3.3 設(shè)備調(diào)試

3.3.1 配料秤調(diào)試

配料秤機(jī)械安裝完成后，要對(duì)配料秤進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試正常后，才能投入運(yùn)行。1）檢測(cè)皮帶秤秤體水平度，調(diào)整皮帶跑偏裝置，確保皮帶運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有跑偏現(xiàn)象。2）皮帶秤空載運(yùn)行，觀測(cè)傳感器的速度信號(hào)、稱重信號(hào)數(shù)值是否穩(wěn)定。3）設(shè)定皮帶秤參數(shù)，進(jìn)行皮帶秤跑零。4）實(shí)物標(biāo)定皮帶秤，保證皮帶秤的稱量誤差控制在允許范圍內(nèi)。

3.3.2 變頻器調(diào)試

變頻器接好線，檢查無(wú)誤后，上電進(jìn)行調(diào)試。1）設(shè)定電機(jī)參數(shù)：電機(jī)的功率、電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速等，并作自整定。2）設(shè)置電機(jī)保護(hù)參數(shù)，如電機(jī)的熱保護(hù)電流值、電流限幅值。3）通過(guò)變頻器通訊卡撥碼開(kāi)關(guān)，設(shè)置變頻器通訊地址。4）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊參數(shù)，檢查MB+網(wǎng)絡(luò)是否正常運(yùn)行，和PLC進(jìn)行通訊測(cè)試。從上位機(jī)端設(shè)置變頻器速度，監(jiān)測(cè)變頻器能否按設(shè)定速度運(yùn)行。

3.3.3 PLC系統(tǒng)調(diào)試

1）系統(tǒng)硬件測(cè)試。PLC柜上電測(cè)試，先送機(jī)架電源，后送I/O電源，觀察PLC模板上電后的情況，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通訊是否正常。

2）系統(tǒng)軟件測(cè)試。上位機(jī)安裝好操作系統(tǒng)、編程軟件以及監(jiān)控軟件，下裝控制程序并運(yùn)行，觀察模板運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試，檢查控制程序是否符合工藝控制要求。

3）系統(tǒng)控制功能調(diào)試。根據(jù)工藝要求，設(shè)置各倉(cāng)的下料量，調(diào)整程序中PID控制參數(shù)，使下料量反饋值穩(wěn)定在允許波動(dòng)范圍內(nèi)。檢查程序、畫面、歷史記錄、通訊工作情況，使其滿足工藝控制要求。

4）單機(jī)試車和聯(lián)動(dòng)試車。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，逐臺(tái)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，單機(jī)試車成功后，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車，最后進(jìn)行帶負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 系統(tǒng)功能

4.1 設(shè)備操作

1）實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配料室內(nèi)的設(shè)備（給料機(jī)、配料秤、振動(dòng)器）畫面連鎖啟停、畫面單機(jī)啟停、機(jī)旁手動(dòng)啟停操作，實(shí)現(xiàn)大皮帶、混合機(jī)、皮帶秤和給料機(jī)設(shè)備自動(dòng)連鎖控制，保障設(shè)備安全運(yùn)行。

2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料。主要包括料批控制，配比控制。料批控制實(shí)現(xiàn)料線啟動(dòng)、緩料時(shí)料頭料尾的自動(dòng)對(duì)齊及啟動(dòng)后變料時(shí)自動(dòng)對(duì)齊，保證配料準(zhǔn)確；配比控制實(shí)現(xiàn)各種物料按設(shè)定配比自動(dòng)下料，使各種物料下料準(zhǔn)確穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)給料機(jī)下料量手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)；實(shí)現(xiàn)變頻器頻率手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4.2 畫面顯示

1）信息顯示。主要顯示各給料機(jī)、配料秤、料位計(jì)、皮帶等工藝設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息值，顯示各倉(cāng)下料瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、頻率反饋、流量偏差等參數(shù)以及控制值的實(shí)時(shí)設(shè)定。采用各倉(cāng)下料現(xiàn)場(chǎng)反饋值和設(shè)定值集中對(duì)比顯示方式，使操作人員能夠及時(shí)了解各倉(cāng)下料量狀況，保證配料精確。

2）設(shè)備報(bào)警。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)報(bào)警、斷料報(bào)警、下料量超過(guò)設(shè)定值允許變化的范圍報(bào)警，PLC對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出聲音或顏色變化報(bào)警信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)了解故障信息，并采取應(yīng)對(duì)措施，提高故障處理響應(yīng)速度，盡可能地減少配料成分波動(dòng)。

3）歷史趨勢(shì)。實(shí)時(shí)監(jiān)視各倉(cāng)下料量變化，并可調(diào)取過(guò)去某一段時(shí)間的歷史趨勢(shì)曲線，從而可以了解設(shè)備在這一段時(shí)間的運(yùn)行狀況、下料量狀況，便于工藝分析與故障查找。

5 結(jié)語(yǔ)

燒結(jié)配料自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造后運(yùn)行至今，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，配料精度由85%提高到98%，較好地滿足了燒結(jié)配料的生產(chǎn)工藝要求，燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量明顯提升，改造前后燒結(jié)礦指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 改造前后燒結(jié)礦指標(biāo)對(duì)比

此次改造，提高了燒結(jié)配料自控系統(tǒng)的控制水平，提高了燒結(jié)配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)精確配料。同時(shí)也有力地保障了配料設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，保障了配料操作人員的操作安全，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

Reformation of Automation Control System for Sinter Burdening

LU Xiuhong
（The Ironmaking Plant of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

Pointed at the problems of lower levels of automation and burden accuracy in the sintering burden system of Laigang old area,we implemented electrical automation control system reformation,updated a series of equipments such as batch scales,PLC, inverters and so on.Finally,the whole system was debugged.As a result,the equipments went smoothly，the aim of accuracy automatic batching control was realized，the process requirements were met,the burden accuracy was improved from 85%to 98%.So the sinter quality and production were raised greatly.

sintering burden;automation control system;reformation;PLC

TP273

B

1004-4620（2015）02-0050-03

2015-01-08

盧秀紅，女，1973年生，2009年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)電氣工程專業(yè)，工程碩士。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠高級(jí)工程師，從事自動(dòng)化管理工作。