KR脫硫升降小車系統智能控制策略

改造者：祝兵權 葉 靜

KR脫硫升降小車系統智能控制策略

改造者：祝兵權 葉 靜

本文針對目前KR脫硫升降小車系統控制系統的不足，提出了一種智能控制策略，并詳細闡述了該策略的控制流程。依據該控制流程能夠實現升降小車系統的全自動控制，并通過設置上升甩渣與定位甩渣子流程，有效地解決了攪拌器葉片堆渣問題。

KR脫硫是現代鋼鐵工業優化工藝流程的重要手段，具有脫硫能力深、脫硫能耗低、冶煉周期短等優點，是冶煉高品質鋼材的優良選擇，深受各鋼廠厚愛。

升降小車系統是KR脫硫的核心設備，它的控制也就成了KR脫硫安全、有效、經濟、快速生產的關鍵。升降小車系統主要包括升降小車、升降小車卷揚裝置（以下簡稱卷揚裝置）、升降小車定位夾緊裝置（以下簡稱夾緊裝置）、攪拌裝置等設備，升降小車由卷揚裝置通過鋼絲繩拖動做上下運行，攪拌裝置安裝在升降小車上，用于拖動攪拌器旋轉攪拌，夾緊裝置用于固定升降小車，以防止攪拌器旋轉時因升降小車導軌與升降小車之間的間隙而晃動。目前升降小車系統控制策略存在以下幾類問題：升降小車等設備多為通過計算機集中手動控制，即由操作人員根據工序逐步操作對升降小車系統進行控制，手動操作大大增加了工人的勞動強度，易造成生產事故，同時延長了生產周期，增大了脫硫前后鐵水溫差，給下一道煉鋼工序造成不利影響；鐵水攪拌處理后鐵水表面浮有一層較厚的鐵水渣，現有控制策略下攪拌器提升時攪拌器葉片上便會形成堆積，往往處理幾罐后葉片上便堆渣高達300～400mm，當堆積比較嚴重時，攪拌器葉片輪廓改變，攪拌漩渦難以形成，導致脫硫劑無法順利被漩渦帶進鐵水，從而增加脫硫劑耗量，并加速了攪拌頭耐材的腐蝕，目前在線刮渣裝置使用不理想，只能在離線狀態下人工刮渣，嚴重影響了生產進度。

本文針對現有控制策略的不足，為KR脫硫升降小車系統提供一種智能控制策略，實現升降小車系統的全自動控制，實現正常生產時攪拌器葉片少帶渣，甚至是不帶渣，保證生產的連貫性，縮短生產周期。

工藝流程簡介

KR脫硫的基本方法是采用一個澆筑有耐火材料外襯的三葉或四葉攪拌器，插入到鐵水罐鐵水液面下一定深度進行旋轉攪拌，使鐵水產生漩渦，將投入到鐵水表面的定量脫硫劑卷入并與鐵水充分混合發生脫硫反應，達到脫硫的目的。

圖1中升降小車、卷揚裝置、夾緊裝置及攪拌裝置等設備屬于升降系統，料倉、稱量斗、加料溜槽、手動插板閥及旋轉給料器屬于加料系統，鐵水罐車屬于地面車輛系統。

圖1中升降小車等待位與甩渣位是機械限位，其高度由工藝確定，固定不變，攪拌位是根據鐵水液面高度計算而來的，它隨每罐鐵水液面的高度改變而改變。

圖1　KR脫硫工藝布置簡圖

控制策略

將升降小車系統整個控制流程分為下降定位、攪拌脫硫、上升甩渣、定位甩渣、返回待機位五個子流程。KR脫硫控制系統發出升降小車系統自動運行命令后，各子流程之間將建立邏輯關系，前一子流程的完成是后一子流程的啟動信號，從第一個子流程開始執行，直至執行完第五個子流程，完成整個控制流程，若前面四個子流程執行中任一個出現故障，則停止執行當前子流程，跳轉執行第五個子流程，同時畫面上報警，若第五個子流程執行中出現故障，則停止執行當前整個控制流程，同時畫面上報警。當控制系統未發出升降小車系統自動運行命令時，各個子流程之間是相互獨立的，不存在運行的邏輯順序，當第五個子流程執行完或該子流程出現故障，各個子流程之間運行邏輯順序自動取消。

首先分配寄存器Rxy（其中x=0，1，2，3，4，5； y=0，1，2）以存儲整個控制流程以及各子流程運行狀態，如表1為各寄存器的數值含義，其中Rx0表示流程是否正在執行，Rx1表示流程是否執行完，Rx2表示流程執行中是否出現故障。

表1　寄存器數值與含義對照表

圖2　升降小車系統控制流程圖

圖3　下降定位子流程的控制流程圖

如圖2所示，當地面車輛系統以及其它系統準備好后，控制系統發出升降小車系統自動運行命令（同時將各寄存器復零），進入升降小車系統自動控制流程，R00置1；然后進入下降定位子流程，R10置1，若該子流程無故障執行完，則R10復0、R11置1；然后進入攪拌脫硫子流程，R20置1，若該子流程無故障執行完，則R20復0、R21置1；然后進入上升甩渣子流程，R30置1，若該子流程無故障執行完，則R30復0、R31置1；然后進入定位甩渣子流程，R40置1，若該子流程無故障執行完，則R40復0、R41置1；以上各子流程順利執行完或任一子流程執行中出現故障（子流程出現故障則將相應Rx0復0、Rx2置1），則進入返回等待位子流程，R50置1，若該子流程無故障執行完，則R50復0、R51置1，若該子流程執行中出現故障，則R50復0、R52置1；返回等待位子流程無故障執行完或執行中出現故障后，進行流程運行狀態判定，若各子流程無故障執行完，則R00復0、R01置1，若任一子流程執行中出現故障，則R00復0、R02置1，提示出現故障的子流程并在畫面上報警。

圖4　攪拌脫硫子流程的控制流程圖

下降定位子流程控制策略

如圖3所示，進入該子流程后（寄存器R10置1），首先判斷升降小車系統是否故障，若無故障則從二級系統讀取鐵水液面高度或根據鐵水重量計算鐵水液面高度，從而根據工藝要求計算出攪拌器應插入鐵水液面下的深度，得到升降小車應到達的高度（即攪拌位）；然后松開夾緊裝置，同時啟動定時器T1；夾緊裝置松開到位后啟動卷揚裝置，卷揚裝置下降至攪拌位后停止運行；以上順利執行完后復位定時器T1，寄存器R10復0、R11置1。

若該子流程運行時間超過設定值或升降小車系統故障則下降定位子流程故障，寄存器R10復0、R12置1。

定時器T1～T5是為了防止其所在子流程程序進入死循環而設置的時間控制器，若該子流程運行時間超過設定值則下降定位子流程故障，若該子流程在設定時間范圍內執行完則定時器T1復位。

攪拌脫硫子流程控制策略

如圖4所示，進入該子流程后（寄存器R20置1），首先判斷升降小車系統是否故障，若無故障則壓緊夾緊裝置，同時啟動定時器T2；夾緊裝置壓緊到位后啟動攪拌裝置，加速旋轉攪拌器，攪拌器旋轉速度達到設定的加料門檻速度后，請求加料系統加料；加料系統開始加料后，繼續加速旋轉攪拌器直至達到設定的工作速度，此時開始累計攪拌時間；攪拌時間達到設定值后，復位定時器T2，寄存器R20復0、R21置1。

若該子流程運行時間超過設定值或升降小車系統故障則攪拌脫硫子流程故障，寄存器R20復0、R22置1。

上升甩渣子流程控制策略

如圖5所示，進入該子流程后（寄存器R30置1），等待加料完成信號，若未有加料完成信號則畫面通知人工確認加料完成；加料完成信號到達或人工確認后，判斷升降小車系統是否故障，若無故障則減速旋轉攪拌器，同時啟動定時器T3；攪拌器旋轉速度減少至其工作速度的約2/3后松開夾緊裝置；夾緊裝置松開到位后，啟動卷揚裝置將升降小車提升至甩渣位；然后停止卷揚裝置并復位定時器T3，寄存器R30復0、R31置1。

若該子流程運行時間超過設定值或升降小車系統故障則上升甩渣子流程故障，寄存器R30復0、R32置1。

定位甩渣子流程控制策略

如圖6所示，進入該子流程后（寄存器R40置1），首先判斷升降小車系統是否故障，若無故障則壓緊夾緊裝置，同時啟動定時器T4；夾緊裝置壓緊到位后加速旋轉攪拌器，攪拌器旋轉速度達到其上限速度后，開始累計甩渣時間；甩渣時間達到設定值后，復位定時器T4，寄存器R40復0、R41置1。

若該子流程運行時間超過設定值或升降小車系統故障則定位甩渣子流程故障，寄存器R40復0、R42置1。

圖6　定位甩渣子流程的控制流程圖

圖7　返回等待位子流程的控制流程圖

返回等待位子流程控制策略

如圖7所示，進入該子流程后（寄存器R50置1），首先判斷升降小車系統是否故障，若無故障則減速旋轉攪拌器，同時啟動定時器T5；攪拌器旋轉速度減少至其工作速度的1/5后，停止攪拌裝置，松開夾緊裝置；夾緊裝置松開到位后，啟動卷揚裝置將升降小車提升至等待位；然后停止卷揚裝置并復位定時器T5，寄存器R50復0、R51置1。

若該子流程運行時間超過設定值或升降小車系統故障則返回等待位子流程故障，寄存器R50復0、R52置1。

定時器T1是為了防止下降定位子流程程序進入死循環而設置的時間控制器，若該子流程運行時間超過設定值則下降定位子流程故障，若該子流程在設定時間范圍內執行完則定時器T1復位。

結束語

本文所述控制策略能夠實現升降小車系統的全自動控制，為KR脫硫實現“一鍵”脫硫奠定了基礎，并通過設置上升甩渣與定位甩渣子流程，有效的解決了攪拌器葉片堆渣問題。在山東某鋼廠300tKR脫硫的實際應用中，保障了生產的連貫性，縮短了生產周期，降低了脫硫劑耗量，減輕了操作工勞動強度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.041