渣緩冷自動化控制技術的研究及應用

胡京盛，宋 華

（金冠銅業分公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

渣緩冷自動化控制技術在渣緩冷生產中意義重大，必要性簡述如下：提高渣緩冷場自動化控制水平，降低員工在緩冷場內作業的時間和幾率，提高現場安全性，改善員工的工作環境；渣包能夠精準定位，自動運行到指定地點，運行過程可控，提高了穩定性，減少了在人為操作時，渣包撞到噴淋水支架或包位擺放錯誤等主觀因素所帶來的誤操作；通過渣包溫變模型，實時監測渣包整個空冷、水冷周期的溫度，結合數據分析處理算法，得到不同情況下銅的回收率，反推找出最佳的緩冷溫度，提高銅的回收率；根據渣包溫度模型，自動控制噴淋系統的打開或關閉，提高緩冷效率；自動判斷最可靠的空冷、水冷時間，防止操作不當引起轉爐渣放炮，威脅設備、職工安全；提高渣包使用效率，通過渣包溫度的監控，精確控制渣緩冷時間，從而提高渣包使用效率。

起重機自動控制系統、自動噴淋系統的狀態及故障信息、視頻信號都將通過無線通信網絡，上傳至操作中心，并提供設備實時運行狀態及維修指導等信息。

2 渣緩冷自動化系統組成部分

渣緩冷自動化控制系統，主要由五個子系統組成：無線通信子系統、起重機自動控制子系統、自動噴淋水子系統、狀態及故障監測子系統。

3 關鍵技術及實現方法

3.1 起重機智能定位技術

要實現渣包自動吊裝作業，對起重機大車、小車和吊具的靜止位置與運行位置進行智能定位。起重機智能定位采用條形碼定位檢測技術和電機編碼器。

圖1 渣緩冷自動化控制系統示意圖

其中起重機大車和小車條形碼定位檢測采用條形碼檢測傳感器，條形碼固定在大車軌道下方平臺和橋架主梁內側腹板上，檢測裝置安裝在大車和小車上。起重機大車和小車運行時，不斷地與條形碼的位置值作比較，并將測量值反饋給起重機控制系統，形成閉環反饋控制，從而使起重機到達指定位置。

由于條形碼和檢測傳感器的固定，實現大車、小車位置檢測為絕對位移，不存在累加誤差，也不存在軌道和車輪磨損造成的誤差，因此可以滿足定位精度達到≤±5mm的精確要求。渣包吊具在垂直方向上的定位，是通過起升機構電機絕對值編碼器來實現的。由電氣控制系統中的主控制器實時讀取編碼器讀數并進行高度標定，這樣可以得到吊具升降的實際高度值。

3.2 起重機自動控制運行技術

為保證自動化操作的可靠性和穩定性，起重機智能控制系統采用“專用控制器+變頻器”的控制模式，專用控制器根據記錄的渣包脫鉤時位置信息，通過與起重機位置值做運算，得出起重機需要運動的數據，并將計算結果通過通信協議傳送給起重機智能控制系統。控制系統控制起重機大車運行機構、小車運行機構運動，當運行至上次渣包脫鉤時的位置時，再借助特殊設計的輔助掛鉤和視頻信號安全吊裝渣包，并自動運行至渣堆場，完成自動倒渣的全過程。

圖2 起重機自動控制系統邏輯結構圖

在圖2所示的起重機自動控制系統邏輯結構圖中，系統邏輯結構由技術層、數據訪問層、表示層和應用層等四部分構成。

系統采用靈活性和開放性較高的分層軟件體系結構模式進行設計，在滿足系統功能需求和降低設計開發難度的同時，盡量保證系統具有高內聚、低耦合的特性。在技術層中包括起重機智能定位和起重機自動控制兩部分，包含的關鍵技術有：起重機智能定位技術和起重機自動控制運行技術。數據訪問層通過對數據庫的訪問，實現對渣包空間位置數據、起重機狀態信息和位置數據等相關數據的讀取、存儲和實時更新。表示層，即主控制器控制人機交互界面，用戶通過交互界面，遠程控制起重機自動放包、自動倒渣，并實時監控系統相關狀態信息。用戶層即監控人員實時監控系統自動運行狀態以及維護人員相應維護工作。

3.3 渣堆場積水檢測

在倒渣過程中，需為防止廢渣倒入渣堆場后出現爆渣情況，需提前檢測渣堆場積水，可通過超聲波液位傳感器來檢測渣堆場的積水，將傳感器數據上傳至主控制器中，通過軟件來自動判斷，并提示操作人員進行處理。

3.4 渣包溫控系統

當渣包放置到指定位置之后，進行空冷，并開始計時，空冷2小時，在空冷過程中，會實時監測渣包溫度，結合空冷時間及渣包溫度兩個參數，來判斷是否打開或關閉對應渣包位置的噴水裝置進行冷卻。通過紅外測溫掃描儀測量渣包的溫度，并將溫度點圖通過無線網絡實時上傳至操作平臺?？绽浣Y束之后，開始水冷，時間一般約40小時，在水冷過程中，會通過監測的渣包實時溫度及水冷時間兩個參數來判斷水冷是否結束。水冷結束之后，通過起重機自動控制子系統起重機自動吊起渣包并運行至渣堆場倒渣，將空包子吊回至指定位置。

通過在起重機兩側的支腿上安裝紅外測溫掃描儀，起重機移動過程中，能夠實時檢測整個渣包溫度，避免測溫點過少導致的溫度測量不準確的問題。

起重機每隔1個小時完成一次渣包自動巡檢過程，完整記錄每次巡檢過程中每個渣包的溫度數據。將每個渣包的溫度數據進行數據分析，獲取渣包整個緩冷周期的溫度變化曲線；設定渣包的緩冷周期的溫度下限，并結合時間參數，判斷渣包的緩冷結束狀態；通過溫度隨時間變化的曲線模型，結合長時間的數據積累，進行深度學習，不斷完善時間溫度模型。通過建立的渣包溫變模型，可以精確地控制噴淋時間。

4 結語

渣緩冷自動化控制技術，能為有色冶煉企業實現自動化控制、完善金屬平衡管理、優化過程單元控制、精準測算技經及效益指標、節能降耗、降本增效以及企業精細化管理決策目的起到積極的推動作用，渣緩冷自動化控制技術在轉爐渣緩冷生產中意義重大。