豎爐配料自動化控制系統(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)

豎爐配料自動化控制系統(tǒng)改造

盧秀紅

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

針對山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠8 m2豎爐配料設(shè)備自動化程度低、配料精度差等問題，通過實施技術(shù)改造，更新配料秤、變頻器、振打電機、現(xiàn)場操作箱、控制電纜等設(shè)備，并對新設(shè)備和配料自動控制系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試，實現(xiàn)了自動精確配料，提升了豎爐配料自動化水平，提高了球團(tuán)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，礦石成本由1 025元/t降為1 012元/t。

豎爐；配料秤；控制系統(tǒng)；改造

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠8 m2豎爐配料有7個倉，1#～5#倉為煉鐵原料（精粉、粗粉、雜礦），6#倉為除塵灰，7#倉為皂土。各倉下對應(yīng)有配料秤，用來對物料進(jìn)行稱量。豎爐配料設(shè)備于1998年投入使用，由于使用時間較長，存在如下問題：6臺配料秤普遍都秤體老化銹蝕嚴(yán)重、秤架損壞、無法調(diào)節(jié)平衡、稱重積算儀損壞、傳感器損壞，秤的精度和穩(wěn)定性已經(jīng)不能夠滿足生產(chǎn)工藝要求；豎爐配料設(shè)備自動化程度低，為單機手動操作，配料人員通過手動調(diào)節(jié)變頻器頻率來完成各倉下料量的操作，并通過間斷拋盤來檢驗下料量是否滿足配比要求，勞動強度大，配料效率和配料精度不高；配料變頻器有7臺，由于使用時間較長，電氣故障率較高，影響配料正常生產(chǎn)；現(xiàn)場操作箱由于長時間使用，元器件老化，開關(guān)、按鈕操作不靈敏，需要更換；1#～7#倉的倉壁振打電機，大部分損壞，當(dāng)發(fā)生堵料時，需要用錘敲、用鐵锨搗，非常不安全；電氣線路存在線路老化、信號干擾問題，出現(xiàn)故障后處理起來難度大。

為此，對8 m2豎爐配料秤、配料電氣設(shè)備、配料控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造技術(shù)方案

2.1 配料秤改造

將所有配料舊秤拆掉，新安裝稱量精度高、運行穩(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。新配料秤積算儀參與PLC控制，實現(xiàn)精確配料。配料秤選用拉姆齊F52型皮帶秤或者F57型皮帶秤，配料秤積算儀選用拉姆齊6105B型稱重控制器。

2.1.1新配料秤技術(shù)參數(shù)

拉姆齊F52型皮帶秤，標(biāo)定精度±0.5%，使用精度±1.0%。采用無杠桿全懸式平臺設(shè)計，電阻應(yīng)變式傳感器采用壓式型，具有特殊應(yīng)變補償。秤架無物料堵塞和堆積，由此產(chǎn)生零點漂移的可能性不復(fù)存在，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，對過程控制提供瞬時流量及累計量。

拉姆齊F57型皮帶秤，標(biāo)定精度±0.5%，使用精度±1.0%。除了具有F52型皮帶秤精確、穩(wěn)定的特點外，該型號皮帶秤密封性能較好，適用于測量粉狀物料，能有效地降低粉塵污染，改善崗位環(huán)境。

拉姆齊6105B型稱重控制器采用微處理器控制，處理稱重傳感器的重量信號和皮帶速度信號，計算流動物料的瞬時流量和累計量，同時儀表內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，提供標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA輸出，控制給料機的運行，并提供遠(yuǎn)程脈沖計數(shù)輸出。

2.1.2配料秤選型

1）1#～5#配料秤，采用拉姆齊F52型皮帶秤，滿足配料稱量工藝要求。2）6#、7#配料秤采用拉姆齊F57型密封皮帶秤，用來對除塵灰、皂土進(jìn)行精確稱量，并能有效的降低粉塵污染。

2.2 配料電氣改造

1）更換7臺給料機變頻器，采用施奈德ATV71變頻器（帶通訊卡），便于和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2）更換7個料倉的振打電機。3）更換現(xiàn)場操作箱。4）重新敷設(shè)現(xiàn)場電氣設(shè)備、操作箱、電氣柜、變頻器、PLC柜之間的電纜及控制纜。

2.3 配料控制系統(tǒng)改造

由PLC完成對配料設(shè)備的自動控制，實現(xiàn)設(shè)備的自動啟停及電氣聯(lián)鎖保護(hù)，實現(xiàn)配料生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、PID回路控制、畫面監(jiān)控、故障報警、歷史趨勢等功能。

2.3.1PLC軟硬件配置

控制系統(tǒng)PLC選用Modicon TSX Quantum系列PLC，CPU選用140CPU65160系列，控制軟件采用Unitypro，監(jiān)控組態(tài)軟件采用iFIX，上位操作系統(tǒng)選用Win XP。

2.3.2PLC與配料秤、變頻器、上位機的數(shù)據(jù)通訊

1）配料秤與PLC的數(shù)據(jù)傳輸。配料秤積算儀有4～20 mA信號輸出通過硬線連接到PLC，PLC獲得配料秤的瞬時流量和累計流量。2）變頻器與PLC的數(shù)據(jù)傳輸。PLC與變頻器使用MB+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。3）PLC與上位機監(jiān)控采用以太網(wǎng)通訊。配料室設(shè)置2臺上位機，用于操作人員進(jìn)行監(jiān)控。

2.3.3配料流量恒定的控制思路

要確保豎爐配料成分的穩(wěn)定，配料7個倉的下料量控制是關(guān)鍵。當(dāng)皮帶機輸送物料時，測量皮帶秤上每單位長度的載荷值q（kg/m）與皮帶在同一時刻的運行速度v（m/s）相乘，結(jié)果即物料的瞬時流量：q（t）·v（t）。只要保證q（t）·v（t）的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。

由于皮帶秤的速度是恒定不可調(diào)的，所以要控制流量的恒定只能調(diào)節(jié)皮帶上物料重量，而重量的改變又只能通過改變給料機變頻器的頻率，以改變給料機下料的速度。即PLC讀取流量控制儀的瞬時流量值，與用戶在計算機內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較，利用PID調(diào)節(jié)，發(fā)送信號送至給料機的變頻器，控制調(diào)節(jié)變頻器的速度，從而改變給料機的下料量，達(dá)到瞬時流量相對穩(wěn)定的目的。配料自動控制原理如圖1所示。

圖1 配料自動控制原理

2.3.4PLC實現(xiàn)的設(shè)備操作功能

1）實現(xiàn)配料室內(nèi)的設(shè)備（圓盤給料機、寬帶給料機、配料秤、配1皮帶、混1皮帶）畫面聯(lián)鎖啟停、畫面單機啟停、機旁手動啟停操作。實現(xiàn)大皮帶、皮帶秤和給料機設(shè)備自動聯(lián)鎖控制，保障設(shè)備安全運行。

2）實現(xiàn)自動配料。主要包括料批控制，配比控制。料批控制實現(xiàn)料線啟動、緩料時料頭料尾的自動對齊及變料時自動對齊，保證配料準(zhǔn)確；配比控制實現(xiàn)各種物料在監(jiān)控畫面中可按設(shè)定的配比自動下料、按設(shè)定各倉的下料量自動下料、按設(shè)定各給料機的變頻器頻率自動下料，保持各種原料下料穩(wěn)定，實現(xiàn)給料機下料量手動和自動調(diào)節(jié)；實現(xiàn)變頻器頻率手動和自動調(diào)節(jié)。

2.3.5畫面顯示功能

1）信息顯示。主要顯示各給料機、配料秤、配1皮帶、混1皮帶等工藝設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)，顯示各倉下料瞬時流量、累計流量、頻率反饋、流量偏差等參數(shù)以及控制值的實時設(shè)定；實現(xiàn)當(dāng)班、當(dāng)日、當(dāng)月產(chǎn)量累計；采用各倉下料反饋值和設(shè)定值對比顯示方式，使操作人員能夠及時了解各倉下料量狀況，保證配料精確。

2）設(shè)備報警。系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備停機報警、斷料報警、下料量超過允許值報警。PLC對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出聲音或顏色變化報警信號，使現(xiàn)場人員及時了解故障信息，并采取應(yīng)對措施，提高故障處理響應(yīng)速度，盡可能減少配料成分波動。

3）實時趨勢和歷史趨勢。實時監(jiān)視各倉下料量變化，并可調(diào)取過去某一時間段的歷史趨勢曲線，從而可以了解設(shè)備在過去一段時間的運行狀況、下料量狀況，對當(dāng)時的設(shè)備運行情況、各倉的下料情況作出正確的分析與判斷。

3 方案實施

2012年10月，利用豎爐停機檢修的機會，對豎爐配料控制系統(tǒng)實施改造。施工內(nèi)容主要包括：配料秤、變頻器、振打電機以及現(xiàn)場操作箱拆舊換新，操作箱、電機、控制柜、變頻柜、電氣柜之間的電纜敷設(shè)，配料秤校驗以及配料自動控制系統(tǒng)安裝調(diào)試等工作。

3.1 配料秤調(diào)試

配料秤機械安裝完成后，要對配料秤進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試正常后，才能投入運行。1）檢測皮帶秤秤體縱橫水平度，秤體是否墊平，調(diào)整皮帶跑偏裝置，確保皮帶運行正常，沒有跑偏現(xiàn)象。2）讓皮帶秤空載運行，觀測傳感器的速度信號、稱重信號數(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)。標(biāo)定實物的流量大小接近皮帶秤正常運行時的流量。

3.2 變頻器調(diào)試

變頻器接好線，檢查無誤后，上電進(jìn)行調(diào)試。1）設(shè)定電機參數(shù)：電機的功率、電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速等，并作自整定。2）設(shè)置合理的加減速時間；設(shè)置保護(hù)參數(shù)，如電機的熱保護(hù)電流值、電流限幅值。3）通過變頻器通訊卡撥碼開關(guān)，設(shè)置該變頻器通訊地址并和PLC程序中設(shè)定的地址保持一致。4）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊參數(shù)，檢查MB+網(wǎng)絡(luò)是否正常運行，和PLC進(jìn)行通訊連接調(diào)試。從上位機端設(shè)置變頻器速度，監(jiān)測變頻器能否按設(shè)定速度運行。

3.3 PLC系統(tǒng)調(diào)試

1）系統(tǒng)硬件測試。先對電源柜進(jìn)行上電測試，測試無短路、無接地現(xiàn)象后，安裝模塊和輸出繼電器，進(jìn)行PLC柜上電測試，先送機架電源，后送I/O電源，并且觀察PLC模板上電后的情況。最后還要測試網(wǎng)絡(luò)通訊是否正常。

2）系統(tǒng)軟件測試。設(shè)備就位后，安裝好Win XP操作系統(tǒng)、編程軟件以及監(jiān)控軟件，運行控制程序，觀察模板運行狀態(tài)，指示正常后，用上位機進(jìn)行系統(tǒng)登錄測試。

3）系統(tǒng)控制功能調(diào)試。根據(jù)工藝要求，設(shè)定目標(biāo)參數(shù)，不斷調(diào)整模型控制參數(shù)，使被控參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值的正常波動范圍內(nèi)。檢查程序、畫面、歷史記錄、通訊工作情況，并作進(jìn)一步修改。

4）單機試車和聯(lián)動試車。根據(jù)現(xiàn)場條件，對系統(tǒng)設(shè)計控制功能，帶設(shè)備運行進(jìn)行一一測試確認(rèn)。

4 結(jié)語

配料控制系統(tǒng)改造后運行至今，設(shè)備運轉(zhuǎn)情況良好，較好的滿足了豎爐配料的工藝控制要求，各項指標(biāo)都有改善，改造前后指標(biāo)對比見表1。

表1 改造前后球團(tuán)礦部分指標(biāo)對比

此次改造，提升了豎爐配料自動化水平，實現(xiàn)了自動精確配料，提高了豎爐配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性，同時也有力保障了配料操作人員的操作安全，減輕了操作人員的勞動強度。

Reformation of Burden Automation Control Systemfor theShaft Furnace

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 level of automation and burden accuracy in the shaft furnace,through the implementation of technological transformation,some facilities including batch scale,frequency converter,vibrating motor,operation box and control cable etc were updated.Furthermore,through installing and setting up the new equipment and the automation control system, accuracy automatic burdening was realized,the burden automation level was improved,the pellet quality and productivity were raised and the ore cost was reduced from 1 025 to 1 012 Yuan RMB per ton.

shaft furnace;batching scale;control system;reformation

TP325

：B

：1004-4620（2014）01-0058-03

2013-07-09

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?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠高級工程師，從事自動化儀表技術(shù)管理工作。