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0 引言

由于泰鋼鐵礦品位低，釩欽含量高， 成分復(fù)雜， 導(dǎo)致泰鋼燒結(jié)廠使用的原料品種較多， 精礦品位波動大，各種原料的化學(xué)成分相差也較大，即使是同一品種的原料， 其品位和化學(xué)成分亦有波動。因此對燒結(jié)配料系統(tǒng)的控制精度和計(jì)量精度提出了更高的要求。 然而，泰鋼目前仍有部分配料生產(chǎn)線采用的是傳統(tǒng)的配料方式： 靠人工通過絲杠調(diào)節(jié)料門開度大小或手動調(diào)節(jié)圓盤給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制下料量，下料量的多少依靠人工反復(fù)“跑盤” 確定。這種方法缺點(diǎn)是配料控制精度受人為因素影響大， 且無法做到及時調(diào)節(jié)，尤其是反復(fù)拋盤， 勞動強(qiáng)度大， 取樣代表性差、 不能進(jìn)行準(zhǔn)確配料控制， 當(dāng)出現(xiàn)斷料、 卡料等情況時不能及時發(fā)現(xiàn)。因此， 根據(jù)泰鋼的實(shí)際需要， 我們采用集散控制將配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)成點(diǎn)對點(diǎn)的獨(dú)立控制方式。 在系統(tǒng)中，每個控制站都由對應(yīng)的料量檢測單元、 控制單元、驅(qū)動單元、 給料機(jī)組成一套獨(dú)立的閉環(huán)給料控制系統(tǒng)。各控制站均可脫離上位機(jī)獨(dú)立完成自動配料過程， 各控制站均獨(dú)立采用積分分離法 PID 控制方式， 實(shí)現(xiàn)各控制站 PID 參數(shù)的獨(dú)立整定。各控制站通過配料操作臺可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的手動、 自動切換，也可通過現(xiàn)場的機(jī)旁操作箱實(shí)現(xiàn)手動、 自動切換以及進(jìn)行緊急停車操作。而采用上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控與管理。

1 自動配料控制系統(tǒng)的組成

每條生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制對象為 12 臺圓盤料調(diào)速電機(jī)， 檢測單元由配料皮帶秤、 傳感器和毫伏變送器組成， 控制主機(jī)為 PLC-5/30 ， 執(zhí)行單元為 12 臺由變頻器組成的驅(qū)動控制器。 系統(tǒng)起、停、 手動 / 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)在操作控制臺上。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。

2 自動配料系統(tǒng)控制原理

配料皮帶秤所測得的物料重量信號及測速電機(jī)測得的電子秤皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號同時輸入微機(jī)系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算輸出信號控制各電機(jī)。配料系統(tǒng)的給料設(shè)備有兩種： 定量皮帶給料機(jī)和圓盤給料機(jī)。 定量皮帶給料機(jī)是通過改變定量皮帶電機(jī)的速度控制物料流量；圓盤給料機(jī)是通過控制圓盤電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制物料流量。 對這兩種給料設(shè)備的控制系統(tǒng)基本相同。其自動調(diào)節(jié)原理如圖 2 所示。

物料重量通過皮帶秤的荷重傳感器檢測，并轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的直流毫伏信號， 再通過放大器轉(zhuǎn)換為 4～20mA 信號， 送到 A/D 模板。 皮帶秤電機(jī)轉(zhuǎn)速由直流測速電機(jī)測量，測速發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓經(jīng)隔離放大器得到與轉(zhuǎn)速成正比的 4～20mA 直流信號也送到 A/D 模板。 假設(shè)某一時刻，皮帶秤有效稱量段上的物料重量為W ， 皮帶的線速度為 V （和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比）， 有效稱量段長度為 L ， 則該時刻物料的瞬時流量 F 為：

F=1/L×W×V

根據(jù)上式，可以計(jì)算出每一采樣時刻的瞬時流量，并進(jìn)一步計(jì)算采樣時刻前一段時間內(nèi)的平均流量。 將其值與上位機(jī)送來的流量設(shè)定值進(jìn)行比較， 然后通過 PID調(diào)節(jié)運(yùn)算得到控制量， 再利用遠(yuǎn)程 I/O 控制變頻器改變輸出頻率， 從而改變定量皮帶給料電機(jī)和圓盤給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此達(dá)到控制物料流量的目的。

系統(tǒng)工藝配方通過 PLC 的編程器鍵盤設(shè)定或輸入，并自動計(jì)算出理論給定值下裝到 PLC 內(nèi)存單元。 PLC把給定值通過 D/A 模塊送到電機(jī)驅(qū)動控制器， 然后驅(qū)動圓盤電機(jī)按初始給定速度運(yùn)行，從而圓盤給料機(jī)給出一個初始的料流量， 物料落在配料皮帶秤上，通過安裝在秤上的傳感器把稱量段上的瞬時料重轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號， 送給毫伏變送器， 毫伏變送器對該信號進(jìn)行濾波、放大并轉(zhuǎn)換成 4~20 mA 電流信號送至 PLC 的 A/D 模塊， PLC 的 CPU 對該模擬信號進(jìn)行采樣，得到一個實(shí)際流量， 并與初始給定進(jìn)行比較， 由于各種因素的影響， 實(shí)際值與給定值之間有一差值，通過一定算法處理， 計(jì)算出與之相應(yīng)的調(diào)量， 然后把調(diào)整后的信號再次經(jīng) PLC 的 D/A 模塊送至由變頻器組成的電機(jī)驅(qū)動控制器，去改變圓盤電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 從而改變圓盤的下料量，如此循環(huán)多次，使流量實(shí)際值越來越接近給定值， 從而達(dá)到自動配料的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)即可編程控制器 PLC-5/30 ， 其編程采用梯形圖語言， 使用與 PLC-5 系列處理器對應(yīng)的編程軟件6203-PLC5 和 ControlView 組態(tài)式監(jiān)控軟件完成。 下位機(jī)軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能主要有： 對電機(jī)各種運(yùn)行方式的控制；對各種故障進(jìn)行處理； 完成各種過程變量的計(jì)算， 其中包括流量、 累計(jì)量、 平均值、 配比等； 以及對各種物料流量的 PID 控制。

編程時，遵循軟件工程規(guī)范， 根據(jù)結(jié)構(gòu)化、 模塊化的原則， 把功能相對獨(dú)立的部分編制為一個子程序，盡量減少子程序之間的聯(lián)系， 主程序依據(jù)不同的條件調(diào)用各個子程序，完成相應(yīng)的功能。 下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

主程序完成對整個系統(tǒng)的控制。編程時， 把功能相對 獨(dú) 立 的 部 分編 制 為 一 個 子程 序 ， 主 程 序依 次 調(diào) 用 各 個子 程 序 來 完 成其 控 制 功 能 。主 程 序 流 程 圖如圖 4 所示。

4 結(jié)束語

現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，使用該自動配料系統(tǒng)后， 料量誤差降到了 1% 以下， 燒結(jié)礦的一級品率提高了 9% ， 綜合合格率提高了 18% ； 全鐵 TFe 合格率提高了 11% ， 堿度合格率提高了 6% ， 利用系數(shù)提高了 2% ， 焦比降低了9Kg/t ， 取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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