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本文章介紹了某燒結(jié)廠混勻料場(chǎng)的工藝流程、控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、功能及自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用和效果。

　長(zhǎng)期以來,由于某燒結(jié)廠所用的含鐵原料來源雜,成份波動(dòng)大,給燒結(jié)礦的TFe和SiO2穩(wěn)定率帶來不利影響,為彌補(bǔ)這一不足,安鋼于1998年投資興建了二次混勻料場(chǎng)?；靹蛄蠄?chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常與否,直接影響燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量,所以對(duì)其控制系統(tǒng)提出了較高的要求。

1　系統(tǒng)概況

混料場(chǎng)主要工藝設(shè)備包括汽車受料槽、皮帶運(yùn)輸機(jī)及轉(zhuǎn)運(yùn)站、高位料倉、圓盤給料機(jī)、一臺(tái)懸臂式堆料機(jī)和兩臺(tái)斗輪式取料機(jī)。含鐵原料由汽車?yán)疗囀芰喜?再經(jīng)皮帶機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站送至高位料倉,通過自動(dòng)配料系統(tǒng)按一定的配比下料,經(jīng)皮帶機(jī)送到堆料機(jī)混勻堆放。取料機(jī)截取后再經(jīng)皮帶機(jī)送到配料室的鐵礦倉。電氣控制設(shè)備主要有一套西門子S7-400PLC、一套S5-115UPLC、兩臺(tái)S7-200PLC和各種電機(jī)和變頻器。

2　PLC控制系統(tǒng)的組成及原理

為保證混勻料場(chǎng)整個(gè)控制系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和可靠性,系統(tǒng)中堆料機(jī)取料機(jī)除位置信號(hào)送主控室西門子S7-400系統(tǒng)外,其余的堆料、取料動(dòng)作控制由其自帶的PLC負(fù)責(zé)完成。其中堆料機(jī)由西門子S5-115UPLC控制,取料機(jī)由西門子S7-200PLC控制。其余的皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制則由西門子S7-400PLC控制系統(tǒng)來完成。現(xiàn)將其分別介紹如下:

2.1　主控室S7-400PLC控制系統(tǒng)

整個(gè)混勻料場(chǎng),除堆料機(jī)和兩臺(tái)取料機(jī)外,其他所有的電氣設(shè)備的控制都由這套PLC系統(tǒng)集中控制,所以其點(diǎn)數(shù)多、任務(wù)復(fù)雜。

系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。其上位機(jī)采用研華PⅡ工控機(jī),操作系統(tǒng)為Windows98,組態(tài)軟件采用SIMATICWINCC4.0,其圖形化界面可動(dòng)。

態(tài)顯示現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù),操作人員可以通過用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕來控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停,更該系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),操作簡(jiǎn)單明了,具有良好的人機(jī)界面。下位機(jī)系統(tǒng)采用本地主控制站和遠(yuǎn)程I/O,主站和遠(yuǎn)程I/O的通訊采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線,主站為S7-400PLC,由電源模板、CPU模板、閉環(huán)控制模板、信號(hào)模板和擴(kuò)展模板組成。其CPU模板采用CPU413-2DP,內(nèi)置支持多點(diǎn)通訊的MPI接口,并能通過PROFIBUS-DP總線與遠(yuǎn)程分布式I/O或現(xiàn)場(chǎng)智能稱重控制儀表通訊。閉環(huán)控制模板采用FM455-U,模板自帶模擬量輸入輸出和開關(guān)量輸入輸出通道,可以在不占用主處理器資源的情況下完成閉環(huán)控制。采用PID算法控制自動(dòng)配料系統(tǒng)的配料。信號(hào)模板包括數(shù)字量輸入/輸出模板、模擬量輸入/輸出模板。從站包括掛在PROFIBUS-DP總線上的三套ET200M,每套ET200M帶一定數(shù)量的開關(guān)量或模擬量點(diǎn),通過總線與主站通訊,就近控制離主控室較遠(yuǎn)的設(shè)備的運(yùn)行,這樣使得整個(gè)系統(tǒng)的布線更簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)更合理。上位機(jī)和下位機(jī)通過MPI接口通訊。

2.2　自動(dòng)配料控制系統(tǒng)

自動(dòng)配料系統(tǒng)采用質(zhì)量配料法,各種含鐵原料按計(jì)算好的配比通過電子配料稱配料。配料的精確度直接影響燒結(jié)礦的TFe含量的穩(wěn)定性,所以對(duì)控制系統(tǒng)提出了較高的要求。自動(dòng)配料系統(tǒng)主要由閉環(huán)控制模板FM455-U、圓盤給料機(jī)、電子皮帶稱、稱重顯示器、變頻器等組成(如圖3所示)。各種原料的配比由操作人員通過上位機(jī)設(shè)定,物料的流量經(jīng)電子皮帶秤、稱重顯示器轉(zhuǎn)換為4～20mA信號(hào)輸入到閉環(huán)控制模板的功能模塊,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,與設(shè)定值比較,再經(jīng)過PID運(yùn)算,得到控制量的數(shù)字值,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為4～20mA的模擬量給變頻器,變頻器根據(jù)這個(gè)信號(hào)控制圓盤給料機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使各臺(tái)圓盤給料機(jī)的給料量緊緊圍繞在其設(shè)定值的周圍,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料功能。

采用的PID算法簡(jiǎn)介如下:設(shè)Yr(t)為t時(shí)刻的下料量的設(shè)定值,Y(t)為t時(shí)刻的實(shí)際下料量,則e(t)=Yr(t)-Y(t)為t時(shí)刻的下料偏差,設(shè)此時(shí)系統(tǒng)的控制輸出為u(t),則

　u(t)=Kp{e(t)+1/ti∫e(t)dt+td[de(t)/dt]}式中:Kp、ti、td———分別為比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、

微分時(shí)間常數(shù)。調(diào)整上述三個(gè)系數(shù)就可以改變控制輸出,得到較好的控制效果。

2.3　堆料機(jī)、取料機(jī)控制系統(tǒng)

堆料機(jī)由一套西門子S5-115UPLC集中控制,操作員通過操作面板輸入或改變堆料機(jī)運(yùn)行參數(shù),通過輸入輸出模板控制堆料機(jī)的走行速度、走行方向及其懸臂的仰俯和各個(gè)設(shè)備間的連鎖等動(dòng)作。取料機(jī)控制采用相對(duì)簡(jiǎn)單的S7-200PLC,主要控制取料機(jī)大車的走行、取料方向、取料機(jī)斗輪的順序啟停和斗輪的取料深度等動(dòng)作。

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

1)按照生產(chǎn)需要選擇上料流程、堆料流程、取料流程、應(yīng)急取料流程等不同的流程,并控制流程上設(shè)備的順序啟動(dòng)、同時(shí)啟動(dòng)、順序停止、同時(shí)停止、緊急停止、故障停止等。

2)可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇不同的含鐵原料,改變或設(shè)定各種含鐵原料的配比,通過自動(dòng)配料控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所選原料的按配比下料。

3)報(bào)表打印功能:可以在每次改變配比后將原配比和新配比打印出來;可以統(tǒng)計(jì)各班的配料總量、各種原料的消耗量,在當(dāng)班結(jié)束時(shí)打印出來;統(tǒng)計(jì)每月的配料總量、各種原料的月消耗量,每月末以報(bào)表的形式打印出來。

4)報(bào)警功能:本配料系統(tǒng)可以在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控各種關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況,如果設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的上下限,則在主控室的上位機(jī)上發(fā)出報(bào)警信息,提醒操作人員采取相應(yīng)的措施。

5)故障記錄功能:本系統(tǒng)可以記錄在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的設(shè)備,故障時(shí)間及有關(guān)故障的簡(jiǎn)單信息。方便維護(hù)人員維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備。

4　效果

混勻料場(chǎng)正常運(yùn)行是燒結(jié)礦品位穩(wěn)定的前提條件,該控制系統(tǒng)在原料場(chǎng)投運(yùn)以來,經(jīng)過幾年的實(shí)踐使用,成功完成對(duì)燒結(jié)系統(tǒng)每月約30萬噸的原料供配任務(wù),提高了配料的精確度,使燒結(jié)礦的堿度穩(wěn)定率從1998年的87.42%提高到2002年的89.73%,提高了2.31個(gè)百分點(diǎn),燒結(jié)礦FeO含量從9.89%降到了8.66%,降低了1.23個(gè)百分點(diǎn),年效益約250萬元。該系統(tǒng)運(yùn)行可靠,性能穩(wěn)定,保證了某燒結(jié)廠燒結(jié)礦產(chǎn)量質(zhì)量的穩(wěn)步提高,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,具有較高的推廣價(jià)值。

5　參考文獻(xiàn)

[1]　劉賀平系統(tǒng)辨識(shí)與控制.北京:北京科技大學(xué),1999.60～80.

[2]　金以慧.過程控制.北京:清華大學(xué)出版社,2003.170～190.

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