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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時間:2019-11-15 14:28:15 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
文章介紹了鉻鐵合金爐配料生產(chǎn)中使用微機配料系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,包括該微機配料系統(tǒng)的構(gòu)造,原理,自動配料算法和運行效果等的詳細(xì)說明.
鉻鐵合金冶煉工藝及配料簡介
在鉻鐵合金冶煉生產(chǎn)過程中,微機配料控制系統(tǒng)是一種典型的自動配料控制過程。鉻鐵是由鉻及鐵元素互熔后形成的合金。鉻鐵合金的主要作用是作為煉鋼用的脫氧劑和合金劑。浙江橫山鉻鐵合金廠冶煉三分廠是一家專門從事鉻鐵合金精煉生產(chǎn)的專業(yè)廠,它所采用的冶煉工藝是硅鉻堆底法,其主要工藝過程是:用鉻礦、硅鉻合金和石灰在電爐中進(jìn)行熔煉,利用電能使?fàn)t料熔化,依靠硅鉻中的硅去還原鉻礦中的三氧化二鉻,從而得到微碳鉻鐵。對鉻鐵進(jìn)行精煉的主要目的是除去雜質(zhì)和脫氣,從而獲得成分合格、組織致密和結(jié)晶飽滿的低、微碳鉻鐵合金。
微機配料系統(tǒng)的構(gòu)成
深入地理解其組成原理、各環(huán)節(jié)的特性和相互關(guān)系,對于正確地理解配料過程誤差產(chǎn)生的原因以及采取相應(yīng)的措施都不無益處。現(xiàn)根據(jù)自動控制理論知識,對結(jié)構(gòu)圖中的各個環(huán)節(jié)作一歸納性的分析。
被控對象
該配料系統(tǒng)的被控對象是冶金爐料。它們是石灰、硅鉻合金和鉻礦,其自身的物理和化學(xué)性能將對配料控制特性產(chǎn)生影響。其中石灰有一定的顆粒要求,但實際上有時粉化較嚴(yán)重,粉末很多,而新制石灰的塊度有可能太大而堵住稱量斗出口,從而造成停止加料;鉻礦通常采用熔化性較好的粉礦,通過偏心擊打式電機振動下料,但在梅雨季節(jié)下料較困難,這樣會延長裝料時間;而硅鉻合金經(jīng)破碎后其塊度均勻,流動性較好,最有利于稱量控制。
微機執(zhí)行器
執(zhí)行器是配料控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,本系統(tǒng)采用開關(guān)量信號控制電振給料器。為了提高配料精度,用兩級振動給料器進(jìn)行調(diào)節(jié),即粗配料與精配料,這種執(zhí)行器的特點是結(jié)構(gòu)簡單,執(zhí)行靈敏,動作滯后小,與調(diào)節(jié)器的接口甚為方便,在簡單下料結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛,在調(diào)節(jié)器合理的算法及程序控制下也能產(chǎn)生較好的執(zhí)行效果。
系統(tǒng)測量環(huán)節(jié)
測量環(huán)節(jié)是由稱重傳感器、重量變送器和相關(guān)連線組成(傳感器及變送器選自中美合資的浙江余姚儀表總廠產(chǎn)品,其型號分別為CZL—YB—1及DBZ—2)。稱重傳感器在力的作用下輸出毫伏信號,經(jīng)變送器處理后產(chǎn)生4~20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸入微機,3個傳感器采用并聯(lián)方式與變送器連接,它與稱量斗之間進(jìn)行吊式安裝連接,為了減少電壓信號在傳輸過程中的干擾和損失,要求兩者就近安裝;變送器輸出的是經(jīng)過處理的電流信號,其抗干擾和遠(yuǎn)距離傳輸能力較好。
系統(tǒng)調(diào)節(jié)器
調(diào)節(jié)器是以微機為核心,加上采樣保持器、A/D、DI、DO等接口板組成,數(shù)字調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律由編制的微機程序來實現(xiàn)。采用微機作為調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是:控制規(guī)律靈活多樣,便于修改和進(jìn)一步完善;1臺微機可以同時控制多個回路;適合于大量數(shù)據(jù)的存儲和管理;靈活多樣的視窗畫面,完善的工藝流程圖顯示,維護(hù)和操作已變得非常簡單。這些優(yōu)點均在本次項目實施中得到了具體的體現(xiàn)。
影響自動配料精度的原因及補償方法
測量環(huán)節(jié)的影響
測量環(huán)節(jié)所引起的誤差主要受以下幾個方面的影響:受力傳感器的精度;傳感器與稱量斗之間力的傳遞方式;變送器的精度(包括供橋電壓);信號傳輸方式及干擾等。
執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式的影響
當(dāng)執(zhí)行器在開關(guān)量信號控制下進(jìn)行給料時,由于電振的振幅是恒定的,而原料的流動特性受到原料的顆粒度、濕度、原料在料倉中的分布情況等因素的影響,在精配階段結(jié)束后,給料器端口上的余料還會繼續(xù)掉入到稱量斗中,而且這個余料量是一個隨機值,如果只用一個固定的停振閾值進(jìn)行停止操作必然產(chǎn)生配料誤差。
配料誤差的補償方法
從測量環(huán)節(jié)入手。選用質(zhì)量好、精度高和穩(wěn)定性好的傳感器、重量變送器作為稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并且傳感器與稱量斗的連接方式要處理好。最好采用防扭裝置或用吊環(huán)連接,稱量斗的重心位置應(yīng)選擇合理并且在現(xiàn)場調(diào)試好。
從控制結(jié)構(gòu)入手。在工藝配比和裝料控制時間都允許的情況下,適當(dāng)減少總的裝料批數(shù),增加每批的裝料量;或適當(dāng)減慢給料器的速度,從而可以適當(dāng)延長每批料的裝料過渡時間,增加控制過程的平穩(wěn)性。
從控制算法入手。選擇合理的控制結(jié)構(gòu)固然可以減少配料過程的誤差,但還不能從根本上消除誤差,更何況配料過程中大塊料的沖擊、濕粉礦的成團(tuán)甩入或料斗殘重的不斷增加等原因都可能進(jìn)一步增加配料誤差。為了進(jìn)一步穩(wěn)定地減少誤差,提高精度和穩(wěn)定性,有必要從控制算法入手,對配料偏差進(jìn)行動態(tài)修正,才能從根本上解決問題,實現(xiàn)方法如下:
(1)e(N-1)=C(N-1)-S(N-1)
(2)S(N)=A-e(N-1)
(3)T(N)=T(N-1)-[e(N-1)/S(N-1)
式中e(N-1)是上次配料產(chǎn)生的偏差;C(N-1)是上次實際配料的測量值;S(N-1)是上次的設(shè)定值;S(N)是本次設(shè)定值;A是由工藝確定的配料給定值,是一個常數(shù);T(N)和T(N-1)是本次及上次配料停振閾值。
(1)式給出了配料偏差的定義;
(3)式給出了給料器停振閾值的計算方法,停振閾值指的是相對于設(shè)定值的提前量:前一次過沖量越大,則本次停振閾值越小,反之亦然。上述表達(dá)式用遞推的方法實現(xiàn),即用新值代替舊值,這樣的算法非常容易在微機上實現(xiàn),在開關(guān)量信號作用下,在大給定值及較慢速的給料過程中,其控制效果較好。除了上述基于偏差和停振閾值的控制算法外,為了更好地適應(yīng)給料批量小、速度高和過渡過程短的情況,我們采用了一個二階預(yù)估器對配料設(shè)定值進(jìn)行預(yù)估,二階預(yù)估器的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式如下:
y(N+1)=a1y(N)+a2y(N-1)+b0U(N)+b1U(N-1)+b2U(N-2)
(4)為了使表達(dá)式看起來更簡明,令θT=[a1,a2,b1,b2>則XT=[y(N),y(N-1),U(N-1),U(N-2)>
(5)這樣(4)式又可以寫成如下形式:y(N+1)=b0U(N)+θTXT (6)
(6)式中,y(N+1)是實測配料值;U(N)是配料設(shè)定值;θT是參數(shù)向量的轉(zhuǎn)置矩陣;XT是數(shù)據(jù)向量的轉(zhuǎn)置矩陣。設(shè)計配料控制器的目的就是選擇一個合適的U(N),使如下的性能指標(biāo)最?。篔=[y(N+1)-A>2根據(jù)現(xiàn)代控制理論中的自校正原理,寫出如下形式的控制方程:U(N)=(1/b0)/[A-θT(N)XT(N)>
(7)對于向量θT(N),采用最小二乘法遞推估計;b0可以一次取定,不參加預(yù)估運算。經(jīng)過推導(dǎo)與運算,寫出如下的最小二乘法遞推估計方程式中:K(N+1)項為增益矩陣;K(N+1)[y(n+N+1)-XT(N+1)(N)>為修正項,由于采用的是二階預(yù)估,n=2。
(8)式的含義是:本次的參數(shù)預(yù)估值(N+1)是在上次的參數(shù)預(yù)估值(N)的基礎(chǔ)上增加一個修正項,如果將這些矩陣的運算表達(dá)式全部展開,我們就可以清楚地看到二階預(yù)估器的優(yōu)點是:本次預(yù)估值的產(chǎn)生不但與相鄰的上一次有關(guān),而且還和前(n+N+1)次的預(yù)估值以及實際配料值的歷史情況有關(guān),因此它能夠更深刻地反映給料器停振后物料隨機落下量的本質(zhì);而且,在遞推的最小二乘法中,只要粗略地選取遞推初始值,經(jīng)過(2n+1)次計算后,就會產(chǎn)生一組全新的預(yù)估值,并在此基礎(chǔ)上不斷地作向后的遞推運算。實際運算證明,這樣的算法能使配料誤差收斂在一個相當(dāng)小的范圍內(nèi)。
硬件組成原理及特點
微機選用的是臺灣研華公司的IPC-610工業(yè)微機,該微機除了具有一般商用機的功能外,最主要的特點是具有非常高的可靠性,可以連續(xù)幾年不間斷地通電運行而不發(fā)生故障,更主要的是在它的擴充槽中可以插入適合工業(yè)控制的各類功能板卡,如A/D、D/A、DI和DO等,外部可以通過扁平電纜接入各類工業(yè)端子板,根據(jù)需要,這些端子板可以直接連接繼電器或模擬量信號,這樣可以方便地組成一個相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中,PCL812PG是多功能模擬量/數(shù)字量信號處理板,PCL720是數(shù)字量輸入輸出信號處理板,它們均插在PC擴充槽中;PCLD880上接有8路4~20mA的稱量斗模擬量信號;兩塊PCLD785主要用于控制給料器(粗配與精配)、放料電動機及各類長距離運輸皮帶;PCLD782是帶光電隔離的開關(guān)量輸入板,主要用于檢測各類運輸皮帶的工作狀況和各類倉門的開閉情況,上述PCLD類板都屬于信號調(diào)理板,它們的一頭接于主機箱中的信號處理板上,另一頭與現(xiàn)場工業(yè)信號相連接。
配料控制軟件設(shè)計
控制軟件是調(diào)節(jié)器的核心部分,其功能的好壞決定著整個微機配料系統(tǒng)的成敗。該軟件是用BORLABDC++在西文環(huán)境下編制而成的,采用C語言編程的最大優(yōu)點之一是可移植性好,不用修改就可以在386微機至目前的奔騰微處理機上安全運行。整個軟件自頂向下,采用模塊化設(shè)計,因而層次分明,結(jié)構(gòu)簡單,便于調(diào)試、修改和擴充。其主要內(nèi)容有:I/O設(shè)備初始化、內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)初始化、I/O設(shè)備基本測試、A/D采集及顯示、鍵盤中斷處理、鼠標(biāo)中斷處理、稱量斗故障報警、數(shù)學(xué)模型計算、動態(tài)圖形顯示等。
為了適應(yīng)現(xiàn)代視窗軟件界面的風(fēng)格,在屏幕的上方設(shè)計有豐富的工具條,用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的圖標(biāo)后,就可以進(jìn)行相應(yīng)的工作,例如修改稱量給定值、裝料批數(shù)、稱量斗斜率等,還可以設(shè)置開關(guān)檢測狀態(tài),啟、停裝料和各類工作皮帶等。一般來說,只要事先設(shè)置好基本參數(shù),點擊啟動圖標(biāo),系統(tǒng)就會自動地按照原先設(shè)定的參數(shù),準(zhǔn)確無誤地實現(xiàn)料倉定位、稱量、給料、放料和控制小車行走等全部工作,屏幕上有同步的圖形顯示,無須人工干預(yù),既減輕了工作人員的工作強度,又提高了配料的準(zhǔn)確性。
配料數(shù)據(jù)庫設(shè)計
現(xiàn)代企業(yè)中,僅用微機完成測量和配料控制已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了,還需要把其中的重要信息進(jìn)行存儲,以便對這些信息進(jìn)行進(jìn)一步的深加工,在配料精確定量分析的基礎(chǔ)上,增加數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性、預(yù)見性和系統(tǒng)性,實現(xiàn)高質(zhì)量的測量、控制和管理一體化。
為了實現(xiàn)對裝料信息的精確管理,本系統(tǒng)用C語言定義了一個結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中的域變量包括:班次、班序、爐臺號、冶煉周期、冶煉爐號、產(chǎn)品名稱、工藝配比、實際投料量、附加投料量、總批數(shù)、裝料開始時間和結(jié)束時間等。這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以獨立存取,每進(jìn)行一次有效的投料,就自動地存入一次,這樣,以冶煉爐號為單位,就產(chǎn)生了最基礎(chǔ)的歷史數(shù)據(jù),以此為起點,就可以對其進(jìn)行進(jìn)一步的處理和加工。
首先,它代替了以往用手工記錄配料數(shù)據(jù)的習(xí)慣。顯然,用手工記錄數(shù)據(jù),無法考證數(shù)據(jù)的真實性,如果某操作員加錯了料,引起爐礦惡化,手工記錄表上卻可能反映不出來?,F(xiàn)在,每進(jìn)行一次有效配料,系統(tǒng)自動記錄一次,真憑實據(jù),一目了然,但是,僅有記錄還是不夠的,因此,本系統(tǒng)還提供了查詢和統(tǒng)計功能,這樣可以方便地生成各類統(tǒng)計報表,工藝人員可以隨時掌握原料消耗情況,根據(jù)爐上冶煉情況,及時調(diào)整原料配比,從根本上杜絕了數(shù)據(jù)記錄的弄虛作假行為。
微機自動配料系統(tǒng)運行效果
浙江橫山鉻鐵合金廠有3個主要的冶煉分廠,共有5個配料站,在完全依靠本廠科技力量的條件下,我們自行設(shè)計、安裝、調(diào)試、投運及日常維護(hù),現(xiàn)在全部實現(xiàn)了微機控制。用微機進(jìn)行原料配料的最顯著特點是控制精度高(系統(tǒng)誤差小于0.6%),爐況穩(wěn)定,指標(biāo)可靠,即投入多少原料、何種原料與產(chǎn)出產(chǎn)品的產(chǎn)量和牌號呈現(xiàn)出穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系。相比之下,在改造之前,由于是手動上料,而且各爐臺之間競爭激烈,為了指標(biāo)好,出現(xiàn)了多上料,少記錄的情況,爐臺上的指標(biāo)是好了,但年底盤庫時卻發(fā)現(xiàn)原料虧空了,給管理上帶來人為的困難?,F(xiàn)在,這種情況已不會出現(xiàn)。
用微機控制的另一個特點是自動化作業(yè)率高,設(shè)備維護(hù)量卻大大減少。從電氣上來說,砍掉了原手動控制中的繁瑣的繼電器聯(lián)鎖節(jié)點,這些聯(lián)鎖功能在微機上很容易實現(xiàn),因此,電氣回路大大簡化,減少了故障點;從機械結(jié)構(gòu)上來說,將卸料中的開關(guān)門裝置改為皮帶-油輪滾筒,減少了令人頭疼的卡料,使卸料過程更為通暢,縮短了整個裝料時間,提高了工作效率
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