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介紹了基于現(xiàn)場儀表通訊的配料控制儀在山東某燒結(jié)配料生產(chǎn)中的應(yīng)用、優(yōu)點、存在的問題及改進措施。來源:自動化工業(yè)網(wǎng)。
1、山東某集團燒結(jié)機配料控制儀概述。
在燒結(jié)配料過程中，根據(jù)高爐冶煉要求和各種物料的化學(xué)成分，對均勻混合生產(chǎn)燒結(jié)礦的鐵礦石粉、燃料(焦粉)、溶劑(石灰石、白云石、生石灰)和冷熱返礦進行配料計算，確定各種物料的配料比，通過重量檢測和加料設(shè)備的控制實現(xiàn)配料。
燒結(jié)機配料儀控制的料倉。
2.燒結(jié)配料控制儀方案的特點。
針對傳統(tǒng)燒結(jié)配料控制儀存在的問題，深入分析現(xiàn)場工藝和管理現(xiàn)狀，結(jié)合最新實用先進的測控技術(shù)，設(shè)計方案特點如下:
2.1配料控制儀表系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場儀表通信的分布式控制模式。
在本設(shè)計中，皮帶秤、沖壓流量計、雷達液位計、人工智能調(diào)節(jié)器等。通過具有現(xiàn)場通訊功能的宇典智能儀表與上位機通訊，形成基于現(xiàn)場通訊的分布式控制系統(tǒng)。
現(xiàn)場儀表通信采用基于主從協(xié)議原理的HART通信協(xié)議。其特點是通信中只需讀寫兩條指令，上位機軟件編寫簡單，上位機可以使用PC，應(yīng)用了其軟件資源豐富、開發(fā)快速的優(yōu)點。與模擬傳輸相比，具有調(diào)試維護簡單、精度較高的優(yōu)點。配料控制儀具有以下優(yōu)點:
(1)可靠性高。
光電隔離技術(shù)用于將通信接口與配料儀的其他部件隔離。當(dāng)通訊接口或線路出現(xiàn)故障時，皮帶秤和調(diào)節(jié)器仍能正常工作。由于采用低電平數(shù)字信號，相位連續(xù)平均值為零，抗干擾能力強。接線簡單，維護方便，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。故障不會在單臺機器中的檢測和控制設(shè)備之間傳播，也不會在上、下位機之間傳播，從而將故障對整個配料系統(tǒng)的影響降到最低，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。手動和自動切換模式靈活多樣?？稍谏衔粰C、基礎(chǔ)調(diào)節(jié)器、變頻器、操作箱中進行轉(zhuǎn)換，解決了故障時應(yīng)急響應(yīng)慢的問題。
(2)配料儀上位機數(shù)據(jù)處理能力強，監(jiān)控程序功能更豐富。
由于數(shù)據(jù)是通過通訊的方式采集的，單機的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)由下位機完成，上位機主要處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，騰出更多的時間和內(nèi)存來處理功能更豐富的應(yīng)用。
(3)節(jié)約投資。
上位機不需要模擬輸入輸出模塊和相應(yīng)的機柜，也不需要熱備用上位機。同時，增加單機時不需要增加公共硬件，節(jié)省了系統(tǒng)擴展成本。另外，節(jié)省了信號電纜和安裝調(diào)試的費用。對用戶和維護人員的素質(zhì)要求也比較低，節(jié)省了培訓(xùn)費。
2.2配料控制儀硬件設(shè)備先進實用，維護工作量小。
(1)針對一般皮帶秤維護工作量大、抗干擾能力差的問題，選擇免維護稱重毫伏信號現(xiàn)場數(shù)字化、4-20mA信號的皮帶秤。
(2)選用先進實用的打孔機檢測石灰和熱返礦流量。
石灰和熱返礦流量的連續(xù)檢測是燒結(jié)配料中的一個難題。以前用螺旋秤檢測石灰，用兩個皮帶秤或核子秤檢測一個熱返礦給礦點，不穩(wěn)定，維護工作量大，精度低，投資高。本設(shè)計選用先進實用的沖壓秤進行測試。用高精度稱重傳感器代替差分放大器，不僅提高了穩(wěn)定性和檢測精度，還降低了維護工作量和技術(shù)要求。同時，陶瓷耐磨沖壓板的使用解決了鋼制沖壓板使用壽命短的問題。另外，其流量信號由皮帶秤稱重模塊處理，解決了與上位機的匹配問題。
(3)選用先進的人工智能調(diào)節(jié)器作為基礎(chǔ)配料控制器。
選擇合適的調(diào)節(jié)器是實現(xiàn)高精度自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。本設(shè)計選用廈門宇典AI-808人工智能調(diào)節(jié)器，具有現(xiàn)場通訊功能，采用模糊規(guī)則進行PID調(diào)節(jié)。與一般調(diào)節(jié)器相比，可以減小超調(diào)量，提高響應(yīng)速度。誤差較大時，采用模糊算法進行調(diào)整，完全消除PID飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差變小時，采用改進的PID算法進行調(diào)整。它具有自動學(xué)習(xí)系統(tǒng)特性和分別處理給定值和測量值變化的功能。它有多種設(shè)置模式，可以直接通過面板按鈕上的手動數(shù)字進行設(shè)置，也可以通過外部給定端子上的模擬數(shù)字進行設(shè)置。為了防止異常超調(diào)，它還具有預(yù)設(shè)控制量上限和下限的功能。同時調(diào)試簡單，對正常生產(chǎn)影響不大。結(jié)構(gòu)類型為熱拉入，更換方便快捷。
(4)選用先進的雷達料位計檢測石灰和熱返礦倉料位。
石灰和熱返料倉料位的傳統(tǒng)檢測方法是稱重、重錘和手動塞尺，維護困難，維護工作量大，不可靠。我們選擇準(zhǔn)確、可靠、免維護的雷達液位計檢測。
2.3配料控制儀的應(yīng)用程序新穎、實用、豐富。
應(yīng)用程序采用VB6.0編寫，可視化性能良好。與稱重配料儀的通用監(jiān)控程序相比，該系統(tǒng)的監(jiān)控程序更加新穎、實用、豐富，具有很強的人機對話能力，突出表現(xiàn)在:
(1)報警方式采用超差反時語音報警。
傳統(tǒng)報警多為瞬時或長期連續(xù)累積聲光報警。由于送料方式的限制(下料不均勻)，瞬時量報警要么頻繁發(fā)出誤報警(來不及處理就恢復(fù))；超出公差不會發(fā)出警報(大偏差)，但會錯過警報。連續(xù)累計報警，也是因為累計時間太短或太長而誤報和漏報。同時在確認報警對象時，要配合顯示屏。我們使用超差反時限報警。也就是說，以一定的累計量(絕對誤差)和時間間隔(最短的處理時間)作為報警條件，通過通信的方式不斷累計瞬時誤差并傳送到上位機。單位時間內(nèi)累計量越大，報警時限越短，反之，報警時限越長。同時，當(dāng)瞬時偏差過大時，會直接報警。這樣既不會有假陽性，也不會有假陰性。此外，采用語音播報系統(tǒng)，直接自動報告報警對象，并提示原因和處理措施。它不僅縮短了報警確認和處理時間，而且消除了操作人員盯著屏幕的需要，從而減少了他們的疲勞。
(2)解決了批量控制的問題。
傳統(tǒng)的模擬集中控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)可變物料批量控制，模擬量設(shè)置在上位機和調(diào)節(jié)器之間，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在上位機預(yù)設(shè)好可變料值后，通過現(xiàn)場通訊的方式改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，根據(jù)料頭和料尾對齊的原理自動發(fā)送?？勺兾锪蠒r間較短，最長時間僅為90秒(僅由混合料帶式輸送機的速度和料倉之間的距離決定)。調(diào)節(jié)器不超調(diào)，減少了可變物料波動帶來的惡性可變物料和生產(chǎn)不穩(wěn)定問題。當(dāng)物料減速時，不需要與電氣系統(tǒng)聯(lián)鎖。
(3)宇典AI-808真正實現(xiàn)手動自動快速切換，無擾動。
傳統(tǒng)的手動和自動無擾快速切換是指手動和自動切換的瞬時輸出值相等。在配料自動調(diào)整中，手動和自動無擾動快速切換要求切換前后被控或被控量的平均值相等，因此需要計算切換前被控或被控量的平均值，然后進行切換，以達到對工藝影響最小，真正實現(xiàn)手動和自動無擾動切換。顯然，傳統(tǒng)的瞬時手動和自動無擾快速切換并不適合這種情況。因此，我們使用現(xiàn)場通訊，在自動切換手動模式時，在上位機跟蹤計算每分鐘控制量的平均值；自動初始化時取這個值作為給定值；當(dāng)從自動切換到手動時，首先在上位機跟蹤計算每分鐘控制量的平均值，并將該值作為手動操作的初始控制值。然后，將它們設(shè)置到人工智能調(diào)節(jié)器上，最后，在沒有干擾的情況下，手動和自動快速切換平均值。實現(xiàn)了成功的轉(zhuǎn)換，解決了以往手動和自動切換中控制量或設(shè)定值必須多次修改，仍難以達到切換要求值，導(dǎo)致生產(chǎn)波動，延長達到穩(wěn)定的時間的問題。
2.3.4在零點校準(zhǔn)和各刻度校準(zhǔn)后，自動校正相應(yīng)調(diào)節(jié)器的原始設(shè)定值。
根據(jù)零點和精度在零點和刻度校準(zhǔn)前后的變化，自動計算出與原設(shè)定值對應(yīng)的新設(shè)定值，保證了新設(shè)定值的物理量與原設(shè)定值相等，避免了零點和刻度校準(zhǔn)帶來的附加誤差，保持了生產(chǎn)的連續(xù)性。一般的配料儀表控制系統(tǒng)沒有這種功能。

2.3.5實現(xiàn)了超差、換倉、破倉、換料、延期的自動記錄和按時間查詢，解決了配料過程中工藝規(guī)程的實時監(jiān)控問題。
當(dāng)上述報警發(fā)生時，顯示屏?xí)詣訌棾鲆粋€對話框，對話框中有報警對象、報警原因、處理方法、值班員等，值班員會逐項確認。明確責(zé)任，增強操作人員的自律意識，為正確分析波動原因奠定基礎(chǔ)，有助于穩(wěn)步提高技術(shù)水平。
2.3.6歷史趨勢圖的縱坐標(biāo)分為兩個成比例的線段，保證了大流量和小流量在同一個畫面中都能清晰區(qū)分瞬時變化趨勢。
2.3.7每個秤的參數(shù)可以在上位機顯示器上集中查看和修改，方便秤的校準(zhǔn)。
2.3.8料倉內(nèi)料位的虛擬指示是初始料位減去下料量即為剩余量，無需料位計即可準(zhǔn)確指示料位。
2.3.9配料信息可以通過數(shù)據(jù)打包無誤地傳輸，可以異地查詢，實現(xiàn)了配料信息共享，提高了流程管理水平。
2.3.10比率設(shè)置靈活多樣。根據(jù)工藝配料的配方，輸入相關(guān)配料和總量后，可以自動計算設(shè)定量，也可以人工計算后，逐個輸入設(shè)定值；它可以根據(jù)批量控制的要求在上位機上統(tǒng)一預(yù)設(shè)，也可以在每個基本調(diào)節(jié)器上單獨設(shè)置。
2.3.11單臺機器的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)存儲在其對應(yīng)的稱重模塊中，節(jié)省了上位機的時間和內(nèi)存，增加了系統(tǒng)擴展的空間。
2.3.12計量單位可以點擊，在t/h和kg/m之間互換，方便現(xiàn)場檢定。
2.3.13顯示屏上有幫助菜單，方便操作人員和維修人員學(xué)習(xí)和掌握。
3.利用燒結(jié)配料控制儀器效果。
兩年的運行實踐表明，燒結(jié)配料控制儀工作穩(wěn)定可靠，降低了操作人員和維護人員的勞動強度。由于自動檢測和調(diào)整，可以大大減少人工跑板和稱重，可以留出更多的時間進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)隱患，減少突發(fā)事故及其處理工作量。同時報警準(zhǔn)確及時，也減少了干擾和故障處理的工作量。特別是換料、手動和自動轉(zhuǎn)換可以一次完成，不僅增強了實時控制，提高了控制精度，還降低了重復(fù)稱重的勞動強度。人機界面直觀，功能操作簡單，提供幫助菜單，方便易學(xué)。監(jiān)控程序具有很強的人機對話能力，便于過程管理，提高操作人員的責(zé)任心，減少異常波動，促進生產(chǎn)指標(biāo)的提高。
配料控制儀實現(xiàn)了圓盤給料方式下，控制穩(wěn)定性可連續(xù)調(diào)節(jié)，每分鐘累計量控制精度為1.5%。滿足換料和延期料、手動和自動切換、秤校準(zhǔn)前后平穩(wěn)過渡、配料信息準(zhǔn)確、及時、遠程傳輸?shù)墓に囈蟆?yīng)用功能集測量、控制和管理于一體，實現(xiàn)高性能投資比的目標(biāo)。
4.燒結(jié)配料儀存在的問題及改進措施。
4.1儀器通訊速度慢。進一步完善下位機的功能，使上位機采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)統(tǒng)計并盡可能存儲在指定的存儲單元。同時，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，減少數(shù)據(jù)傳輸，縮短通信時間。另外，提高通信的波特率。
4.2送料設(shè)備下料不均勻。進一步改變送料方式，將圓盤送料改為寬帶拖動。
4.3物理驗證困難。在皮帶機下料點加一個移動料斗秤，隨時實物檢查秤。
4.4儀表控制和電氣控制分離。儀表控制與電氣控制相結(jié)合，采用AI-301M開關(guān)輸入輸出模塊，實現(xiàn)配料控制儀表的全自動化，將配料信息納入生產(chǎn)管理信息網(wǎng)絡(luò)。

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