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圓盤配料控制計(jì)算模型結(jié)合生產(chǎn)工藝、實(shí)際作業(yè)狀況及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)所需混勻料的要求，完成一系列復(fù)雜運(yùn)算，最終計(jì)算出各圓盤的流量給定值，達(dá)到混勻配料的目的。采用直接在組態(tài)軟件中加入計(jì)算模型函數(shù)，將工藝模型作為整個控制系統(tǒng)的一部分的方式實(shí)現(xiàn)模型的功能，更好地實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制功能，在通訊速度、操作的易用性等方面有明顯優(yōu)勢。

1 引言

鋼鐵企業(yè)原料場自動控制系統(tǒng)承擔(dān)全廠鐵礦石、焦煤、動力煤等主附原料的輸入、儲備、破碎、勻礦以及向各生產(chǎn)廠供料，是鋼鐵企業(yè)主業(yè)的第一道生產(chǎn)工序。本系統(tǒng)方案應(yīng)用于濟(jì)鋼第一煉鐵廠原料場，該原料場主要任務(wù)是為濟(jì)鋼燒結(jié)廠3 臺120m2燒結(jié)機(jī)提供礦石（綜合料和單配料）和燃料（煤粉和焦粉）。其主體配料工藝系統(tǒng)分為受卸系統(tǒng)、一次料場輸出系統(tǒng)、混勻預(yù)配料系統(tǒng)和供料系統(tǒng)。其中混勻預(yù)配料系統(tǒng)是提高原料質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

濟(jì)鋼第一煉鐵廠原料場現(xiàn)有混勻預(yù)配料系統(tǒng)主要由混勻礦槽、定量圓盤配料裝置、膠帶輸送系統(tǒng)、混勻堆料機(jī)及料場組成。其中圓盤配料控制系統(tǒng)是原料混勻控制的核心，配料的精確度直接影響燒結(jié)礦的品質(zhì)及其穩(wěn)定性。該原料場共有12 臺圓盤給料機(jī)及皮帶秤，圓盤給料機(jī)可變頻調(diào)速控制出料流量。圓盤配料計(jì)算模型就是結(jié)合生產(chǎn)工藝、實(shí)際作業(yè)狀況及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)所需混勻料的要求，按生產(chǎn)部門制定的配料比例完成一系列復(fù)雜運(yùn)算，最終計(jì)算出各圓盤的流量給定值，達(dá)到混勻配料的目的。

2 系統(tǒng)簡介及控制要求

2.1 圓盤配料工藝

作為原料場原料混勻控制核心的圓盤配料控制系統(tǒng)，控制的主要設(shè)備就是12 個對應(yīng)不同原料料槽的圓盤給料機(jī)，控制各配料圓盤的下料量，即混勻配料的各種原料的配料比例，達(dá)到按比例第一次混勻的目的。經(jīng)過圓盤的混合料被送到二次料場后，由1 臺堆料機(jī)進(jìn)行往復(fù)式平鋪堆料，以實(shí)現(xiàn)二次混勻。

生產(chǎn)部門根據(jù)生產(chǎn)工藝制定配料計(jì)劃，并根據(jù)配料的檢測結(jié)果調(diào)整配料計(jì)劃，由此計(jì)算出各圓盤的配料比例，并根據(jù)圓盤、皮帶、堆料機(jī)等設(shè)備情況及產(chǎn)量要求計(jì)算總的設(shè)定流量，最后根據(jù)各料倉配比計(jì)算出每個圓盤的設(shè)定流量。在計(jì)算模型中，圓盤設(shè)定流量的計(jì)算不僅要考慮料倉配比，還要考慮堆料機(jī)的參數(shù)變化，如料堆的長度、比重及料堆的堆積角度等參數(shù)。為確保混勻料的二次混勻質(zhì)量，圓盤流量的改變周期為堆料機(jī)往返一次的時間。

如果配料計(jì)劃的執(zhí)行與計(jì)算由人工完成，操作人員的勞動強(qiáng)度大，易發(fā)生誤操作，配料精度低。改由計(jì)算模型自動完成，控制給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)快速、精確配料，確保了配料精度和混勻料質(zhì)量。

2.2 圓盤配料控制要求

圓盤配料控制系統(tǒng)主要控制的設(shè)備為圓盤、圓盤對應(yīng)的皮帶稱、圓盤至二次料場所有的皮帶設(shè)備。控制任務(wù)為，當(dāng)二次料場堆料機(jī)開始堆料、相關(guān)流程正常啟動以后，圓盤配料系統(tǒng)開始工作。根據(jù)具體設(shè)備和生產(chǎn)要求，每個圓盤可選擇自動或手動方式進(jìn)行工作。在自動狀態(tài)下，圓盤按時間間隔順序啟動，這樣可避免原料在皮帶上的堆積。圓盤速度按模型計(jì)算出的每個料倉的流量給定值來確定，并根據(jù)流量的變化調(diào)節(jié)圓盤的速度。當(dāng)一堆料按設(shè)定重量堆積完成，或中途因設(shè)備等原因需要暫停時，圓盤可自動順停。在堆料過程中可任意中斷或運(yùn)行某個圓盤，而不會影響整個堆料過程。計(jì)算模型實(shí)時監(jiān)控狀態(tài)參數(shù)的變化，并根據(jù)參數(shù)的變化實(shí)時調(diào)整其余運(yùn)行圓盤的設(shè)定流量。

2.3 原料場自動控制系統(tǒng)

濟(jì)鋼第一煉鐵廠原料場自動控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊連接方式，共有5 個控制站，通訊介質(zhì)為光纖，通訊速率100 Mbps。采用這樣的控制方式，可以做到正常情況下各工作站相互配合，完成系統(tǒng)控制功能。一旦有通訊中斷的情況發(fā)生，各站點(diǎn)均有自身的配料控制器，各站可以實(shí)現(xiàn)本地的聯(lián)鎖控制以及本地設(shè)備的小流程控制。其他站仍可以在主控室進(jìn)行集中控制。主控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級設(shè)備包括3 臺主機(jī)兼操作員工作站，監(jiān)控軟件采用CitectSCADA，上位機(jī)和控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接。工作站PLC 采用施耐德公司的Quantumn系列產(chǎn)品。

2.4 系統(tǒng)軟件功能

原料場自控制系統(tǒng)選用CitectSCADA 作為系統(tǒng)組態(tài)軟件。Citect 是一種工業(yè)自動化信息管理軟件，提供簡單、集成的方案，以低廉的費(fèi)用處理來自工廠的所有控制和監(jiān)視需求，并以可靠性和靈活性著名。同時Citect 的腳本函數(shù)達(dá)400 多個，包含了幾乎所有編程語言所具有的功能函數(shù)，這也為建立數(shù)學(xué)模型提供了方便。圓盤配料數(shù)學(xué)模型包含了大量的數(shù)學(xué)分析、運(yùn)算和數(shù)據(jù)庫方面的存取功能，多采用VC、VB 等編程語言來完成模型的開發(fā)，而Citect因其腳本編程的多樣性和靈活性使得計(jì)算模型的功能能夠在其系統(tǒng)中運(yùn)行，使模型與控制系統(tǒng)完美地結(jié)合在一起。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 圓盤配料計(jì)算模型功能

圓盤配料系統(tǒng)參數(shù)畫面如圖2 所示。包括堆料計(jì)劃表、工作參數(shù)設(shè)定表、堆料計(jì)劃檔案管理等內(nèi)容。這些參數(shù)都是圓盤配料計(jì)算模型計(jì)算所需要的參數(shù)，同時修改工作參數(shù)，修改、制定生產(chǎn)計(jì)劃表，管理計(jì)劃檔案等任務(wù)也在該畫面進(jìn)行。

1）堆料計(jì)劃表。該計(jì)劃表可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，隨時修改，無需停止模型運(yùn)行，不影響堆料進(jìn)程，在系統(tǒng)運(yùn)行時實(shí)時修改更新。如某圓盤有故障停止運(yùn)行，可調(diào)整其他圓盤料倉的流量比例，更新后流量立刻轉(zhuǎn)換為新的流量比例進(jìn)行堆料。程序設(shè)定大堆階段最大值為8。

2）工作參數(shù)設(shè)定。工作參數(shù)可在堆料進(jìn)行過程中修改，修改完成只要“刷新”一下，模型就可以按新的參數(shù)計(jì)算。“保存”功能是將現(xiàn)在的參數(shù)保存在Access 數(shù)據(jù)庫中，“恢復(fù)”功能是將保存在Access數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)恢復(fù)，以免參數(shù)誤操作或遺忘時無法恢復(fù)。

3）堆料計(jì)劃檔案管理。管理者可以提前制定常用的生產(chǎn)計(jì)劃，保存在Access 數(shù)據(jù)庫中。選擇一個堆料計(jì)劃名，堆料計(jì)劃表就更新為選中的堆料計(jì)劃。堆料可在不中止的情況下進(jìn)行堆料計(jì)劃的切換?？蓪τ?jì)劃參數(shù)進(jìn)行修改，按“退出”，修改后的計(jì)劃表保存到Access 數(shù)據(jù)庫中。“更新堆料計(jì)劃表”，此功能將新的堆料計(jì)劃表內(nèi)容更新到畫面堆料計(jì)劃表區(qū)域，堆料即刻按新計(jì)劃執(zhí)行。可命名計(jì)劃名，本系統(tǒng)預(yù)留了10 個計(jì)劃空間，將常用的計(jì)劃保存在Access 數(shù)據(jù)庫中，按生產(chǎn)需要可隨時調(diào)出進(jìn)行堆料。

3.2 圓盤控制系統(tǒng)功能

1）工藝流程及設(shè)備監(jiān)控。控制系統(tǒng)可通過畫面顯示12 個圓盤料倉及累計(jì)的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，其中包括：瞬時流量（PV）、計(jì)劃流量（SP）、累計(jì)流量（WQ）、圓盤工作狀態(tài)和圓盤手自動轉(zhuǎn)換。

2）料堆參數(shù)顯示。當(dāng)大堆殘余為零時，系統(tǒng)將進(jìn)行封堆處理，計(jì)劃流量清零，并進(jìn)入手動狀態(tài)。

3）功能按鈕操作。按“自動”按鈕，圓盤配料計(jì)算模型開始工作，進(jìn)入選擇畫面，選擇“開新堆”或“繼續(xù)”。繼續(xù)堆料表示保持當(dāng)前階段號、大堆殘余、大堆實(shí)際、當(dāng)前設(shè)定流量等參數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行圓盤配料計(jì)算模型功能。選擇“開堆”或“繼續(xù)”后，圓盤將按3 s 時間間隔順序啟動，全部啟動后圓盤按當(dāng)前流量運(yùn)行。“暫停”是圓盤在運(yùn)行中因設(shè)備或生產(chǎn)原因需要暫時停止工作時的操作，與“繼續(xù)”按鈕一起使用，需要繼續(xù)工作時按“繼續(xù)”，圓盤重新順序啟動。“封堆”操作是在大堆殘余不為零時，強(qiáng)制封堆（自動堆料在大堆殘余為零時，自動執(zhí)行封堆操作）。“計(jì)劃流量清零”，將計(jì)劃流量設(shè)定為零，并改變?yōu)槭謩訝顟B(tài)。“累計(jì)流量清零”，首先把當(dāng)前各個料倉和總累計(jì)流量保存到分組數(shù)據(jù)庫中，然后把累計(jì)流量清零。分組累計(jì)流量可以通過“查詢累計(jì)流量”功能查看。“查詢累計(jì)流量”：屏幕上彈出1 個窗口顯示分組累計(jì)流量。“查詢生產(chǎn)紀(jì)錄”：屏幕上彈出1 個窗口顯示生產(chǎn)記錄。在窗口外點(diǎn)擊鼠標(biāo)自動關(guān)閉窗口。窗口中顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容分別為：堆料層數(shù)、各個料倉的瞬時流量、各個料倉的計(jì)劃流量、表示各個料倉的流量、總瞬時流量、總計(jì)劃流量、總累計(jì)流量、紀(jì)錄的時間。

記錄在正常堆料情況下每1 min 保留1 次。每次堆料開始將生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)庫以當(dāng)前日期時間的命名方式保存在歷史目錄下，然后清除當(dāng)前數(shù)據(jù)庫記錄，以保留當(dāng)前堆料的實(shí)時記錄。采用Access 數(shù)據(jù)庫，可直接作為生產(chǎn)報(bào)表及管理軟件的數(shù)據(jù)來源。

4 主要創(chuàng)新點(diǎn)

一般工藝計(jì)算模型大都采用獨(dú)立編程的方式，采用VB、VC 等易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能，易于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作的編程語言，只有有限的接口與控制系統(tǒng)連接，與控制系統(tǒng)通訊多采用OPC 的方式進(jìn)行，而且往往模型與控制系統(tǒng)是不同單位完成，雙方在通訊、實(shí)時性、兼容性等方面存在不足，從而影響整個控制系統(tǒng)的控制功能。

濟(jì)鋼第一煉鐵廠原料場圓盤計(jì)算配料模型直接作為控制系統(tǒng)的一部分，直接在系統(tǒng)組態(tài)軟件中完成。從而將工藝模型作為整個控制系統(tǒng)的一部分的方式來實(shí)現(xiàn)模型的功能，無需獨(dú)立的計(jì)算機(jī)和編程軟件，無需單獨(dú)操作，可以更好地實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制功能，在通訊速度、操作一致性等方面有明顯的優(yōu)勢，使圓盤流量的計(jì)算與圓盤系統(tǒng)及生產(chǎn)流程的控制充分結(jié)合起來，作為一個整體實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。

圓盤配料計(jì)算模型的輸出結(jié)果主要是計(jì)算圓盤設(shè)定流量，模型制定的計(jì)算公式既保證一次混勻的質(zhì)量（主要參數(shù)是生產(chǎn)計(jì)劃表的配比），又保證了二次混勻的質(zhì)量（主要參數(shù)為堆料機(jī)工作參數(shù)，變化周期采用堆料往返一次的時間，保證每層料具有相同品質(zhì)）。系統(tǒng)自動修正運(yùn)行誤差，以保證配比的準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)快速、精確配料，達(dá)到穩(wěn)定配料的目的，進(jìn)一步提高了燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。

5 結(jié)束語

濟(jì)鋼第一煉鐵廠原料場圓盤計(jì)算配料模型作為配料控制系統(tǒng)的一部分，自2007 年3 月在原料場運(yùn)行以來，與整個控制系統(tǒng)配合良好，提高了混勻礦粉的質(zhì)量，保證了燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，為高爐高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。該計(jì)算模型的應(yīng)用模式還可以用于焦化配煤、水泥等行業(yè)的控制系統(tǒng)改造。

 

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