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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行熔煉，利用電能使爐料熔化，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的措施都不無益處。圖1是一個帶有狀態(tài)反饋環(huán)節(jié)的微機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，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的標準信號輸入微機，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
當執(zhí)行器在開關(guān)量信號控制下進行給料時，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，適當減少總的裝料批數(shù)，增加每批的裝料量；或適當減慢給料器的速度，從而可以適當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、濕粉礦的成團甩入或料斗殘重的不斷增加等原因都可能進一步增加配料誤差。為了進一步穩(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，對配料偏差進行動態(tài)修正，才能從根本上解決問題。
配料過程的微機實現(xiàn)
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設備初始化、內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)初始化、I／O設備基本測試、A／D采集及顯示、鍵盤中斷處理、鼠標中斷處理、稱量斗故障報警、數(shù)學模型計算、動態(tài)圖形顯示等。
為了適應現(xiàn)代視窗軟件界面的風格，在屏幕的上方設計有豐富的工具條，用鼠標點擊相應的圖標后，就可以進行相應的工作，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，只要事先設置好基本參數(shù)，點擊啟動圖標，系統(tǒng)就會自動地按照原先設定的參數(shù)，準確無誤地實現(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，既減輕了工作人員的工作強度，又提高了配料的準確性。
配料數(shù)據(jù)庫設計
現(xiàn)代企業(yè)中，僅用微機完成測量和配料控制已遠遠不夠了，還需要把其中的重要信息進行存儲，以便對這些信息進行進一步的深加工，在配料精確定量分析的基礎上，增加數(shù)據(jù)處理的科學性、預見性和系統(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)生了最基礎的歷史數(shù)據(jù)，以此為起點，就可以對其進行進一步的處理和加工。
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，我們自行設計、安裝、調(diào)試、投運及日常維護，現(xiàn)在全部實現(xiàn)了微機控制。用微機進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，為了指標好，出現(xiàn)了多上料，少記錄的情況，爐臺上的指標是好了，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。現(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，設備維護量卻大大減少。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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