KR脫硫升降小車系統(tǒng)智能控制策略

改造者：祝兵權(quán) 葉 靜

KR脫硫升降小車系統(tǒng)智能控制策略

改造者：祝兵權(quán) 葉 靜

本文針對目前KR脫硫升降小車系統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，提出了一種智能控制策略，并詳細闡述了該策略的控制流程。依據(jù)該控制流程能夠?qū)崿F(xiàn)升降小車系統(tǒng)的全自動控制，并通過設(shè)置上升甩渣與定位甩渣子流程，有效地解決了攪拌器葉片堆渣問題。

KR脫硫是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)優(yōu)化工藝流程的重要手段，具有脫硫能力深、脫硫能耗低、冶煉周期短等優(yōu)點，是冶煉高品質(zhì)鋼材的優(yōu)良選擇，深受各鋼廠厚愛。

升降小車系統(tǒng)是KR脫硫的核心設(shè)備，它的控制也就成了KR脫硫安全、有效、經(jīng)濟、快速生產(chǎn)的關(guān)鍵。升降小車系統(tǒng)主要包括升降小車、升降小車卷揚裝置（以下簡稱卷揚裝置）、升降小車定位夾緊裝置（以下簡稱夾緊裝置）、攪拌裝置等設(shè)備，升降小車由卷揚裝置通過鋼絲繩拖動做上下運行，攪拌裝置安裝在升降小車上，用于拖動攪拌器旋轉(zhuǎn)攪拌，夾緊裝置用于固定升降小車，以防止攪拌器旋轉(zhuǎn)時因升降小車導(dǎo)軌與升降小車之間的間隙而晃動。目前升降小車系統(tǒng)控制策略存在以下幾類問題：升降小車等設(shè)備多為通過計算機集中手動控制，即由操作人員根據(jù)工序逐步操作對升降小車系統(tǒng)進行控制，手動操作大大增加了工人的勞動強度，易造成生產(chǎn)事故，同時延長了生產(chǎn)周期，增大了脫硫前后鐵水溫差，給下一道煉鋼工序造成不利影響；鐵水攪拌處理后鐵水表面浮有一層較厚的鐵水渣，現(xiàn)有控制策略下攪拌器提升時攪拌器葉片上便會形成堆積，往往處理幾罐后葉片上便堆渣高達300～400mm，當堆積比較嚴重時，攪拌器葉片輪廓改變，攪拌漩渦難以形成，導(dǎo)致脫硫劑無法順利被漩渦帶進鐵水，從而增加脫硫劑耗量，并加速了攪拌頭耐材的腐蝕，目前在線刮渣裝置使用不理想，只能在離線狀態(tài)下人工刮渣，嚴重影響了生產(chǎn)進度。

本文針對現(xiàn)有控制策略的不足，為KR脫硫升降小車系統(tǒng)提供一種智能控制策略，實現(xiàn)升降小車系統(tǒng)的全自動控制，實現(xiàn)正常生產(chǎn)時攪拌器葉片少帶渣，甚至是不帶渣，保證生產(chǎn)的連貫性，縮短生產(chǎn)周期。

工藝流程簡介

KR脫硫的基本方法是采用一個澆筑有耐火材料外襯的三葉或四葉攪拌器，插入到鐵水罐鐵水液面下一定深度進行旋轉(zhuǎn)攪拌，使鐵水產(chǎn)生漩渦，將投入到鐵水表面的定量脫硫劑卷入并與鐵水充分混合發(fā)生脫硫反應(yīng)，達到脫硫的目的。

圖1中升降小車、卷揚裝置、夾緊裝置及攪拌裝置等設(shè)備屬于升降系統(tǒng)，料倉、稱量斗、加料溜槽、手動插板閥及旋轉(zhuǎn)給料器屬于加料系統(tǒng)，鐵水罐車屬于地面車輛系統(tǒng)。

圖1中升降小車等待位與甩渣位是機械限位，其高度由工藝確定，固定不變，攪拌位是根據(jù)鐵水液面高度計算而來的，它隨每罐鐵水液面的高度改變而改變。

圖1　KR脫硫工藝布置簡圖

控制策略

將升降小車系統(tǒng)整個控制流程分為下降定位、攪拌脫硫、上升甩渣、定位甩渣、返回待機位五個子流程。KR脫硫控制系統(tǒng)發(fā)出升降小車系統(tǒng)自動運行命令后，各子流程之間將建立邏輯關(guān)系，前一子流程的完成是后一子流程的啟動信號，從第一個子流程開始執(zhí)行，直至執(zhí)行完第五個子流程，完成整個控制流程，若前面四個子流程執(zhí)行中任一個出現(xiàn)故障，則停止執(zhí)行當前子流程，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第五個子流程，同時畫面上報警，若第五個子流程執(zhí)行中出現(xiàn)故障，則停止執(zhí)行當前整個控制流程，同時畫面上報警。當控制系統(tǒng)未發(fā)出升降小車系統(tǒng)自動運行命令時，各個子流程之間是相互獨立的，不存在運行的邏輯順序，當?shù)谖鍌€子流程執(zhí)行完或該子流程出現(xiàn)故障，各個子流程之間運行邏輯順序自動取消。

首先分配寄存器Rxy（其中x=0，1，2，3，4，5； y=0，1，2）以存儲整個控制流程以及各子流程運行狀態(tài)，如表1為各寄存器的數(shù)值含義，其中Rx0表示流程是否正在執(zhí)行，Rx1表示流程是否執(zhí)行完，Rx2表示流程執(zhí)行中是否出現(xiàn)故障。

表1　寄存器數(shù)值與含義對照表

圖2　升降小車系統(tǒng)控制流程圖

圖3　下降定位子流程的控制流程圖

如圖2所示，當?shù)孛孳囕v系統(tǒng)以及其它系統(tǒng)準備好后，控制系統(tǒng)發(fā)出升降小車系統(tǒng)自動運行命令（同時將各寄存器復(fù)零），進入升降小車系統(tǒng)自動控制流程，R00置1；然后進入下降定位子流程，R10置1，若該子流程無故障執(zhí)行完，則R10復(fù)0、R11置1；然后進入攪拌脫硫子流程，R20置1，若該子流程無故障執(zhí)行完，則R20復(fù)0、R21置1；然后進入上升甩渣子流程，R30置1，若該子流程無故障執(zhí)行完，則R30復(fù)0、R31置1；然后進入定位甩渣子流程，R40置1，若該子流程無故障執(zhí)行完，則R40復(fù)0、R41置1；以上各子流程順利執(zhí)行完或任一子流程執(zhí)行中出現(xiàn)故障（子流程出現(xiàn)故障則將相應(yīng)Rx0復(fù)0、Rx2置1），則進入返回等待位子流程，R50置1，若該子流程無故障執(zhí)行完，則R50復(fù)0、R51置1，若該子流程執(zhí)行中出現(xiàn)故障，則R50復(fù)0、R52置1；返回等待位子流程無故障執(zhí)行完或執(zhí)行中出現(xiàn)故障后，進行流程運行狀態(tài)判定，若各子流程無故障執(zhí)行完，則R00復(fù)0、R01置1，若任一子流程執(zhí)行中出現(xiàn)故障，則R00復(fù)0、R02置1，提示出現(xiàn)故障的子流程并在畫面上報警。

圖4　攪拌脫硫子流程的控制流程圖

下降定位子流程控制策略

如圖3所示，進入該子流程后（寄存器R10置1），首先判斷升降小車系統(tǒng)是否故障，若無故障則從二級系統(tǒng)讀取鐵水液面高度或根據(jù)鐵水重量計算鐵水液面高度，從而根據(jù)工藝要求計算出攪拌器應(yīng)插入鐵水液面下的深度，得到升降小車應(yīng)到達的高度（即攪拌位）；然后松開夾緊裝置，同時啟動定時器T1；夾緊裝置松開到位后啟動卷揚裝置，卷揚裝置下降至攪拌位后停止運行；以上順利執(zhí)行完后復(fù)位定時器T1，寄存器R10復(fù)0、R11置1。

若該子流程運行時間超過設(shè)定值或升降小車系統(tǒng)故障則下降定位子流程故障，寄存器R10復(fù)0、R12置1。

定時器T1～T5是為了防止其所在子流程程序進入死循環(huán)而設(shè)置的時間控制器，若該子流程運行時間超過設(shè)定值則下降定位子流程故障，若該子流程在設(shè)定時間范圍內(nèi)執(zhí)行完則定時器T1復(fù)位。

攪拌脫硫子流程控制策略

如圖4所示，進入該子流程后（寄存器R20置1），首先判斷升降小車系統(tǒng)是否故障，若無故障則壓緊夾緊裝置，同時啟動定時器T2；夾緊裝置壓緊到位后啟動攪拌裝置，加速旋轉(zhuǎn)攪拌器，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度達到設(shè)定的加料門檻速度后，請求加料系統(tǒng)加料；加料系統(tǒng)開始加料后，繼續(xù)加速旋轉(zhuǎn)攪拌器直至達到設(shè)定的工作速度，此時開始累計攪拌時間；攪拌時間達到設(shè)定值后，復(fù)位定時器T2，寄存器R20復(fù)0、R21置1。

若該子流程運行時間超過設(shè)定值或升降小車系統(tǒng)故障則攪拌脫硫子流程故障，寄存器R20復(fù)0、R22置1。

上升甩渣子流程控制策略

如圖5所示，進入該子流程后（寄存器R30置1），等待加料完成信號，若未有加料完成信號則畫面通知人工確認加料完成；加料完成信號到達或人工確認后，判斷升降小車系統(tǒng)是否故障，若無故障則減速旋轉(zhuǎn)攪拌器，同時啟動定時器T3；攪拌器旋轉(zhuǎn)速度減少至其工作速度的約2/3后松開夾緊裝置；夾緊裝置松開到位后，啟動卷揚裝置將升降小車提升至甩渣位；然后停止卷揚裝置并復(fù)位定時器T3，寄存器R30復(fù)0、R31置1。

若該子流程運行時間超過設(shè)定值或升降小車系統(tǒng)故障則上升甩渣子流程故障，寄存器R30復(fù)0、R32置1。

定位甩渣子流程控制策略

如圖6所示，進入該子流程后（寄存器R40置1），首先判斷升降小車系統(tǒng)是否故障，若無故障則壓緊夾緊裝置，同時啟動定時器T4；夾緊裝置壓緊到位后加速旋轉(zhuǎn)攪拌器，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度達到其上限速度后，開始累計甩渣時間；甩渣時間達到設(shè)定值后，復(fù)位定時器T4，寄存器R40復(fù)0、R41置1。

若該子流程運行時間超過設(shè)定值或升降小車系統(tǒng)故障則定位甩渣子流程故障，寄存器R40復(fù)0、R42置1。

圖6　定位甩渣子流程的控制流程圖

圖7　返回等待位子流程的控制流程圖

返回等待位子流程控制策略

如圖7所示，進入該子流程后（寄存器R50置1），首先判斷升降小車系統(tǒng)是否故障，若無故障則減速旋轉(zhuǎn)攪拌器，同時啟動定時器T5；攪拌器旋轉(zhuǎn)速度減少至其工作速度的1/5后，停止攪拌裝置，松開夾緊裝置；夾緊裝置松開到位后，啟動卷揚裝置將升降小車提升至等待位；然后停止卷揚裝置并復(fù)位定時器T5，寄存器R50復(fù)0、R51置1。

若該子流程運行時間超過設(shè)定值或升降小車系統(tǒng)故障則返回等待位子流程故障，寄存器R50復(fù)0、R52置1。

定時器T1是為了防止下降定位子流程程序進入死循環(huán)而設(shè)置的時間控制器，若該子流程運行時間超過設(shè)定值則下降定位子流程故障，若該子流程在設(shè)定時間范圍內(nèi)執(zhí)行完則定時器T1復(fù)位。

結(jié)束語

本文所述控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)升降小車系統(tǒng)的全自動控制，為KR脫硫?qū)崿F(xiàn)“一鍵”脫硫奠定了基礎(chǔ)，并通過設(shè)置上升甩渣與定位甩渣子流程，有效的解決了攪拌器葉片堆渣問題。在山東某鋼廠300tKR脫硫的實際應(yīng)用中，保障了生產(chǎn)的連貫性，縮短了生產(chǎn)周期，降低了脫硫劑耗量，減輕了操作工勞動強度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.041