燒結(jié)機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦興 李傳軍 劉永

摘 要：本文結(jié)合燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)燒以智能稱量系統(tǒng)的物料流量檢測(cè)為基本原理，配料系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件配置、軟件配置、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與通信、以及優(yōu)化控制系統(tǒng)；又說明了給料量配比自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后介紹了自動(dòng)配料系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；動(dòng)配料；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.前言

配料系統(tǒng)是整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)的源頭，它擔(dān)負(fù)著所有燒結(jié)機(jī)的混合料供應(yīng)任務(wù)。如果配料系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)就要被迫停止，如果配料發(fā)生偏差，燒結(jié)礦質(zhì)量則會(huì)受到影響。

2.配料系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)配置

2.1硬件配置

自動(dòng)化控制系統(tǒng)是基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化，包括PLC控制裝置，HMI監(jiān)控系統(tǒng)等。該系統(tǒng)由一個(gè)操作員站和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成。現(xiàn)場(chǎng)控制站采用ModiconTSXQuantum系列PLC，分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，TCP/IP通訊協(xié)議。

2.2軟件配置

監(jiān)控軟件采用功能強(qiáng)大的Citect軟件，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)過程監(jiān)控和監(jiān)督控制、報(bào)警和報(bào)警管理、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)過程控制等。

2.3網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與通信

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為控制級(jí)和監(jiān)控管理級(jí)兩級(jí)控制?？刂茖油ㄟ^光纖將配料PLC與其他系統(tǒng)PLC相連，構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，通信速率為100Mb/s。配料系統(tǒng)主站通過同軸電纜連接到遠(yuǎn)程變電站；所有變頻器通過MB+網(wǎng)絡(luò)連接到PLC。MB+子網(wǎng)。監(jiān)控管理層采用C/S結(jié)構(gòu)，并通過交換機(jī)與各個(gè)PLC實(shí)時(shí)通訊。并考慮在主開關(guān)上留下另一個(gè)燒結(jié)機(jī)接口和輔助系統(tǒng)接口。如果增加一個(gè)工廠級(jí)信息管理網(wǎng)絡(luò)，可以使用光纖以太網(wǎng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接到生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快速查詢和共享。

2.4優(yōu)化控制系統(tǒng)

配料優(yōu)化控制系統(tǒng)由優(yōu)化的配料和成分控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)根據(jù)原材料分析成分，參與的原材料產(chǎn)品名稱，成品分析數(shù)據(jù)和成品目標(biāo)成分自動(dòng)計(jì)算配料系統(tǒng)的配料比例，并根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)將比例分配給各比例尺用戶的需求和生產(chǎn)習(xí)慣。優(yōu)化的配料系統(tǒng)由優(yōu)化的配比篩選和優(yōu)化的配料篩選組成：優(yōu)化的配料篩選包括產(chǎn)品名稱選擇，手工設(shè)定比例和成分預(yù)測(cè)，成分系統(tǒng)計(jì)算比例，實(shí)際采用比例，含水量和物料設(shè)定量，每種材料的實(shí)際用量，故障顯示，這部分主要用于監(jiān)測(cè)不同物料；配料篩選的優(yōu)化包括選礦類型，運(yùn)行狀態(tài)，切割的自動(dòng)/手動(dòng)設(shè)置，配料設(shè)定值的偏差，物料供給量的校正，這部分屏幕主要針對(duì)監(jiān)視每個(gè)配料秤。

3.給料量配比自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制系統(tǒng)包括PLC控制器和HMI監(jiān)控屏幕。HMI監(jiān)控屏幕顯示了六種類型的材料：鐵原料，焦炭粉，煤炭，除塵，石灰石和返回礦石。總共有13個(gè)材料名稱。和料位筒倉(cāng)。點(diǎn)擊屏幕上的垃圾箱可以輸入和切出垃圾箱。每個(gè)倉(cāng)的相應(yīng)倉(cāng)回收器和皮帶秤根據(jù)倉(cāng)的輸入和輸出來確定倉(cāng)的開始和停止。

HMI監(jiān)控畫面中的表格顯示的自動(dòng)配料數(shù)據(jù)可由操作員方便地控制和記錄。表中包含原料混合料預(yù)混料的總量和實(shí)際量，各輔料的比例，各料倉(cāng)的比例，設(shè)定值和出料量的實(shí)際值。配料系統(tǒng)的控制方式分為單控制和串級(jí)控制。兩種控制方法的輸入?yún)?shù)不同，但都是通過批處理表輸入的?？刂瞥绦?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算輸入數(shù)據(jù)下的材料數(shù)量。

當(dāng)配料系統(tǒng)選擇單一控制時(shí)，操作員在料料數(shù)量設(shè)定欄中輸入預(yù)混料設(shè)定值和其他輔料分配比率，并輸入料倉(cāng)分配比例欄中各料倉(cāng)所需配比百分比。對(duì)于每個(gè)輸入值，控制程序根據(jù)計(jì)算方法自動(dòng)計(jì)算每個(gè)物料倉(cāng)的重量。配料系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)設(shè)定的重量比例稱量輸入料倉(cāng)的相應(yīng)配料秤，不再操作料倉(cāng)配料秤。當(dāng)配料系統(tǒng)選擇級(jí)聯(lián)控制時(shí)，操作人員只需要在料位設(shè)定值欄輸入預(yù)混料設(shè)定值和其他輔料分配比例，不需要設(shè)置料位分配比例，控制程序基于輸入筒倉(cāng)自動(dòng)分配比例和相應(yīng)的待排料量，同時(shí)自動(dòng)分配最終筒倉(cāng)作為調(diào)整箱，用于補(bǔ)償物料偏差總量的變化確保待排放物料的穩(wěn)定性。配料系統(tǒng)只進(jìn)入料倉(cāng)，當(dāng)運(yùn)行中料倉(cāng)水位低于報(bào)警值或配料秤不合格時(shí)，料倉(cāng)將自動(dòng)切斷，控制程序會(huì)自動(dòng)再次自動(dòng)分配料倉(cāng)比例。確保飼喂量的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

通過單控和串級(jí)控制，計(jì)算每個(gè)料倉(cāng)的物料設(shè)定值。根據(jù)設(shè)定值，PLC使用內(nèi)部PID控制器來調(diào)整變頻器的配料秤的轉(zhuǎn)速。該調(diào)整過程形成閉環(huán)控制回路。穩(wěn)定的連續(xù)配料以確保系統(tǒng)的實(shí)際波動(dòng)量在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)稱重儀表或變頻故障時(shí)，程序?qū)⑼Ｖ瓜鄳?yīng)的配料秤控制回路并切出相應(yīng)的料倉(cāng)。同時(shí)，級(jí)聯(lián)控制程序?qū)⒅匦路峙淞蟼}(cāng)比率，單個(gè)控制器需要操作員進(jìn)一步手動(dòng)調(diào)整。

4.自動(dòng)配料系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

智能電子皮帶秤是一種帶電子稱重裝置的單機(jī)計(jì)量輸送帶。它主要由主動(dòng)從動(dòng)輥，環(huán)形帶，擺線針輪減速器，物料擋板和稱重傳感器組成。電子皮帶秤的信號(hào)輸入到ModiconTSXPremium稱重模塊，編程人員可對(duì)程序進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零，間隔調(diào)整，編碼校準(zhǔn)，靜態(tài)校準(zhǔn)，電流輸出和通信功能。電子皮帶秤配有偏差裝置，確保皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)良好。支點(diǎn)采用無摩擦橡膠耳軸支架，線性好，使用壽命長(zhǎng)，防水防塵防腐性能強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，傳感器采用雙層氮?dú)獬涮蠲芊猓€(wěn)定性好，不易損壞破損。自動(dòng)配料系統(tǒng)上電后，皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，微處理器根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)速度。料斗中的物料落在下料區(qū)域，通過皮帶運(yùn)送到稱重區(qū)域。皮帶上的物料由電子皮帶秤稱重。稱重傳感器根據(jù)所施加的力的大小輸出電壓信號(hào)，并由變送器放大以輸出與材料重量成比例的測(cè)量水平信號(hào)。該信號(hào)被送到上位機(jī)的接口，經(jīng)采樣后轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)，當(dāng)前流量值顯示在上位機(jī)上。同時(shí)將這個(gè)流量信號(hào)發(fā)送到PLC接口，與主機(jī)設(shè)定各種配料給定值進(jìn)行比較，然后調(diào)節(jié)運(yùn)行，將控制量發(fā)送到變頻器，以改變變頻器輸出值，從而改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。調(diào)整給定量使其等于設(shè)定值并完成自動(dòng)批處理過程。自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成如圖3所示。

在流量實(shí)際控制中采用工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的PID調(diào)節(jié)，根據(jù)流量偏差，利用比例、積分和微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制，控制量輸入和輸出（誤差）之間的關(guān)系在時(shí)域中可表示為

式中，e（t）表示誤差、控制器輸入；u（t）是控制器的輸出；kp為比例系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。圖2為系統(tǒng)流量PID閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。在生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，以主料成分的流量計(jì)量為依據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，通過上位機(jī)設(shè)定出總流量及主、輔料配比參數(shù)，按配方比例摻雜其余輔料。流量計(jì)量控制是計(jì)量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠和調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。

5.結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)配料系統(tǒng)的正常運(yùn)行是燒結(jié)礦品位穩(wěn)定的前提條件，提高了配料的精確度，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，保證了該廠燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

參考文獻(xiàn)：

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