燒結(jié)配料室自動(dòng)配料電氣控制研究

高云 張鵬

摘 要：燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序，是高爐原料生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其工藝過(guò)程是根據(jù)燒結(jié)和高爐生產(chǎn)的要求，且燒結(jié)礦成本低，對(duì)控制鐵水成本有較大的影響因素，盡管大多數(shù)燒結(jié)工藝投資了自動(dòng)配料，有的甚至改造過(guò)不止一次，耗費(fèi)了大量資金，但最終能可靠運(yùn)行，性能投資比高的則為數(shù)不多。針對(duì)燒結(jié)作業(yè)區(qū)所用原料來(lái)源雜，給燒結(jié)礦的堿度和SiO2穩(wěn)定率帶來(lái)不利影響問(wèn)題，通過(guò)了解配料室的工藝流程、自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理組成、功能及其自動(dòng)配料的實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在配料室投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐改造使用，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行可靠、性能投資比高的目標(biāo)，成功完成了對(duì)燒結(jié)原料配料任務(wù)，提高了配料準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)配料;PLC閉環(huán)控制;PID參數(shù)的選定

1、序言

燒結(jié)作業(yè)區(qū)所用的含鐵原料所用含鐵原料來(lái)源雜、成分波動(dòng)大。對(duì)燒結(jié)礦的堿度和SiO2穩(wěn)定率帶來(lái)不利影響，這就對(duì)自動(dòng)配料有了較高的要求，為了彌補(bǔ)這一不足，消除原設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)造成的頻繁調(diào)節(jié)而導(dǎo)致系統(tǒng)的小幅度的振蕩，穩(wěn)定燒結(jié)原料成分，提高控制精度，對(duì)配料室自動(dòng)配料控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)踐改造。

2、自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的原理及功能

系統(tǒng)采用羅克韋爾公司AB大型控制PLC系統(tǒng)，其工藝流程為：各種含鐵原料用電子配料系統(tǒng)按工藝需求來(lái)設(shè)定各種料礦的配比由皮帶運(yùn)輸機(jī)送至混合機(jī)混勻。自動(dòng)控制系統(tǒng)是以配比計(jì)算、瞬時(shí)量、累積量自動(dòng)下料做的閉環(huán)控制。系統(tǒng)中皮帶運(yùn)輸機(jī)、自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制由1756-L62 PLC控制系統(tǒng)來(lái)完成。

3、自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

上位機(jī)操作系統(tǒng)為Windows 7，組態(tài)軟件采用RSView 32，其圖形化界面可動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的狀態(tài)，顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)，具有良好的人機(jī)界面。操作人員僅通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕聯(lián)鎖控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟動(dòng)，通過(guò)鍵盤(pán)輸入各種料礦的配比，因此，這樣的操作簡(jiǎn)單明了。下位機(jī)采用CPU模塊、模擬量輸入/輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊。

4、原設(shè)計(jì)自動(dòng)配料閉環(huán)控制方式

通過(guò)設(shè)定值和輸入的模擬量，通過(guò)PID計(jì)算功能塊以模擬量輸出到變頻器進(jìn)行聯(lián)系控制的功能，其中每一個(gè)模擬量輸出通道對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的流量調(diào)節(jié)控制。

自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中一臺(tái)變頻器同時(shí)控制皮帶秤和圓盤(pán)給料機(jī)，系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，下料量忽高忽低，對(duì)配料造成很大的波動(dòng)，崗位操作人員要經(jīng)常跑盤(pán)測(cè)料，工作量很大。后面加水的工序生產(chǎn)難度加大，不好控制加水量。

5、改造自動(dòng)配料閉環(huán)控制方式

5.1 原控制系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)多，占用模擬量通道多，任務(wù)復(fù)雜，PLC CPU模塊要進(jìn)行實(shí)時(shí)大量PID計(jì)算，CPU負(fù)擔(dān)重。改造采用稱(chēng)重控制器JY-LW124閉環(huán)控制模塊的PID工作基理：處于來(lái)自外界的各種擾動(dòng)不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值保持恒定的目的，控制作用就不斷的進(jìn)行。若擾動(dòng)出現(xiàn)使得現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值（簡(jiǎn)稱(chēng)被控參數(shù)）發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)原件就會(huì)將這種變化記錄傳送給閉環(huán)控制模塊，改變過(guò)程變量值（簡(jiǎn)稱(chēng)PV值），送至PID控制器的輸入端，并與其給定值（檢查SP值）進(jìn)行比較得到偏差值（簡(jiǎn)稱(chēng)e值），閉環(huán)控制模塊按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出4～20mA控制信號(hào)，去改變變頻器的運(yùn)行頻率，從而使現(xiàn)場(chǎng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，并趨于給定值（SP值），以達(dá)到控制目的。

5.2 原來(lái)的變頻器同時(shí)控制上下級(jí)設(shè)備，這種控制復(fù)雜，精確度低，波動(dòng)較大。改造為變頻器只控制圓盤(pán)給料機(jī)，皮帶秤工頻運(yùn)行之后，下料量比較穩(wěn)定了。也就是給了各自明確的分工，圓盤(pán)給料機(jī)負(fù)責(zé)通過(guò)JY-LW124閉環(huán)控制模塊的PID控制下料，皮帶秤僅負(fù)責(zé)通過(guò)速度傳感器值和稱(chēng)重傳感器值計(jì)算得出瞬時(shí)量，更加便于PID控制。

6、PID被控參數(shù)的選定

選擇被控參數(shù)是自動(dòng)配料中的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)、改善勞動(dòng)條件，提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量、質(zhì)量等具有決定性的意義。若被控參數(shù)選擇不當(dāng)，則無(wú)論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進(jìn)的過(guò)程檢測(cè)控制設(shè)備，很難達(dá)到預(yù)期的控制效果。

因?yàn)橛绊懣刂茖?duì)象值變化的擾動(dòng)很多，并非所有擾動(dòng)都必須加以控制，所以正確選定被控參數(shù)顯得尤為重要。選擇被控參數(shù)要根據(jù)配料生產(chǎn)工藝要求，深入分析生產(chǎn)工藝過(guò)程，找出對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等具有決定性作用，能較好反映工藝生產(chǎn)狀態(tài)變化的參數(shù)，這些參數(shù)又是人工控制難以滿足要求，或操作十分緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度很大，客觀上要求進(jìn)行自動(dòng)控制的參數(shù)，作為被控參數(shù)。

在此，必須指出自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中，直接參數(shù)的選擇并不是隨意的，通過(guò)生產(chǎn)工藝過(guò)程特征進(jìn)行深入分析，才能做出正確選擇。

7、JY-LW124閉環(huán)控制模塊PID控制參數(shù)的選定

PID控制器的參數(shù)整定不是唯一的，事實(shí)上比例、積分和微分三部分作用相互影響。為此，根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各種不同被控對(duì)象的PID的參數(shù)都有其固定的范圍。這就給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供了一個(gè)基準(zhǔn)，在這個(gè)經(jīng)驗(yàn)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合JY-LW124閉環(huán)控制模塊的經(jīng)驗(yàn)值，我們使用湊試法確定了PID控制參數(shù)。

湊試法就是根據(jù)PID控制器各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響長(zhǎng)度，邊觀察系統(tǒng)的運(yùn)行，邊修改參數(shù)直到滿意。一般情況下，增大比例系數(shù)P會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩使穩(wěn)定性變差。減少積分系數(shù)I將減少積分作用，有利于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度會(huì)變慢。增加微分系數(shù)D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)趨勢(shì)。因此可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行線比例，后積分，再微分的步驟進(jìn)行整定。在自動(dòng)配料調(diào)節(jié)過(guò)程中，僅使用比例調(diào)節(jié)與積分調(diào)節(jié)就可以了。系數(shù)部分的整定遵循下述過(guò)程：

（1）比例部分整定：首先將積分系數(shù)I和微分系數(shù)D取零，即取消微分和積分作用，采用純比例系數(shù)P=1，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)，直至速度快，且有一定范圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差符合規(guī)定范圍的變化曲線以滿足生產(chǎn)要求，那么只需要用純比例調(diào)節(jié)即可。

（2）積分部分整定：如果比例控制系統(tǒng)的靜差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，這時(shí)可以加入積分作用。在整定過(guò)程中向小逐漸增加，積分作用就逐漸增強(qiáng)，觀察輸出會(huì)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的靜差會(huì)逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗(yàn)到調(diào)節(jié)速度滿意為止。這時(shí)的超調(diào)量會(huì)比原來(lái)加大，適當(dāng)降低一點(diǎn)比例系數(shù)P值即可。

經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試后，JY-LW124閉環(huán)控制模塊調(diào)節(jié)過(guò)程可以達(dá)到響應(yīng)走勢(shì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料系統(tǒng)得到快速調(diào)節(jié)控制的目的。在實(shí)際過(guò)程控制中，為使現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程值在較理想的時(shí)間內(nèi)跟定SP值，如何確定選用何種控制或控制組合來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)控制顯得十分重要。

8、結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)配料正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)燒結(jié)礦品位穩(wěn)定的首要條件，經(jīng)過(guò)改造實(shí)踐使用摸索出了符合生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行較以前可靠，性能穩(wěn)定，提高了配料準(zhǔn)確性，保證了燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)步提高，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還減小了崗位人員的勞動(dòng)量。

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作者簡(jiǎn)介：

高云（1966-2） 學(xué)歷：本科? 性別：男? ?籍貫：甘肅武威

研究方向： 設(shè)備管理? ?職 稱(chēng)：副高級(jí)工程師