自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

韓 燁

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司運(yùn)營改善部，河北 張家口 075100）

鋼鐵冶金生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中很容易由于一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致鋼鐵冶金生產(chǎn)失敗[1]。自動化控制模式作為自動化控制中應(yīng)用最廣泛的內(nèi)容，是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，發(fā)展至今已經(jīng)成為一種體系成熟的控制模式，根據(jù)其獨(dú)有的傳輸性能和可編程性，對設(shè)備進(jìn)行通信邏輯控制。與此同時，自動化控制模式具有編程簡單、可靠、穩(wěn)定等優(yōu)勢，意大利科學(xué)家Sotefin，Interbark將自動化控制模式首次應(yīng)用于鋼鐵冶金生產(chǎn)中，由此開展了自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)中的研究熱潮[2]。通過輸入脈沖的頻率對鋼鐵冶金生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)動的頻率進(jìn)行控制，將鋼鐵冶金生產(chǎn)向智能化和數(shù)字化設(shè)計，為鋼鐵冶金生產(chǎn)提供了更加廣闊的發(fā)展空間。本文以此為研究依據(jù)，進(jìn)一步對鋼鐵冶金生產(chǎn)的全過程加以控制，分析自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用。致力于通過自動化控制模式，利用調(diào)制解調(diào)，提高鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中對每個環(huán)節(jié)的控制精準(zhǔn)度，以達(dá)到對鋼鐵冶金生產(chǎn)過程整體控制的目的，進(jìn)而為有關(guān)部門提供更加科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和鑒定結(jié)論，更好的為鋼鐵冶金生產(chǎn)提供助力。

1 自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

在本文進(jìn)行的自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用研究，必須首先明確鋼鐵冶金的生產(chǎn)全過程。鋼鐵冶金生產(chǎn)過程示意圖，如圖1所示。

圖1 鋼鐵冶金生產(chǎn)過程示意圖

結(jié)合圖1所示，本文在此基礎(chǔ)上將自動化控制模式應(yīng)用在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中。在研究開展前，首先，要進(jìn)行鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)定；再進(jìn)行鋼鐵冶金前的檢查工作以及準(zhǔn)備工作，通過自動化控制模式對鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的變量數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，控制鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)變量，進(jìn)行傳送；最后，通過鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制方程，在滿足自動化控制模式控制要求的情況下，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成鋼鐵冶金生產(chǎn)全過程控制。自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中應(yīng)用的主要內(nèi)容分為三步驟，逐一進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.1 計算鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制參數(shù)

基于自動化控制模式的原理，對鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的參數(shù)進(jìn)行控制[2]。自動化控制模式原理圖，如圖2所示。

圖2 自動化控制模式原理

結(jié)合圖2所示，在明確自動化控制模式原理的基礎(chǔ)上，本文選定鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中三個關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行整定，其中包括：鋼鐵冶金速度、鋼鐵冶金比例度以及活塞位移[3]。鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制參數(shù)總述表，如表1所示。

表1 鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制參數(shù)總述表

結(jié)合表1所示，基于鋼鐵冶金生產(chǎn)過程復(fù)雜、多樣化的特點(diǎn)，運(yùn)用自動化控制模式采用由內(nèi)向外逐級原則進(jìn)行鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制參數(shù)計算。首先，計算鋼鐵冶金速度 ，設(shè)鋼鐵冶金速度為，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，L 指的是回油腔液壓油流出體積；S 指的是回油腔活塞橫截面積。在此基礎(chǔ)上，計算鋼鐵冶金比例度U ，鋼鐵冶金比例度為，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，N 指的是每分鐘脈沖個數(shù)，為實(shí)數(shù)；P 指的是每發(fā)出一個脈沖所流過的油的體積。最后，計算鋼鐵冶金活塞位移，設(shè)活塞位移為H ，則其計算公式，如公式（3）所示。

通過公式（3），可得出鋼鐵冶金活塞位移，為控制鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 控制鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量

根據(jù)獲取的鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制參數(shù)得知，部分?jǐn)?shù)據(jù)是鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中頻繁使用的[4]。因此，本文運(yùn)用自動化控制模式，通過輸入脈沖的頻率對鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量定義表，如表2所示。

表2 鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量定義表

根據(jù)表2所示，完成鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量定義后，可以應(yīng)用自動化控制模式中的SingleMHz環(huán)的控制類型載波捕獲靈敏度，通過調(diào)整載波捕獲靈敏度，完成鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量控制[5]。設(shè)自動化控制模式下載波捕獲靈敏度的計算表達(dá)式為，則其計算公式△P ，如公式（4）所示。

在公式（4）中，Y 指的是控制類型；J 指的是等強(qiáng)度電平。根據(jù)上述計算公式，可實(shí)現(xiàn)對鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量的控制。

1.3 完成鋼鐵冶金生產(chǎn)全過程控制

通過控制鋼鐵冶金生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)變量，對運(yùn)用自動化控制模式后鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制的歷史趨勢進(jìn)行綜合分析[6]。以此為依據(jù)，設(shè)鋼鐵冶金生產(chǎn)全過程控制方程為E ，則其計算公式，如公式（5）所示。

在公式（5）中，kv指的是在鋼鐵冶金速度下的過程控制正序無功功率；s 指的是控制特征；W 指的是鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制誤差比例系數(shù)。通過公式（5）可以將鋼鐵冶金生產(chǎn)全過程控制看作是控制點(diǎn)的一種延伸，將鋼鐵冶金生產(chǎn)過程內(nèi)所包含的質(zhì)量控制信息無縫承接。與此同時，本文得出的控制方程表達(dá)方式能夠被計算機(jī)識別，可以通過該控制方程實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶金生產(chǎn)全過程控制。上述提出的鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制方程，是自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中應(yīng)用的亮點(diǎn)之處。利用自動化控制模式中的頻率跟蹤功能，以提升鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制信息頻率跟蹤的核心，控制A/D轉(zhuǎn)換輸出的鑄錠缺陷檢查界面。將波形器產(chǎn)生的信號作為時鐘信號，則變負(fù)載狀態(tài)下控制頻率之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，其最小值便為跟蹤點(diǎn)控制頻率的最大值。為提高鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制精度，本文通過記錄每次控制信號的金屬控制銷狀態(tài)，以此獲取鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中實(shí)時的質(zhì)量狀態(tài)。若存在當(dāng)次記錄值高于上次記錄值，保留此次數(shù)值，反之保留上一次數(shù)值，當(dāng)鋼鐵冶金生產(chǎn)過程控制信息頻率增加超過驅(qū)動電源變負(fù)載狀態(tài)下的額定值時，記錄在額定范圍內(nèi)的最大控制信息頻率。假定超聲驅(qū)動振動諧波頻率在此范圍內(nèi)，此時狀態(tài)下控制信息頻率對應(yīng)的頻率值即為關(guān)鍵變量。在實(shí)際運(yùn)用自動化控制模式進(jìn)行控制時，能夠根據(jù)獲得相關(guān)過程控制信息，實(shí)時掌握鋼鐵冶金生產(chǎn)過程情況，控制鋼鐵冶金生產(chǎn)過程。以此，實(shí)現(xiàn)自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。

2 優(yōu)化控制

從本質(zhì)上來講，冶金行業(yè)具有較高消耗、生產(chǎn)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，長期工作對從業(yè)人員身心健康造成了不良影響。不僅如此，傳統(tǒng)電氣連接線還會出現(xiàn)一些故障，而引入PLC技術(shù)，能夠改善傳統(tǒng)線路連接問題，且存儲器容量較大，能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)部程序的存儲。

PLC技術(shù)在應(yīng)用中，其內(nèi)部指令系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱訖C(jī)發(fā)出具體指令，發(fā)揮變頻調(diào)速控制功能，在接收到信號的同時，將設(shè)備的轉(zhuǎn)速等控制在合理范圍，以此來滿足高爐除塵風(fēng)機(jī)工藝要求。PLC技術(shù)在高爐出鐵時，可以借助爐臺前的紅外感應(yīng)設(shè)備感應(yīng)產(chǎn)品當(dāng)前溫度，并發(fā)出信號，變頻器能夠根據(jù)反饋的信號情況，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行頻率的調(diào)整和優(yōu)化。不僅如此，在變頻器的指令下，除塵設(shè)備能夠在預(yù)期的工頻下自動完成工作，洗出粉塵。出鐵后，鐵場紅外測溫設(shè)備，發(fā)出低溫信號，改變運(yùn)行頻率，減少能源過度消耗，達(dá)到節(jié)能減排目的。PLC技術(shù)的應(yīng)用能夠提高自動化控制水平，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)有序進(jìn)行，節(jié)省更多人力、物力，有效降低生產(chǎn)成本。

3 結(jié)語

通過自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用研究，可以確定自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用是鋼鐵冶金行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。結(jié)合上述研究內(nèi)容表明，盡管本文做出的研究已經(jīng)趨于完善，但還需要通過實(shí)例分析進(jìn)一步證明自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中應(yīng)用的有效性。希望通過本文研究，能夠激發(fā)更多學(xué)者對自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中應(yīng)用的研究熱情，加大自動化控制模式在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用力度，為日后鋼鐵冶金生產(chǎn)方面的研究提供更多的可能性。