煉鐵燒結(jié)礦槽卸礦小車自動(dòng)裝料控制方法

羅化龍，劉永志

（昆鋼股份玉溪新興鋼鐵有限公司，云南玉溪 653106）

0 引言

鋼鐵冶金生產(chǎn)流程中燒結(jié)礦作為高爐冶煉的重要礦石之一，使用占比達(dá)65%以上，使用量大，質(zhì)量和數(shù)量要求高。燒結(jié)礦使用量大的特點(diǎn)決定了鋼鐵冶金工序中燒結(jié)生產(chǎn)流程必須連續(xù)不間斷地生產(chǎn)出燒結(jié)礦，并將合格的成品燒結(jié)礦輸送到高爐礦槽內(nèi)供高爐使用。目前，燒結(jié)礦運(yùn)輸大多采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)礁郀t礦槽，用卸礦小車給燒結(jié)礦槽裝料的模式。雖然輸送燒結(jié)礦的膠帶輸送機(jī)已經(jīng)采用全自動(dòng)控制，不需要人工操作，崗位人員只需要定期進(jìn)行巡檢，但裝料環(huán)節(jié)還是采用傳統(tǒng)的人工操作。卸礦小車移動(dòng)到各礦槽進(jìn)行裝料，人工操作裝料需要頻繁地移動(dòng)小車，裝倉(cāng)操作的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且操作人員需要跟著小車行走，在礦槽建筑物立柱、除塵管道位置存在被擠壓的安全風(fēng)險(xiǎn)，另外，下料口揚(yáng)塵對(duì)崗位人員的健康存在一定的危害。對(duì)此，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝倉(cāng)過(guò)程的跟蹤和操作方式的摸索，逐步探索出根據(jù)礦槽料位情況，卸礦小車自動(dòng)移動(dòng)裝料的控制方法。

1 卸礦小車自動(dòng)裝料方法的選擇

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀查和生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)高爐燒結(jié)礦槽卸礦小車試驗(yàn)了3 種自動(dòng)裝料的控制方法。

方法1：定點(diǎn)、定時(shí)結(jié)合料位顯示裝料。此方法需要在每個(gè)礦槽中間位置卸礦小車軌道上安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，作為定點(diǎn)裝料的定位點(diǎn)，小車到達(dá)定位位置后裝料，定點(diǎn)裝料上位機(jī)給定的時(shí)間分鐘數(shù)或料位顯示最大值時(shí)卸礦小車移動(dòng)到下一個(gè)裝料點(diǎn)。此方法因?yàn)槭嵌c(diǎn)裝料，礦槽內(nèi)中間位置料位達(dá)到最高點(diǎn)后，兩邊堆息角還是沒(méi)有裝滿，礦槽容量不能充分利用，且料位計(jì)顯示異常時(shí)，定時(shí)裝料存在漫料事故和導(dǎo)致設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)料流量隨著生產(chǎn)負(fù)荷變化，時(shí)間設(shè)定難以保證裝料量的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)可靠性差。

方法2：定區(qū)間卸礦小車往復(fù)運(yùn)行裝料，根據(jù)礦槽料位顯示移動(dòng)到下一位置。此方法需要每個(gè)礦槽的兩端安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，小車在兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)之間往復(fù)運(yùn)行，避免定點(diǎn)裝料的弊端。但此方法需要卸礦小車在礦槽范圍內(nèi)不斷正反轉(zhuǎn)往返運(yùn)行，卸礦小車屬于重型結(jié)構(gòu)設(shè)備，驅(qū)動(dòng)裝置不是變頻控制，頻繁正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)容易造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、齒輪、鏈條、卸礦小車主動(dòng)輪等設(shè)備損壞。設(shè)備故障率高無(wú)法滿足燒結(jié)工序需要長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，同時(shí)，卸礦小車往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的粉塵對(duì)料位檢測(cè)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)時(shí)間的影響很大，目前沒(méi)有能滿足該工況要求的物位計(jì)。該方法在料位較高時(shí)無(wú)法保證裝倉(cāng)操作的可靠性。

方法3：卸礦小車驅(qū)動(dòng)采用變頻控制，解決全壓?jiǎn)?dòng)帶來(lái)的沖擊造成卸礦小車驅(qū)動(dòng)部分故障率高的問(wèn)題；卸礦小車位置通過(guò)多點(diǎn)定位（出于成本考慮沒(méi)有采用連續(xù)定位，如格雷母線等方式），一個(gè)倉(cāng)按3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位裝倉(cāng)，可較好地利用倉(cāng)容，避免礦槽容量得不到充分利用；礦槽料位通過(guò)固定位置測(cè)量（出于成本控制，在每個(gè)倉(cāng)中部加裝料位檢測(cè)裝置，沒(méi)有在3 個(gè)位置同步加裝物位計(jì)，且大多數(shù)物位計(jì)為雷達(dá)或超聲波裝置，同一個(gè)料倉(cāng)內(nèi)裝設(shè)多個(gè)物位計(jì)會(huì)相互干擾，影響物位檢測(cè)的準(zhǔn)確性），卸礦小車下料口安裝超聲波傳感器檢測(cè)料位，雙重測(cè)量確保裝料高限測(cè)量值可靠、可控，保障卸礦小車運(yùn)行安全（圖1）。

圖1 方法3 現(xiàn)場(chǎng)示意

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、應(yīng)用和分析對(duì)比，方法3 控制模式的可靠性最高，能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，作為最終的選擇方案。

2 控制原理

在卸礦小車上安裝一個(gè)感應(yīng)鐵片（需根據(jù)行走速度和接近開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間確定長(zhǎng)度以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性），并在小車感應(yīng)鐵片運(yùn)行軌跡對(duì)應(yīng)的每個(gè)礦槽安裝3 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)卸礦小車下料口位置的確定；以上定位信號(hào)分別接入PLC 系統(tǒng)，通過(guò)編寫程序?qū)Χㄎ恍畔⒕幪?hào)，做防干擾處理后就能準(zhǔn)確地識(shí)別出小車位置和礦槽的對(duì)應(yīng)關(guān)系。礦槽的料位監(jiān)控由安裝在礦槽中間位置的雷達(dá)料位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于是24 h 連續(xù)不間斷地進(jìn)行裝倉(cāng)作業(yè)，為滿足在不同生產(chǎn)狀態(tài)下的控制需求設(shè)置了4 種控制模式。

（1）現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)模式。在緊急情況下由人工現(xiàn)場(chǎng)控制。

（2）遠(yuǎn)程手動(dòng)模式。由中控人員在監(jiān)控界面上直接控制卸礦小車正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人而出現(xiàn)緊急情況下操作。

（3）半自動(dòng)操作模式。由中控人員指定槽位自動(dòng)裝倉(cāng)操作。

（4）全自動(dòng)操作模式。系統(tǒng)依據(jù)倉(cāng)位情況和生產(chǎn)需求情況設(shè)置裝倉(cāng)槽位的優(yōu)先權(quán)，自動(dòng)選擇裝倉(cāng)槽位，在當(dāng)前倉(cāng)位裝至高限時(shí)自動(dòng)移至需裝倉(cāng)槽位進(jìn)行裝倉(cāng)。設(shè)有行走預(yù)警，不參與裝倉(cāng)槽位選擇，小車行走超時(shí)報(bào)警，遠(yuǎn)程故障復(fù)位，倉(cāng)位顯示異常直接取消該倉(cāng)位裝倉(cāng)選擇。同時(shí)具有小車下料口倉(cāng)滿停機(jī)、料倉(cāng)倉(cāng)滿預(yù)警、停機(jī)等功能。

優(yōu)先權(quán)的設(shè)定：①依據(jù)倉(cāng)位情況對(duì)每個(gè)倉(cāng)位設(shè)置三種優(yōu)先權(quán)，即低限以下、低限至報(bào)警限、高限，其中，低限由中控人員依據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)置；②該卸礦小車可正、反方向卸料，考慮頻繁正反轉(zhuǎn)切換容易對(duì)設(shè)備造成損傷，按照優(yōu)先同一側(cè)的規(guī)則確定裝倉(cāng)槽位；③小車行走距離最短的規(guī)則確定。

卸礦小車自動(dòng)裝倉(cāng)控制程序見(jiàn)圖2，監(jiān)控界面見(jiàn)圖3。

圖2 自動(dòng)裝倉(cāng)控制程序

圖3 自動(dòng)裝倉(cāng)監(jiān)控界面

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）卸礦小車的驅(qū)動(dòng)由原來(lái)的接觸器開(kāi)閉全壓?jiǎn)?dòng)改為變頻啟動(dòng)，避免了驅(qū)動(dòng)裝置全壓?jiǎn)?dòng)沖擊力大，容易造成傳動(dòng)鏈條、主動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)裝置故障的問(wèn)題。

（2）采用變頻器控制后啟動(dòng)平滑、沖擊小，設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠。變頻控制設(shè)置3 個(gè)速度擋位，分別應(yīng)對(duì)調(diào)車（高速）、往復(fù)裝料（中速）和單槽位裝料移動(dòng)（低速）3 種應(yīng)用模式。

（3）在礦槽之間安裝固定式接近開(kāi)關(guān)，配合卸礦小車運(yùn)行方向，判定小車所在槽位。

（4）卸礦小車安裝1 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，配合礦槽位置，小車軌道架上安裝3 塊感應(yīng)鐵片，既能準(zhǔn)確判斷卸礦小車位置和槽位對(duì)應(yīng)情況，又能節(jié)約硬件投入節(jié)省投資，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位裝倉(cāng)。

（5）小車卸礦漏斗上加裝1 個(gè)超聲波料位開(kāi)關(guān)，防止裝料過(guò)高造成設(shè)備損壞，造價(jià)低、簡(jiǎn)單實(shí)用。

（6）控制開(kāi)關(guān)、程序全部為開(kāi)關(guān)量輸入輸出，程序?qū)⒘衔恍盘?hào)和高低限比較后輸出開(kāi)關(guān)量作為中間變量，此后程序控制全部采用開(kāi)關(guān)量的邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高了程序運(yùn)行的可靠性。同時(shí)在卸礦小車現(xiàn)場(chǎng)控制箱上保留手動(dòng)控制模式，自動(dòng)控制出問(wèn)題時(shí)只需要將選擇開(kāi)關(guān)選擇就地位置就可以現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制卸礦小車裝料（驅(qū)動(dòng)裝置仍為變頻控制，速度為第2 擋），確保了燒結(jié)礦輸送、裝倉(cāng)連續(xù)性和安全可靠性。

4 應(yīng)用效益

煉鐵燒結(jié)礦槽卸礦小車自動(dòng)裝料控制方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了裝料過(guò)程無(wú)人化，崗位人員只需定期巡檢設(shè)備和異常情況下手動(dòng)操作設(shè)備。礦槽裝料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，基本避免了低槽位裝料的情況，燒結(jié)礦高處掉落破損而增加槽下返礦的情況也得到改善。同時(shí)，該控制方法可以應(yīng)用于高爐焦炭、球團(tuán)礦裝料，燒結(jié)混勻礦造堆礦槽、配料室混勻礦礦槽等其余卸礦小車的控制上，以不斷提高企業(yè)的設(shè)備自動(dòng)化控制水平，逐步實(shí)現(xiàn)3D（Dangerous Dusty Duplicate，危險(xiǎn)性高、環(huán)境差、簡(jiǎn)單重復(fù)勞動(dòng)）崗位無(wú)人化操作。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)煉鐵燒結(jié)礦槽卸礦小車自動(dòng)裝料控制方法的研究，實(shí)現(xiàn)了裝料自動(dòng)化和集控室遠(yuǎn)程操作的功能，達(dá)到投資費(fèi)用低、運(yùn)行安全可靠、解放勞動(dòng)力的目的，同時(shí)避免了人工操作卸礦小車存在的崗位安全風(fēng)險(xiǎn)和卸礦小車下料口揚(yáng)塵對(duì)崗位人員造成健康危害的風(fēng)險(xiǎn)，體現(xiàn)了以人為本的企業(yè)發(fā)展理念。