本文章介紹了某燒結廠混勻料場的工藝流程、控製係統的組成結構、功能及自動配料係統的應用和效果。

　長期以來,由於某燒結廠所用的含鐵原料來源雜,成份波動大,給燒結礦的TFe和SiO2穩定率帶來不利影響,為彌補這一不足,安鋼於1998年投資興建了二次混勻料場。混勻料場運轉正常與否,直接影響燒結礦的產量和質量,所以對其控製係統提出了較高的要求。

1　係統概況

混料場主要工藝設備包括汽車受料槽、皮帶運輸機及轉運站、高位料倉、圓盤給料機、一台懸臂式堆料機和兩台鬥輪式取料機。含鐵原料由汽車拉至汽車受料槽,再經皮帶機和轉運站送至高位料倉,通過自動配料係統按一定的配比下料,經皮帶機送到堆料機混勻堆放。取料機截取後再經皮帶機送到配料室的鐵礦倉。電氣控製設備主要有一套西門子S7-400PLC、一套S5-115UPLC、兩台S7-200PLC和各種電機和變頻器。

2　PLC控製係統的組成及原理

為保證混勻料場整個控製係統的精確性、穩定性和可靠性,係統中堆料機取料機除位置信號送主控室西門子S7-400係統外,其餘的堆料、取料動作控製由其自帶的PLC負責完成。其中堆料機由西門子S5-115UPLC控製,取料機由西門子S7-200PLC控製。其餘的皮帶機、轉運站、自動配料係統的控製則由西門子S7-400PLC控製係統來完成。現將其分別介紹如下:

2.1　主控室S7-400PLC控製係統

整個混勻料場,除堆料機和兩台取料機外,其他所有的電氣設備的控製都由這套PLC係統集中控製,所以其點數多、任務複雜。

係統由上位機和下位機兩部分組成。其上位機采用研華PⅡ工控機,操作係統為Windows98,組態軟件采用SIMATICWINCC4.0,其圖形化界麵可動。

態顯示現場各種設備的運行狀態,顯示係統運行的各種參數,操作人員可以通過用鼠標點擊按鈕來控製現場設備的啟停,更該係統的運行參數,操作簡單明了,具有良好的人機界麵。下位機係統采用本地主控製站和遠程I/O,主站和遠程I/O的通訊采用PROFIBUS-DP現場總線,主站為S7-400PLC,由電源模板、CPU模板、閉環控製模板、信號模板和擴展模板組成。其CPU模板采用CPU413-2DP,內置支持多點通訊的MPI接口,並能通過PROFIBUS-DP總線與遠程分布式I/O或現場智能稱重控製儀表通訊。閉環控製模板采用FM455-U,模板自帶模擬量輸入輸出和開關量輸入輸出通道,可以在不占用主處理器資源的情況下完成閉環控製。采用PID算法控製自動配料係統的配料。信號模板包括數字量輸入/輸出模板、模擬量輸入/輸出模板。從站包括掛在PROFIBUS-DP總線上的三套ET200M,每套ET200M帶一定數量的開關量或模擬量點,通過總線與主站通訊,就近控製離主控室較遠的設備的運行,這樣使得整個係統的布線更簡單,結構更合理。上位機和下位機通過MPI接口通訊。

2.2　自動配料控製係統

自動配料係統采用質量配料法,各種含鐵原料按計算好的配比通過電子配料稱配料。配料的精確度直接影響燒結礦的TFe含量的穩定性,所以對控製係統提出了較高的要求。自動配料係統主要由閉環控製模板FM455-U、圓盤給料機、電子皮帶稱、稱重顯示器、變頻器等組成(如圖3所示)。各種原料的配比由操作人員通過上位機設定,物料的K8凯发登录入口經電子皮帶秤、稱重顯示器轉換為4～20mA信號輸入到閉環控製模板的功能模塊,經A/D轉換器轉換為數字量,與設定值比較,再經過PID運算,得到控製量的數字值,經D/A轉換器轉化為4～20mA的模擬量給變頻器,變頻器根據這個信號控製圓盤給料機電機的轉速,從而使各台圓盤給料機的給料量緊緊圍繞在其設定值的周圍,實現自動配料功能。

采用的PID算法簡介如下:設Yr(t)為t時刻的下料量的設定值,Y(t)為t時刻的實際下料量,則e(t)=Yr(t)-Y(t)為t時刻的下料偏差,設此時係統的控製輸出為u(t),則

　u(t)=Kp{e(t)+1/ti∫e(t)dt+td[de(t)/dt]}式中:Kp、ti、td———分別為比例係數、積分時間常數、

微分時間常數。調整上述三個係數就可以改變控製輸出,得到較好的控製效果。

2.3　堆料機、取料機控製係統

堆料機由一套西門子S5-115UPLC集中控製,操作員通過操作麵板輸入或改變堆料機運行參數,通過輸入輸出模板控製堆料機的走行速度、走行方向及其懸臂的仰俯和各個設備間的連鎖等動作。取料機控製采用相對簡單的S7-200PLC,主要控製取料機大車的走行、取料方向、取料機鬥輪的順序啟停和鬥輪的取料深度等動作。

3　係統實現的功能

1)按照生產需要選擇上料流程、堆料流程、取料流程、應急取料流程等不同的流程,並控製流程上設備的順序啟動、同時啟動、順序停止、同時停止、緊急停止、故障停止等。

2)可以根據生產需要選擇不同的含鐵原料,改變或設定各種含鐵原料的配比,通過自動配料控製係統實現所選原料的按配比下料。

3)報表打印功能:可以在每次改變配比後將原配比和新配比打印出來;可以統計各班的配料總量、各種原料的消耗量,在當班結束時打印出來;統計每月的配料總量、各種原料的月消耗量,每月末以報表的形式打印出來。

4)報警功能:本配料係統可以在生產過程中實時監控各種關鍵設備的運行狀況,如果設備的運行參數超出預先設定的上下限,則在主控室的上位機上發出報警信息,提醒操作人員采取相應的措施。

5)故障記錄功能:本係統可以記錄在運行過程中出現故障的設備,故障時間及有關故障的簡單信息。方便維護人員維護係統設備。

4　效果

混勻料場正常運行是燒結礦品位穩定的前提條件,該控製係統在原料場投運以來,經過幾年的實踐使用,成功完成對燒結係統每月約30萬噸的原料供配任務,提高了配料的精確度,使燒結礦的堿度穩定率從1998年的87.42%提高到2002年的89.73%,提高了2.31個百分點,燒結礦FeO含量從9.89%降到了8.66%,降低了1.23個百分點,年效益約250萬元。該係統運行可靠,性能穩定,保證了某燒結廠燒結礦產量質量的穩步提高,取得了較好的經濟效益,具有較高的推廣價值。

5　參考文獻

[1]　劉賀平係統辨識與控製.北京:北京科技大學,1999.60～80.

[2]　金以慧.過程控製.北京:清華大學出版社,2003.170～190.

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