左晶榮
（河北新武安鋼鐵集團烘熔鋼鐵有限公司信息自動化部）
摘要：在全球經(jīng)濟下行大環(huán)境下，受美聯(lián)儲加息和俄羅斯鋼材輸入的影響，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)舉步維艱，普遍面臨虧損，擺在鋼鐵企業(yè)面前的只能控制成本，謀取利潤保生存。我公司制定的將本路線是燒結(jié)以結(jié)構(gòu)將本，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的前提合理配加劣質(zhì)雜料來達到將低成本的目的。為了防止劣質(zhì)原料在料場混合不夠均勻或質(zhì)量波動特新建設(shè)混均料場來保證配料的均勻性。為了保證新建混均料場的前瞻性和先進性，我公司采用全自動的控制方式，包括啟停設(shè)備的配比偏差也做了優(yōu)化，極大限度的降低了質(zhì)量波動。
關(guān)鍵詞：混均料場；自動控制；開發(fā)與應(yīng)用
1 系統(tǒng)概況
項目建設(shè)10個料倉，配套有裝倉皮帶1條，圓盤給料機10臺，皮帶秤10臺，接料皮帶1條，成品皮帶1條，成品卸料倉1個；配備有震動電機、熱保護裝置。整個項目建設(shè)完成后實現(xiàn)一鍵啟動和一鍵停止，自動開啟和關(guān)閉震動、自動提高給料速度、分組分步啟動和停止等功能。本項目優(yōu)化控制粒度把小時控制優(yōu)化到按秒控制，傳統(tǒng)的配料是按小時或分鐘累計計算配料數(shù)量，但中間截取料面偶爾會出現(xiàn)階段性不均勻現(xiàn)象，本次項目采用按秒調(diào)整配比下料量。
2 控制系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)混均料工藝要求，該系統(tǒng)選用西門子300PLC對整改系統(tǒng)進行控制。模塊選型有CPU317-2 DP、CP343-1、AI8x13Bit、AO8x12Bit、DO16xDC24V、DI16Xdc24V等。變頻器均配比DP卡，選用DP通訊。編程軟件選用step7，上位機軟件選用WINCC。項目設(shè)計理念是高類聚、低耦合，封裝了通用的邏輯處理、計算、判斷等FC塊和FB塊，能夠在程序中重復(fù)調(diào)用?？刂坪驮O(shè)置采用上位機操作方式，組態(tài)軟件用西門子的WINCC軟件，通訊協(xié)議選用TCP/IP協(xié)議。設(shè)計要求自動化、智能化，系統(tǒng)要涵蓋常用的操作模型，能實現(xiàn)自動應(yīng)對和處理常見變化。
2.1 控制模式設(shè)計
通過調(diào)研和整理，梳理操作流程和操作方法，把人工操作的3種模式和46類異常處理進行邏輯設(shè)計；增加故障檢測和異常報警方便排查原因。操作模式分“自動模式”、“手動模式”、“檢修模式”三種，異常處理有過熱異常、斷料異常、變頻器異常、過流異常、稱重儀表異常、裝料急停、槽下急停等處理模型。
2.1.1自動模式
操作工只需要按下啟動按鈕，系統(tǒng)會按照預(yù)設(shè)規(guī)程和操作方法進行啟動，首先啟動成品提升皮帶，待提升皮帶電機大于45Hz后啟動接料皮帶，待接料皮帶大于40Hz開始從1號倉啟動皮帶成和圓盤給料機，每隔3秒啟動一臺皮帶秤和圓盤，圓盤的啟動條件是判斷皮帶秤大于40Hz和接料皮帶大于45Hz。
自動給料是由圓盤給料機、電子皮帶稱、稱重顯示器、變頻器等組成，各種原料的配比由操作人員通過上位機設(shè)定,物料的流量經(jīng)電子皮帶秤、稱重顯示器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過DP通訊輸入到閉環(huán)控制模板的功能模塊,與設(shè)定值比較,再經(jīng)過PID運算,得到控制量的數(shù)字值,通過DP通訊發(fā)指令給變頻器,變頻器根據(jù)這個信號控制圓盤給料機電機的轉(zhuǎn)速,從而使各臺圓盤給料機的給料量緊緊圍繞在其設(shè)定值的周圍,實現(xiàn)閉環(huán)的自動控制功能
2.1.2手動模式
手動單獨啟動成品提升皮帶或接料皮帶，啟動時機需要人為控制。料倉啟動需要人工選擇，其他的安全連鎖會驗證是否具備啟動條件。如：稱重皮帶不啟動不能啟動圓盤；接料皮帶不啟動不能啟動皮帶秤；皮帶秤不啟動不能啟動圓盤等。
2.1.3檢修模式
檢修模式不受連鎖控制，可隨意啟動指定設(shè)備，也可反轉(zhuǎn)點動。方便檢修和查找問題。電機頻率也可手動設(shè)置，不受連鎖條件影響。只有最基本的過熱保護，過載保護生效。
2.2自動下料設(shè)計
采用的PID算法，設(shè)Yr(kg)為每秒下料量的設(shè)定值，Y(kg)為每秒下料量的實際值，e(kg)=Yr(kg)-Y(kg) 為每秒下料偏差，設(shè)此時系統(tǒng)控制輸出為U(kg),則
u(kg)=Kp{e(kg)+1/ti∫e(kg)dt+dt[de(kg)/dt]
kp、ti、td 分別為比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。
調(diào)整上述三個系數(shù)就可以改變控制輸出，得到良好的控制效果。
2.3 配方流量計算
根據(jù)小時需求量乘以單倉配比占比得到小時下料量，根據(jù)小時下料量分解的每秒即下料給定數(shù)。公式如下：
W = Wz×P÷3600
W為每秒下料量;Wz小時需求量;P單倉占比百分數(shù)；計算程序如下
2.4斷料和震打控制設(shè)計
當稱重反饋流量小于給定流量，且圓盤頻率大于45Hz持續(xù)10秒判斷為斷料狀態(tài)，出現(xiàn)斷料自動開啟振打設(shè)備。處理程序如下：
3 控制技術(shù)實現(xiàn)方案
3.1 配料系統(tǒng)實現(xiàn)
程序按照PLC的掃描順序進行先讀后寫原則，首先讀取變頻器運行狀態(tài)和參數(shù)，然后讀取儀表狀態(tài)和參數(shù)，拿到數(shù)據(jù)后進行配比計算和邏輯處理，最后將處理完成的參數(shù)寫入變頻器和儀表。
3.2 稱重裝置控制實現(xiàn)
調(diào)速皮帶秤是一種通過改變皮帶機的皮帶速度，調(diào)整物料流量的給料設(shè)備。通過安裝在計量輥下的荷重傳感器，可將皮帶上物料的重量轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號（mV級）由儀表的模擬輸入通道輸入儀表，通過計算得到單位長度物料重量G(kg/m)。在皮帶秤上還安裝有皮帶速度傳感器，該傳感器可以將皮帶速度轉(zhuǎn)換成脈沖信號，再由DI6口輸入儀表，得到皮帶的速度V(m/s)，則皮帶秤的瞬時流量為L=G*V。該瞬時流量與設(shè)定流量值相比較，通過DA的輸出調(diào)整皮帶速度，使調(diào)整后的流量與設(shè)定流量相等。通過稱重儀表可實現(xiàn)調(diào)零點、砝碼標定、實物標定。
3.3 模擬人工操作的實現(xiàn)
本次技術(shù)主要是利用信息化手段來處理復(fù)雜的人機交互，讓生產(chǎn)制造更智能，PLC、上位機、變頻器、儀表、電機、拉繩開關(guān)、限位、料位計等設(shè)備均采用國產(chǎn)國標設(shè)備，操作模型由人工編寫下發(fā)到PLC的CPU執(zhí)行，動作輸出由PLC發(fā)出。上位機可以選擇手動、自動。通過梳理生產(chǎn)中可能存在的問題和故障，整理成生產(chǎn)模型，把模型導(dǎo)入到自動化控制設(shè)備，有自動化設(shè)備來判斷什么時候執(zhí)行什么指令。工藝出現(xiàn)異常時，如：卡料、堵塞等，現(xiàn)場設(shè)備旁的報警燈會亮起，系統(tǒng)會自動打開震動設(shè)備輔助下料。當設(shè)備出現(xiàn)過熱、過載、過流是故障報警會響起影響維護人員前去處理。自動模式執(zhí)行邏輯如下：
第一步；操作員點擊自動模式，然后點全部啟動后，設(shè)備開始自檢，檢查設(shè)備位置和各傳感器故障信號是否觸發(fā)。
第二步：首先啟動提成品升皮帶電機，啟動時間大約為30秒，待啟動頻率大于45Hz后啟動槽下接料皮帶，啟動時間約20秒；待電機頻率大于45Hz后進入下一個環(huán)節(jié)。
第三步：為了實現(xiàn)精準混料，啟停設(shè)備時的混料誤差，先從1#給料機和1#稱重儀表開始啟動，然后間隔3秒啟動2#給料機和稱重儀表，再間隔3秒啟動3#給料機，依次類推，直到啟動10#給料機。
第四步：開始故障監(jiān)測，儀表反饋流量小于給定流量時，開始增加圓盤給料機頻率，若頻率大于45Hz后連續(xù)5秒下料任然不足，判斷為斷料；系統(tǒng)自動開啟振打裝置。
第五步：上位機的停機按鈕指令，先停1#給料機，間隔3秒后再停1#計量儀表和計量皮帶，再間隔1秒后停2#給料機，再間隔3秒后停2#計量皮帶和儀表，依次類推直到10#給料機和計量皮帶停機后等待5秒停接料皮帶，再等待40秒后停提升皮帶。
3.4 故障連鎖實現(xiàn)
如果提成品升皮帶出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動停止所有給料機、計量儀表和接料皮帶。若接料皮帶故障首先停止給料機和計量儀表。待提升皮帶輸送完成物料后停止運行。若阻旋料位計報警，系統(tǒng)判斷成品料倉滿，執(zhí)行自動停機指令，按照順序陸續(xù)停機。
槽下急停拉升分兩組，提升皮帶和接料皮帶；提升皮帶拉繩開關(guān)拉動后所有設(shè)備馬上停止運轉(zhuǎn)；接料皮帶拉繩開關(guān)拉動后，停止所有圓盤給料機、皮帶秤和接料皮帶。
3.5 故障報警實現(xiàn)
設(shè)置故障檢測裝置有電機過流、電機過熱保護、變頻器故障報警、空料報警、急停報警、成品接料斗倉滿報警等故障檢測。有效保障了設(shè)備的正常運行，另外還安裝了監(jiān)控設(shè)備和四個監(jiān)控探頭，人工輔助監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，防止著火、設(shè)備下沉等問題發(fā)生。
4 結(jié)束語
本次項目運行后可實現(xiàn)日混料3000噸；目前日平均混料800噸，節(jié)約成本約6萬元/天,另外本次項目采用智能一鍵操作，只需要一名人員即可實現(xiàn)混料操作、設(shè)備巡檢和日常維護。
參考文獻
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