王素榮

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

轉(zhuǎn)爐合金稱量系統(tǒng)的精確控制改造

王素榮

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

介紹了利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)合金自動(dòng)稱量系統(tǒng)的精確控制。

合金加料；自動(dòng)稱重；精確控制；變頻器

公司轉(zhuǎn)爐煉鋼合金自動(dòng)稱量系統(tǒng)在改造前采用汽缸控制、人工操作、噪聲大、不安全；改造后，利用變頻調(diào)速技術(shù)控制振料速度，保證了供料的精度，克服了沖擊力和預(yù)留物料質(zhì)量對(duì)精度的影響。

一、合金稱量系統(tǒng)的工作原理

合金自動(dòng)稱量系統(tǒng)主要由料倉(cāng)、振動(dòng)給料機(jī)和稱量斗等構(gòu)成。其工藝流程如圖1所示。煉鋼所需合金料包括石灰、礦石、輕燒鎂塊、瑩石、白云石等按順序固定存放于料倉(cāng)內(nèi)，并通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)將合金釋放到稱量斗，稱重傳感器安裝于稱量斗底部用于檢測(cè)合金重量，合金料出稱量斗后再經(jīng)匯總斗投入到轉(zhuǎn)爐中完成整個(gè)投料功能。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

合金自動(dòng)稱量系統(tǒng)由上位機(jī)、PLC、儀表及變頻器組成。PLC采用西門子S7-400，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。檢測(cè)儀表及執(zhí)行元件直接連接到PLC的I/O模塊上。全線采用PLC程序控制，編程使用梯形圖，結(jié)合被控電氣外部特性進(jìn)行統(tǒng)一編程，實(shí)現(xiàn)順控、邏輯控制、聯(lián)動(dòng)和連鎖，手動(dòng)和自動(dòng)操作方式可切換。合金小車啟動(dòng)、停止互鎖。系統(tǒng)以全自動(dòng)操作方式運(yùn)行。上位機(jī)操作界面采用西門子專用人機(jī)接口軟件WINCC6.2，可靠性好、操作簡(jiǎn)單。所有操作皆可由鼠標(biāo)完成，可進(jìn)行參數(shù)顯示、修改、設(shè)定；可以方便制作出動(dòng)態(tài)工藝畫(huà)面、操作畫(huà)面以及歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線等

多種功能畫(huà)面。 由PLC按程序控制小車的行駛方向、振料的啟動(dòng)、停止及振料速度，自動(dòng)誤差補(bǔ)償功能可實(shí)現(xiàn)合金自動(dòng)稱重的精確測(cè)量。

圖1

三、變頻調(diào)速控制及應(yīng)用

1.合金自動(dòng)稱量的變頻控制原理(圖2)

圖2 合金振料電氣控制圖

2.合金自動(dòng)稱量的精確控制

(1)稱重時(shí)，稱量斗重量傳感器輸出4～20mA信號(hào)給PLC的模擬量輸入模塊，PLC將該信號(hào)作為合金重量的初始值信號(hào)；當(dāng)振動(dòng)給料機(jī)停止時(shí)，稱量斗的合金重量值已穩(wěn)定，PLC將此時(shí)的重量值信號(hào)作為合金下料重量的終止值信號(hào)。合金料重量初始值信號(hào)和終止值信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC的數(shù)據(jù)處理，便得到稱量斗中合金料的實(shí)際加入重量值。

(2)振動(dòng)給料機(jī)主回路采用變頻器控制振速，輸出頻率0～50Hz，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)給料機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。振動(dòng)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速可根據(jù)合金料流量的變化實(shí)時(shí)變化，以保證最佳脫水效果，其轉(zhuǎn)速一般控制在1 200r/min。由于合金料的流量無(wú)法直接測(cè)出，所以只能通過(guò)稱量值和設(shè)定量這2個(gè)變量間接反映量稱精度。將設(shè)定值和稱量值在程序中進(jìn)行比對(duì)運(yùn)算，并依運(yùn)算結(jié)果調(diào)節(jié)振料速度，控制合金料的流量由大到小，實(shí)現(xiàn)稱量準(zhǔn)確度。在振動(dòng)給料機(jī)停止的瞬間，合金的流量越小，越容易提高稱量的精確程度。

3.自動(dòng)誤差補(bǔ)償

改造前現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)加料過(guò)程中，由于振動(dòng)給料機(jī)的慣性和合金料的滑料現(xiàn)象不能準(zhǔn)確把握，即使采取提前停止振料，也不能完全消除加入量和設(shè)定值之間的誤差。因此在改造時(shí)采用迭代算法，克服了誤差補(bǔ)償不足、合金料加入不準(zhǔn)確的問(wèn)題，使系統(tǒng)加入量的控制精度得以改善。

對(duì)迭代過(guò)程進(jìn)行控制，首先確定迭代變量，再建立迭代關(guān)系式。在什么時(shí)候結(jié)束迭代過(guò)程是編寫(xiě)迭代程序必須考慮的問(wèn)題。因此系統(tǒng)使用提前量C作為迭代變量，迭代關(guān)系式為C(本次加料的提前量)+W4(本次加料的實(shí)際重量)- A(本次加料的設(shè)定重量)=C (下一次加料的提前量)。該迭代過(guò)程每次加料執(zhí)行1次。稱量過(guò)程，由于程序中有提前量設(shè)定，且有自動(dòng)誤差補(bǔ)償功能，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)每次需振料的重量與上次的誤差及提前量等各參數(shù)自動(dòng)算出下次所需振料的重量，從而準(zhǔn)確停止振料機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)合金的自動(dòng)精確稱量。每批料間都進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，超差報(bào)警并自動(dòng)修正補(bǔ)償量，零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤。首先在畫(huà)面上輸入合金料需要加入的量A(此次加料的設(shè)定重量)，然后經(jīng)MPI網(wǎng)傳給PLC。通過(guò)使用LAD梯形語(yǔ)言把在編好的程序計(jì)算出B(重量設(shè)定值)=A-C(提前量)，此時(shí)振動(dòng)給料機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，并且讀取稱量斗里合金加入料的重量W1(初始值)，當(dāng)稱量斗合金料的重量W2=W1+B時(shí)，繼電器控制柜發(fā)出指令信號(hào)，振料機(jī)停止振料，延時(shí)10s鐘后，使合金料全部進(jìn)入稱量斗。PLC開(kāi)始讀取稱量斗的合金料穩(wěn)定值W3，并計(jì)算出合金加入的實(shí)際重量W4=W3-W1和本次加料誤差△t=W4-Aa，并將本次加料誤差△t與提前量C相加得到新的提前量C，作為下次加料的提前量，延時(shí)20s，稱量斗插板閥自動(dòng)關(guān)閉，完成本次合金小車加料。

此合金小車加料系統(tǒng)經(jīng)誤差自動(dòng)補(bǔ)償后，在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)中，累積誤差＜5kg，(人為因素及設(shè)備故障除外)稱量時(shí)間≤60s，混配時(shí)間≤50s，且生產(chǎn)中如遇到卡料現(xiàn)象不會(huì)停機(jī)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。此外該系統(tǒng)還增加報(bào)警自動(dòng)解除、自動(dòng)延時(shí)配料功能。

四、經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

改造后不僅實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、集中控制，達(dá)到精準(zhǔn)配料的要求，還大大提高了管理水平，降低備件、維修、電能、消耗等費(fèi)用。高精度的稱量下料、全系統(tǒng)的自動(dòng)控制，不但穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且年綜合效益可觀。

[1] 李寶安，李行善．動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)計(jì)量誤差的動(dòng)態(tài)校正[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，200l.

[2] 肖珊，魯五一．動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)誤差修正算法研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2007，26(6)：80-83．

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