任曉明 張曉虎 黃振宇

摘 要：V2O3電鋁熱法冶煉釩鐵工藝是攀鋼自主開發(fā)的，并形成了規(guī)模生產(chǎn)，隨著釩鐵市場的競爭日趨激烈，為了滿足用戶需要，提高釩業(yè)公司釩鐵產(chǎn)品的競爭力，就必須加強(qiáng)釩鐵生產(chǎn)過程控制，提高釩鐵釩收率，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

關(guān)鍵詞：V2O3電鋁熱法冶煉；釩鐵；改進(jìn)措施

1 問題提出

釩鐵新線配料控制系統(tǒng)是由國內(nèi)廠家成套設(shè)計(jì)的，主要工藝設(shè)備有：1-5#振動(dòng)給料機(jī)、1-5#料斗秤、1-5#卸料機(jī)及行走小車等；主要控制設(shè)備有：1-5#稱重顯示控制儀、1-5#振動(dòng)給料機(jī)變頻器、行走小車變頻器、PLC一套（S7-300）及工控機(jī)。

配料系統(tǒng)主要控制原理為：根據(jù)工藝配方在工控機(jī)監(jiān)控畫面上設(shè)置1-5#倉應(yīng)配物料的重量，工控機(jī)將設(shè)置重量的信號傳輸?shù)?-5#稱重顯示控制儀，稱重控制儀輸出信號到振動(dòng)給料機(jī)，控制振動(dòng)給料機(jī)的運(yùn)行將1-5#倉儲料倉的物料振動(dòng)下料到1-5#料斗秤內(nèi)，料斗秤的稱重傳感器將重量信號傳輸?shù)椒Q重顯示控制儀，再由稱重顯示控制儀根據(jù)設(shè)置物料重量的多少控制1-5#振動(dòng)給料機(jī)的啟停，1-5#稱重顯示儀配料完畢后，再由PLC控制行走小車依次運(yùn)行到1-5#料斗秤下，PLC控制1-5#翻板打開將物料放置到料罐內(nèi)，行走小車回到起點(diǎn)，最后由操作人員操作叉車將料罐叉出，配料結(jié)束。主要設(shè)備流程見圖1。

根據(jù)配料系統(tǒng)的控制原理分析，整個(gè)配料系統(tǒng)就是5套小型控制系統(tǒng)組成，每套系統(tǒng)都包括一臺料斗秤、一臺顯示控制儀及一臺振動(dòng)給料機(jī)。每套系統(tǒng)相對獨(dú)立又相互影響，稱重顯示控制儀是這5套系統(tǒng)的控制核心，S7-300的PLC是附屬控制設(shè)備。

該配料系統(tǒng)運(yùn)行以來存在主要問題是：

（1）1-5#料倉分別儲存五種不同的物料，每種物料的重量配比分別通過料倉下的料斗秤來實(shí)現(xiàn)，在配料過程中，料斗秤上的振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)下料，料斗秤在計(jì)量過程中受電磁和振動(dòng)等多種干擾影響，故障率較高，一旦五臺料斗秤其中某一臺出現(xiàn)計(jì)量誤差或者故障，就會影響整個(gè)配料過程的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

（2）作為配料系統(tǒng)的核心控制設(shè)備的1-5#稱重顯示控制儀為國內(nèi)某公司的DOUBLET LD3010系列產(chǎn)品，在釩鐵作業(yè)區(qū)環(huán)境下使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)抗干擾能力差、性能不穩(wěn)定及故障率高的情況，嚴(yán)重制約配料系統(tǒng)及后部工序的正常生產(chǎn)。

綜合上述問題，原配料系統(tǒng)在使用過程中存在計(jì)量準(zhǔn)確率低，穩(wěn)定性差，故障率及維護(hù)成本較高。作為釩鐵冶煉工藝過程控制的關(guān)鍵設(shè)備，嚴(yán)重制約了釩鐵產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能的提升，就必須對配料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)對釩鐵新線配料系統(tǒng)工藝和設(shè)備的綜合分析，結(jié)合先進(jìn)的配料控制模式，改進(jìn)思路是改變原有的配料方式，由分散配料改為集中配料，取消稱重顯示控制儀的控制功能，由PLC系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制輸出。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上利用原有工藝和控制設(shè)備，對部分設(shè)備進(jìn)行功能改進(jìn)以滿足配料要求。

具體改進(jìn)如下：

（1）將1-5#料倉所對應(yīng)的五套料斗秤的計(jì)量功能取消，料斗保留改為導(dǎo)料斗，料斗上的卸料機(jī)即電動(dòng)推桿取消。在行走小車上新安裝一臺緩沖秤，行走小車運(yùn)行至1-5#倉下對5個(gè)料倉的物料進(jìn)行分別計(jì)量，這樣用一臺緩沖秤就完成了以前五臺料斗秤的計(jì)量工作。取消料斗秤下的卸料機(jī)，振動(dòng)給料機(jī)將儲料倉的物料直接放置到下方緩沖秤上的料罐里進(jìn)行稱量。

（2）取消1-5#料倉所對應(yīng)的5臺稱重顯示控制儀，將原有的S7-300系列PLC作為核心控制設(shè)備，編寫控制程序完成以下任務(wù)：a.采集緩沖電子秤的重量信號；b.采集現(xiàn)場行走小車和料罐的定位信號；c.控制輸出行走小車的啟動(dòng)和停止信號；d.控制輸出振動(dòng)給料機(jī)的啟動(dòng)、停止及快慢信號；e.采集wincc監(jiān)控軟件相關(guān)配料設(shè)定信號。

S7-300系列PLC在我公司工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛，它采用模塊化設(shè)計(jì)，容易擴(kuò)展并有廣泛的通訊能力，抗干擾強(qiáng)，穩(wěn)定可靠。網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，通訊速度達(dá)到10MB。

（3）在改進(jìn)的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)定物料的重量準(zhǔn)確性是其最主要的功能之一，為提高其控制精度，節(jié)約下料時(shí)間。在程序設(shè)計(jì)中，對振動(dòng)給料機(jī)的控制采用先快振后慢振的控制方案，其具體實(shí)現(xiàn)如下：

a.以100Kg的配料重量為例，設(shè)計(jì)90Kg為快振的臨界值，當(dāng)設(shè)定料量與已放下的料量低于或等于90Kg時(shí)，滿足快振條件，PLC發(fā)出快振信號，控制振動(dòng)給料機(jī)的變頻器以快速頻率振動(dòng)。

b.當(dāng)設(shè)定料量與已放下的料量大于90Kg時(shí)，滿足慢振條件，PLC發(fā)出慢振信號，控制振動(dòng)給料機(jī)的變頻器以慢速頻率振動(dòng)。

通過實(shí)施對配料系統(tǒng)完成了低成本自動(dòng)化控制改進(jìn)，新增緩沖電子秤特別適合釩鐵料罐沖擊力比較大的場合，利用現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)和工控機(jī)，并以工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式使兩者聯(lián)系起來，通過我公司使用成熟的控制運(yùn)行軟件，十分成功地組成了一套新穎的稱重檢測與自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配料過程自動(dòng)化，提高了配料系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確率。改進(jìn)后工藝設(shè)備流程見圖2。

3 改進(jìn)效果

經(jīng)過改進(jìn)的配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，使用可靠，計(jì)量準(zhǔn)確度完全符合國家Ⅳ級電子秤使用要求。該項(xiàng)目自改進(jìn)投入使用至今，提高了公司的配料自動(dòng)化水平，計(jì)量準(zhǔn)確率達(dá)到100%，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，改造效果顯著，提高了設(shè)備有效作業(yè)率，減少了備件消耗，降低了檢修費(fèi)用。

作者簡介：任曉明（1972-），男，四川省閬中市，大專學(xué)歷，職稱：高級技師，主要研究方向：工業(yè)儀表檢測、控制。