孫智慧

摘 要本文主要介紹了承德雙福礦業(yè)氧化球團(tuán)項目鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝自動化控制系統(tǒng)的功能與實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】自動化控制 PLC 變頻器

球團(tuán)礦是高爐煉鐵的原料，其品質(zhì)直接影響到高爐的操作，而自動化控制對球團(tuán)礦的質(zhì)量有很大的影響。本文以承德雙福礦業(yè)氧化球團(tuán)項目的開發(fā)為例，主要從電氣儀表自動化的角度去詮釋球團(tuán)的生產(chǎn)工藝過程及控制要求、控制模式及功能實現(xiàn)。

1 工藝簡介

承德雙福礦業(yè)氧化球團(tuán)項目采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行球團(tuán)生產(chǎn)。工藝主要包括：原料準(zhǔn)備及配料系統(tǒng)、造球系統(tǒng)、焙燒冷卻系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)、水系統(tǒng)、原料除塵與環(huán)境除塵系統(tǒng)、輕柴油系統(tǒng)等。本文主要介紹其中的原料準(zhǔn)備及配料、造球、焙燒冷卻以及煤粉制備這四大部分工藝及控制功能的實現(xiàn)。

2 自動化控制系統(tǒng)的組成

2.1 硬件系統(tǒng)組成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形以太網(wǎng)通訊，采用多模光纖及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的方式來鏈接。在這五個系統(tǒng)中，其中原料準(zhǔn)備與混配料、造球系統(tǒng)、噴煤系統(tǒng)和水系統(tǒng)采用西門子S7300熱插拔控制系統(tǒng)，焙燒冷卻系統(tǒng)采用S7400熱插拔控制系統(tǒng)。每個系統(tǒng)自身采用PROFIBUS-DP網(wǎng)通訊，主站下掛若干ET200 I/O遠(yuǎn)程分站和變頻器，以及與廠家成套設(shè)備的通訊。

2.2 軟件系統(tǒng)組成

操作系統(tǒng)為WIN7系統(tǒng)，操作員站采用WINCC7.0；

3 軟件控制

3.1 原料及配料系統(tǒng)控制

原料系統(tǒng)原料主要有鐵精粉、皂土、除塵灰，根據(jù)原料進(jìn)行相應(yīng)量的配比后通過皮帶進(jìn)入混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行混合攪拌。主要設(shè)備是圓盤給料機(jī)和定量給料機(jī)，均采用變頻控制?？刂扑悸肥歉鶕?jù)皮帶秤檢測料量調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的速度使之與設(shè)定值趨于一致。難點在于因為料濕，皮帶秤給PLC的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，因此程序中通過計算移動平均值的方法，將皮帶秤瞬時料量處理后再做自動配料的調(diào)節(jié)。這樣得到了較穩(wěn)定的檢測值，為自動配料打下了良好的基礎(chǔ)。

3.1.1 配料控制是通過PID調(diào)節(jié)變頻器的速度

操作員站上設(shè)定總下料量，每個料倉設(shè)定值取決于料倉的配比，根據(jù)配比計算出料倉的下料量做為PID調(diào)節(jié)的設(shè)定值。皮帶秤檢測數(shù)據(jù)作為料量的實際值，調(diào)用STEP7軟件本身的PID調(diào)節(jié)塊，在開始的上料階段調(diào)試比例、積分以及調(diào)節(jié)死區(qū)等這些系數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)速度適中、跟隨性好、調(diào)節(jié)的誤差達(dá)到配比所要求的精度。PID調(diào)節(jié)與模擬量輸出限幅功能相結(jié)合，達(dá)到更好效果。

3.1.2 強(qiáng)力混合機(jī)控制

混合機(jī)除了與上下游設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系外，自身的保護(hù)比較多：有料位檢測，混合機(jī)準(zhǔn)備啟動及已進(jìn)料等信號，當(dāng)上游進(jìn)料皮帶停止運行后，混合機(jī)也要將自身的料混合好并排空后才會延時停止運行。

3.2 造球系統(tǒng)自動化控制

3.2.1 造球主工藝控制

混合料倉下的圓盤給料機(jī)，下料到定量給料機(jī)上（上裝有皮帶秤）后進(jìn)入造球圓盤，加入適當(dāng)?shù)乃?，通過控制造球圓盤的速度即可出生球。圓盤給料和造球圓盤實現(xiàn)變頻控制。

3.2.2 高壓系統(tǒng)控制

整個系統(tǒng)所有高壓設(shè)備的開關(guān)量檢測與控制都進(jìn)到造球系統(tǒng)，而高壓設(shè)備本身的各種保護(hù)及儀表數(shù)據(jù)進(jìn)其所在的自動化系統(tǒng)，所以在高壓設(shè)備控制中，與每個系統(tǒng)都有數(shù)據(jù)通訊，通過建立以太網(wǎng)連接，與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.3 焙燒冷卻系統(tǒng)

焙燒冷卻系統(tǒng)分為：返料系統(tǒng)、鏈篦機(jī)控制、回轉(zhuǎn)窯本體系統(tǒng)控制、環(huán)冷機(jī)控制等。

3.3.1 返料系統(tǒng)控制

該系統(tǒng)主要是設(shè)備啟停順序控制。操作員站上設(shè)有一鍵啟動按鈕，當(dāng)濕返一皮帶運行時，這些設(shè)備即可自動順序啟動，當(dāng)中間設(shè)備有故障時，其上游設(shè)備可順序延時停止。

3.3.2 鏈篦機(jī)控制

鏈篦機(jī)爐篦速度主要是通過控制爐篦上的球團(tuán)厚度實現(xiàn)。由過程計算機(jī)把爐篦料位即層厚數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)模型提供給PLC過程控制級作為速度設(shè)定值，加上前饋環(huán)節(jié)，即供到爐篦的生球量作為擾動補(bǔ)償。

3.3.3 回轉(zhuǎn)窯本體控制

回轉(zhuǎn)窯本體控制是給液壓馬達(dá)啟動信號，設(shè)定回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速。還包括窯頭罩、窯尾罩的溫度、壓力、窯位及助燃風(fēng)機(jī)的流量、壓力檢測。

3.3.4 環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)控制

主要有二冷段、三冷段回風(fēng)溫度與壓力控制。根據(jù)排礦溫度信號自動控制環(huán)冷機(jī)的速度，改變風(fēng)量，以調(diào)節(jié)排礦溫度。

3.4 噴煤系統(tǒng)的控制

主要包括煤粉制備、煤粉收集及煤粉送至回轉(zhuǎn)窯三大部分。在噴煤系統(tǒng)中，有多個成套設(shè)備，中速磨、煤粉收集、環(huán)狀天平、沸騰爐以及羅茨風(fēng)機(jī)等，與這些成套設(shè)備的數(shù)據(jù)通迅是自動化控制的一個重點與難點。

3.4.1 煤粉制備控制

煤粉制備密封皮帶秤和中速磨為廠家成套設(shè)備。與密封皮帶秤的數(shù)據(jù)通過電纜直連通訊，與中速磨通過以太網(wǎng)通訊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。原煤倉料位低時可自動啟動圓盤給原煤倉上料；密封皮帶秤根據(jù)HMI上設(shè)定的下料量，自動調(diào)節(jié)皮帶秤本身的速度，進(jìn)而達(dá)到設(shè)定的給料速度。中速磨隨設(shè)備帶有稀油潤滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。為了保護(hù)本體設(shè)備，HMI上有加壓泵的運行狀態(tài)、液壓站的油箱溫度、供油壓力、主電機(jī)前后軸承溫度、主電機(jī)定子繞組溫度、冷卻水進(jìn)出口壓力及溫度等。根據(jù)工藝要求設(shè)定中速磨的磨煤速度及輥的壓力，中速磨本身有液壓系統(tǒng)，用抬輥、落輥來控制磨煤的精細(xì)度。

3.4.2 煤粉收集系統(tǒng)控制

煤粉收集系統(tǒng)是廠家自帶S7300控制系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)與其進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

3.4.3 煤粉噴吹系統(tǒng)控制

煤粉噴吹量控制采用廠家成套設(shè)備環(huán)狀天平，與PLC系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。根據(jù)工藝的要求，在操作員站上設(shè)定噴煤量及羅茨風(fēng)機(jī)的速度來調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯的燃燒情況。噴吹量的計算包括噴吹量和噴吹速度的計算，噴吹量是通過環(huán)狀天平來檢測，噴吹速度是通過控制羅茨風(fēng)機(jī)的速度來調(diào)節(jié)。

3.4.4 各種累計報表功能

通過程序，實現(xiàn)了對原料以及生球、成品球、噴煤等數(shù)據(jù)小時、班、日、上小時、上班、上日的累計。

4 自動化控制系統(tǒng)的特點

整個自動化系統(tǒng)采用PLC為核心的EIC系統(tǒng)控制，融合儀表、電氣及信息為一體的自動化控制，PLC與變頻器的通訊全部采用PROFIBUS-DP網(wǎng)，系統(tǒng)硬件系統(tǒng)采用熱插拔方式，保障了生產(chǎn)的連續(xù)性。

承德雙福礦業(yè)150萬噸球團(tuán)項目自2014年投產(chǎn)以來，從這一階段的實際生產(chǎn)運行情況看，該系統(tǒng)的硬件和軟件均安全可靠，性能穩(wěn)定性好，故障率極低，而且也便于維護(hù)。監(jiān)視畫面形象直觀，操作也比較簡單和容易掌握，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，滿足了生產(chǎn)和工藝的需要。

作者單位

河北鋼鐵集團(tuán)承鋼公司自動化中心 河北省承德市 067000