0 引言

由于泰钢铁矿品位低，钒钦含量高， 成分复杂， 导致泰钢烧结厂使用的原料品种较多， 精矿品位波动大，各种原料的化学成分相差也较大，即使是同一品种的原料， 其品位和化学成分亦有波动。因此对烧结配料系统的控制精度和计量精度提出了更高的要求。 然而，泰钢目前仍有部分配料生产线采用的是传统的配料方式： 靠人工通过丝杠调节料门开度大小或手动调节圆盘给料电机的转速来控制下料量，下料量的多少依靠人工反复“跑盘” 确定。这种方法缺点是配料控制精度受人为因素影响大， 且无法做到及时调节，尤其是反复抛盘， 劳动强度大， 取样代表性差、 不能进行准确配料控制， 当出现断料、 卡料等情况时不能及时发现。因此， 根据泰钢的实际需要， 我们采用集散控制将配料系统设计成点对点的独立控制方式。 在系统中，每个控制站都由对应的料量检测单元、 控制单元、驱动单元、 给料机组成一套独立的闭环给料控制系统。各控制站均可脱离上位机独立完成自动配料过程， 各控制站均独立采用积分分离法 PID 控制方式， 实现各控制站 PID 参数的独立整定。各控制站通过配料操作台可实现独立的手动、 自动切换，也可通过现场的机旁操作箱实现手动、 自动切换以及进行紧急停车操作。而采用上位机进行集中监控与管理。

1 自动配料控制系统的组成

每条生产线控制系统的控制对象为 12 台圆盘料调速电机， 检测单元由配料皮带秤、 传感器和毫伏变送器组成， 控制主机为 PLC-5/30 ， 执行单元为 12 台由变频器组成的驱动控制器。 系统起、停、 手动 / 自动转换开关设在操作控制台上。 其系统结构示意图如图 1 所示。

2 自动配料系统控制原理

配料皮带秤所测得的物料重量信号及测速电机测得的电子秤皮带电机的转速信号同时输入微机系统，微机系统经过计算输出信号控制各电机。配料系统的给料设备有两种： 定量皮带给料机和圆盘给料机。 定量皮带给料机是通过改变定量皮带电机的速度控制物料流量；圆盘给料机是通过控制圆盘电机转速来控制物料流量。 对这两种给料设备的控制系统基本相同。其自动调节原理如图 2 所示。

物料重量通过皮带秤的荷重传感器检测，并转变为与之成正比的直流毫伏信号， 再通过放大器转换为 4～20mA 信号， 送到 A/D 模板。 皮带秤电机转速由直流测速电机测量，测速发电机输出的直流电压经隔离放大器得到与转速成正比的 4～20mA 直流信号也送到 A/D 模板。 假设某一时刻，皮带秤有效称量段上的物料重量为W ， 皮带的线速度为 V （和电机转速成正比）， 有效称量段长度为 L ， 则该时刻物料的瞬时流量 F 为：

F=1/L×W×V

根据上式，可以计算出每一采样时刻的瞬时流量，并进一步计算采样时刻前一段时间内的平均流量。 将其值与上位机送来的流量设定值进行比较， 然后通过 PID调节运算得到控制量， 再利用远程 I/O 控制变频器改变输出频率， 从而改变定量皮带给料电机和圆盘给料电机的转速，以此达到控制物料流量的目的。

系统工艺配方通过 PLC 的编程器键盘设定或输入，并自动计算出理论给定值下装到 PLC 内存单元。 PLC把给定值通过 D/A 模块送到电机驱动控制器， 然后驱动圆盘电机按初始给定速度运行，从而圆盘给料机给出一个初始的料流量， 物料落在配料皮带秤上，通过安装在秤上的传感器把称量段上的瞬时料重转换成毫伏电压信号， 送给毫伏变送器， 毫伏变送器对该信号进行滤波、放大并转换成 4~20 mA 电流信号送至 PLC 的 A/D 模块， PLC 的 CPU 对该模拟信号进行采样，得到一个实际流量， 并与初始给定进行比较， 由于各种因素的影响， 实际值与给定值之间有一差值，通过一定算法处理， 计算出与之相应的调量， 然后把调整后的信号再次经 PLC 的 D/A 模块送至由变频器组成的电机驱动控制器，去改变圆盘电机的转速， 从而改变圆盘的下料量，如此循环多次，使流量实际值越来越接近给定值， 从而达到自动配料的目的。

3 软件设计

下位机即可编程控制器 PLC-5/30 ， 其编程采用梯形图语言， 使用与 PLC-5 系列处理器对应的编程软件6203-PLC5 和 ControlView 组态式监控软件完成。 下位机软件所要实现的功能主要有： 对电机各种运行方式的控制；对各种故障进行处理； 完成各种过程变量的计算， 其中包括流量、 累计量、 平均值、 配比等； 以及对各种物料流量的 PID 控制。

编程时，遵循软件工程规范， 根据结构化、 模块化的原则， 把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系， 主程序依据不同的条件调用各个子程序，完成相应的功能。 下位机软件结构如图 3所示。

主程序完成对整个系统的控制。编程时， 把功能相对 独 立 的 部 分编 制 为 一 个 子程 序 ， 主 程 序依 次 调 用 各 个子 程 序 来 完 成其 控 制 功 能 。主 程 序 流 程 图如图 4 所示。

4 结束语

现场实际应用表明，使用该自动配料系统后， 料量误差降到了 1% 以下， 烧结矿的一级品率提高了 9% ， 综合合格率提高了 18% ； 全铁 TFe 合格率提高了 11% ， 碱度合格率提高了 6% ， 利用系数提高了 2% ， 焦比降低了9Kg/t ， 取得了显著的经济效益和社会效益。

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