本文章介绍了某烧结厂混匀料场的工艺流程、控制系统的组成结构、功能及自动配料系统的应用和效果。

　长期以来,由于某烧结厂所用的含铁原料来源杂,成份波动大,给烧结矿的TFe和SiO2稳定率带来不利影响,为弥补这一不足,安钢于1998年投资兴建了二次混匀料场。混匀料场运转正常与否,直接影响烧结矿的产量和质量,所以对其控制系统提出了较高的要求。

1　系统概况

混料场主要工艺设备包括汽车受料槽、皮带运输机及转运站、高位料仓、圆盘给料机、一台悬臂式堆料机和两台斗轮式取料机。含铁原料由汽车拉至汽车受料槽,再经皮带机和转运站送至高位料仓,通过自动配料系统按一定的配比下料,经皮带机送到堆料机混匀堆放。取料机截取后再经皮带机送到配料室的铁矿仓。电气控制设备主要有一套西门子S7-400PLC、一套S5-115UPLC、两台S7-200PLC和各种电机和变频器。

2　PLC控制系统的组成及原理

为保证混匀料场整个控制系统的精确性、稳定性和可靠性,系统中堆料机取料机除位置信号送主控室西门子S7-400系统外,其余的堆料、取料动作控制由其自带的PLC负责完成。其中堆料机由西门子S5-115UPLC控制,取料机由西门子S7-200PLC控制。其余的皮带机、转运站、自动配料系统的控制则由西门子S7-400PLC控制系统来完成。现将其分别介绍如下:

2.1　主控室S7-400PLC控制系统

整个混匀料场,除堆料机和两台取料机外,其他所有的电气设备的控制都由这套PLC系统集中控制,所以其点数多、任务复杂。

系统由上位机和下位机两部分组成。其上位机采用研华PⅡ工控机,操作系统为Windows98,组态软件采用SIMATICWINCC4.0,其图形化界面可动。

态显示现场各种设备的运行状态,显示系统运行的各种参数,操作人员可以通过用鼠标点击按钮来控制现场设备的启停,更该系统的运行参数,操作简单明了,具有良好的人机界面。下位机系统采用本地主控制站和远程I/O,主站和远程I/O的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线,主站为S7-400PLC,由电源模板、CPU模板、闭环控制模板、信号模板和扩展模板组成。其CPU模板采用CPU413-2DP,内置支持多点通讯的MPI接口,并能通过PROFIBUS-DP总线与远程分布式I/O或现场智能称重控制仪表通讯。闭环控制模板采用FM455-U,模板自带模拟量输入输出和开关量输入输出通道,可以在不占用主处理器资源的情况下完成闭环控制。采用PID算法控制自动配料系统的配料。信号模板包括数字量输入/输出模板、模拟量输入/输出模板。从站包括挂在PROFIBUS-DP总线上的三套ET200M,每套ET200M带一定数量的开关量或模拟量点,通过总线与主站通讯,就近控制离主控室较远的设备的运行,这样使得整个系统的布线更简单,结构更合理。上位机和下位机通过MPI接口通讯。

2.2　自动配料控制系统

自动配料系统采用质量配料法,各种含铁原料按计算好的配比通过电子配料称配料。配料的精确度直接影响烧结矿的TFe含量的稳定性,所以对控制系统提出了较高的要求。自动配料系统主要由闭环控制模板FM455-U、圆盘给料机、电子皮带称、称重显示器、变频器等组成(如图3所示)。各种原料的配比由操作人员通过上位机设定,物料的流量经电子皮带秤、称重显示器转换为4～20mA信号输入到闭环控制模板的功能模块,经A/D转换器转换为数字量,与设定值比较,再经过PID运算,得到控制量的数字值,经D/A转换器转化为4～20mA的模拟量给变频器,变频器根据这个信号控制圆盘给料机电机的转速,从而使各台圆盘给料机的给料量紧紧围绕在其设定值的周围,实现自动配料功能。

采用的PID算法简介如下:设Yr(t)为t时刻的下料量的设定值,Y(t)为t时刻的实际下料量,则e(t)=Yr(t)-Y(t)为t时刻的下料偏差,设此时系统的控制输出为u(t),则

　u(t)=Kp{e(t)+1/ti∫e(t)dt+td[de(t)/dt]}式中:Kp、ti、td———分别为比例系数、积分时间常数、

微分时间常数。调整上述三个系数就可以改变控制输出,得到较好的控制效果。

2.3　堆料机、取料机控制系统

堆料机由一套西门子S5-115UPLC集中控制,操作员通过操作面板输入或改变堆料机运行参数,通过输入输出模板控制堆料机的走行速度、走行方向及其悬臂的仰俯和各个设备间的连锁等动作。取料机控制采用相对简单的S7-200PLC,主要控制取料机大车的走行、取料方向、取料机斗轮的顺序启停和斗轮的取料深度等动作。

3　系统实现的功能

1)按照生产需要选择上料流程、堆料流程、取料流程、应急取料流程等不同的流程,并控制流程上设备的顺序启动、同时启动、顺序停止、同时停止、紧急停止、故障停止等。

2)可以根据生产需要选择不同的含铁原料,改变或设定各种含铁原料的配比,通过自动配料控制系统实现所选原料的按配比下料。

3)报表打印功能:可以在每次改变配比后将原配比和新配比打印出来;可以统计各班的配料总量、各种原料的消耗量,在当班结束时打印出来;统计每月的配料总量、各种原料的月消耗量,每月末以报表的形式打印出来。

4)报警功能:本配料系统可以在生产过程中实时监控各种关键设备的运行状况,如果设备的运行参数超出预先设定的上下限,则在主控室的上位机上发出报警信息,提醒操作人员采取相应的措施。

5)故障记录功能:本系统可以记录在运行过程中出现故障的设备,故障时间及有关故障的简单信息。方便维护人员维护系统设备。

4　效果

混匀料场正常运行是烧结矿品位稳定的前提条件,该控制系统在原料场投运以来,经过几年的实践使用,成功完成对烧结系统每月约30万吨的原料供配任务,提高了配料的精确度,使烧结矿的碱度稳定率从1998年的87.42%提高到2002年的89.73%,提高了2.31个百分点,烧结矿FeO含量从9.89%降到了8.66%,降低了1.23个百分点,年效益约250万元。该系统运行可靠,性能稳定,保证了某烧结厂烧结矿产量质量的稳步提高,取得了较好的经济效益,具有较高的推广价值。

5　参考文献

[1]　刘贺平系统辨识与控制.北京:北京科技大学,1999.60～80.

[2]　金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社,2003.170～190.

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