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1前言
冶金焦炭是煉鐵高爐的還原劑熱源和骨架隨著高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)步對焦炭質(zhì)量要求越來越高焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響愈來愈明顯已成為限制高爐生產(chǎn)發(fā)展的因素之一如表1所示數(shù)據(jù)顯示焦炭物理性能對煉鐵指標(biāo)的影響顯著。
表1焦炭物理性能對煉鐵指標(biāo)的影響

在煉焦生產(chǎn)中配合煤的配比準(zhǔn)確率不僅影響化驗(yàn)室配料計(jì)算的目標(biāo)值而且對后續(xù)煉焦產(chǎn)品的質(zhì)量都有極其重大的影響配比準(zhǔn)確率是焦炭質(zhì)量控制的野前哨冶是焦炭質(zhì)量控制中首要解決的問題。保證配合煤配比準(zhǔn)確率的關(guān)鍵在于配料秤控制系統(tǒng)的精度于是在原有基礎(chǔ)上研發(fā)高精度的配煤配料秤控制系統(tǒng)提高配合煤配比準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升焦炭質(zhì)量。
2原有配煤配料秤控制系統(tǒng)存在的問題
2.1 配合煤配比準(zhǔn)確率低于行業(yè)先進(jìn)水平

統(tǒng)計(jì)表如表2所示院老區(qū)為96.22%新區(qū)為97.08%雖然已達(dá)到老區(qū)＞95%新區(qū)大于97%公司要求但距同行業(yè)98%的先進(jìn)水平有差距
2.2 配料控制系統(tǒng)架構(gòu)存在問題
焦化老區(qū)配料系統(tǒng)由長沙博越設(shè)計(jì)一期于2003年完成實(shí)現(xiàn)1-5#煤倉PLC控制曰二期于2005年完成實(shí)現(xiàn)6-10#煤倉PLC控制控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示
焦化新區(qū)配料系統(tǒng)由徐州衡器設(shè)計(jì)2007年投用控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示

表2焦化廠2017年新、老區(qū)配料系統(tǒng)配比準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)表

1新老區(qū)配料控制系統(tǒng)都是10多年前設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路局限性明顯控制系統(tǒng)架構(gòu)各自為陣必須整合優(yōu)化重組配料重量數(shù)據(jù)采集設(shè)置及監(jiān)視用的HMI只有一臺運(yùn)行軟件由供應(yīng)商采用第三方軟件如編寫供應(yīng)商考慮到知識產(chǎn)權(quán)的問題將HMI軟件打包封鎖在指定硬盤內(nèi)軟件已不能適應(yīng)當(dāng)下配煤需求而且一旦硬盤損壞系統(tǒng)將無法修復(fù)導(dǎo)致配料停產(chǎn)。
2配料系統(tǒng)將稱重儀表放在控制層稱重?cái)?shù)據(jù)采集圓盤給料機(jī)的速度控制通過串口與HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互都由稱重儀表完成由于受通訊協(xié)議的制約稱重儀表故障采用通用型稱重儀表無法替代只能采用價格昂貴的同型號的稱重儀表。
3老區(qū)配料一期二期給煤控制方式存在差異一期1-5#煤倉采用的是稱重皮帶和圓盤雙調(diào)速控制二期6-10#煤倉采用的是圓盤單調(diào)速皮帶秤恒速控制一期配料雙調(diào)速控制設(shè)備故障率高二期配料單調(diào)速控制穩(wěn)定可靠。
2.3老區(qū)配料秤使用精度低
老區(qū)配料系統(tǒng)由于稱重框架存在變形皮帶張力不穩(wěn)皮帶易跑偏計(jì)量托輥易卡住刮皮器清煤不凈速度傳感器斷軸壓力傳感器無法在線調(diào)校等諸多因素嚴(yán)重影響了配料秤使用精度
3采取的技術(shù)措施
針對焦化配料系統(tǒng)存在的問題結(jié)合在線設(shè)備運(yùn)行狀況和工藝需求以提升配料精度為目標(biāo)降低設(shè)備故障率降低維護(hù)成本增強(qiáng)維護(hù)保障為核心重新研發(fā)一套配料穩(wěn)定精度高操作簡便易于維護(hù)的新型配料控制系統(tǒng)
3.1研發(fā)新老區(qū)配料控制系統(tǒng)的新架構(gòu)
研發(fā)配料系統(tǒng)新的架構(gòu)采用將老系統(tǒng)架構(gòu)分級分批重組實(shí)現(xiàn)HMI冗余PLC控制系統(tǒng)升級通訊方式統(tǒng)一為以太網(wǎng)解決稱重儀表通用性問題及統(tǒng)一調(diào)速控制模式改造費(fèi)用低且確保連續(xù)生產(chǎn)
1將稱重儀表從控制層降至設(shè)備層取消其通訊功能控制功能僅作為稱重?cái)?shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)傳至PLC圓盤調(diào)速功能由PLC接管
2統(tǒng)一調(diào)速控制方式院即稱重皮帶為工頻恒
速控制給料機(jī)由PLC控制變頻器自動調(diào)速
3將老區(qū)一期二期兩套PLC整合為一套PLC可消除兩套PLC之間數(shù)據(jù)通訊的延遲和故障
4將新區(qū)配料系統(tǒng)控制站低端的PremiumTSXP57104M處理器取消該站整合為備煤系統(tǒng)的子站CPU升級為PremiumTSXP573634M處理器提升了處理器的處理能力和運(yùn)算速度新老區(qū)配料控制系統(tǒng)的架構(gòu)重組后達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)配料系統(tǒng)新的架構(gòu)如圖3圖4所示

3.2研發(fā)高精度配煤流量控制算法
經(jīng)過對焦化配煤工藝的深入調(diào)查研究確定圓盤速度控制基于PID調(diào)節(jié)為核心輔以配料自學(xué)習(xí)程序和濾波程序的流量控制算法提高了配料系統(tǒng)配比準(zhǔn)確率
1設(shè)定流量值計(jì)算
用戶輸入院下達(dá)配比含水量每小時干煤總量由這3個值計(jì)算出各煤種在一小時內(nèi)應(yīng)該配的煤量設(shè)定流量值設(shè)定流量值=每小時總干煤量下達(dá)配比/1-含水量
2圓盤速度控制采用PID調(diào)節(jié)
3研發(fā)配料自學(xué)習(xí)程序院PID調(diào)節(jié)的比例積分和微分作用需要一個穩(wěn)態(tài)的過程比如在系統(tǒng)開機(jī)前20s圓盤的速度沒有跑起來測量值將遠(yuǎn)小于設(shè)定值此時投入自動調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)控制器將給煤盤變頻器輸入接近50Hz的速度下煤量太大導(dǎo)致主皮帶堵料因此研發(fā)配料自學(xué)習(xí)程序?qū)⒚罕P停機(jī)前的速度記下作為下次開機(jī)前20s煤盤是手動頻率給定值開機(jī)20s后再將PID調(diào)節(jié)投自動。
4研發(fā)濾波程序院配料系統(tǒng)的物料從煤盤落
皮帶秤上由于重力作用對秤的沖擊不可避免必然造成瞬時值的波動設(shè)計(jì)濾波程序?qū)⑺矔r值濾波后再給PID調(diào)節(jié)使PID調(diào)節(jié)器輸出更平穩(wěn)。
3.3研發(fā)了新老區(qū)配料控制系統(tǒng)的操作監(jiān)視畫面
重新設(shè)計(jì)研發(fā)配料系統(tǒng)HMI監(jiān)視操作畫面將老區(qū)配煤畫面融合至備煤IFIX平臺上將新區(qū)配煤畫面融合至備煤INTOUCH平臺上這樣即不需要新增HMI又可實(shí)現(xiàn)HMI冗余升級后的配料系統(tǒng)操作畫面如圖5所示曰升級后的配料參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示
3.4新老區(qū)配料生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的研發(fā)
1老區(qū)配料采用基于IFIX平臺面向Web應(yīng)用的生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新實(shí)時自動存儲網(wǎng)頁方式查詢方便流程如圖7所示

2新區(qū)配料采用基于Intouch平臺以為研發(fā)平臺sql2000數(shù)據(jù)庫運(yùn)用的生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新實(shí)時自動存儲Excel表格方式查詢方便流程如圖8所示
3.5新老區(qū)配料控制系統(tǒng)的控制程序研發(fā)
原配料系統(tǒng)控制邏輯簡單僅僅考慮設(shè)備的逆起順停沒有考慮斷料超料的聯(lián)鎖沒有考慮操作人員校秤過程中不便之處本次升級直接根據(jù)工藝要求和用戶需求進(jìn)行研發(fā)。

正常啟動院配料系統(tǒng)在所有條件都滿足的情況下可以自由的選擇參與配料的小皮帶按照備煤大皮帶M1前進(jìn)的方向小皮帶從后向前依次延時啟動設(shè)定時間剛好能將小皮帶上配煤送達(dá)下一級小皮帶的下料口圓盤機(jī)則落后小皮帶5秒啟動避免配煤在圓盤下料口形成堵塞系統(tǒng)完成啟動正常停機(jī)院圓盤機(jī)按照與啟動相同的順序停機(jī)相互間延時與啟動間隔相同小皮帶則落后圓盤10秒停止小皮帶有充分時間輸送完余煤聯(lián)鎖停機(jī)院系統(tǒng)在收到急停斷料超料報(bào)警或失去備煤大皮帶M1運(yùn)行信號后配料系統(tǒng)將停止運(yùn)行。
3.6斷料超料報(bào)警及聯(lián)鎖程序研發(fā)
斷料指的當(dāng)配料系統(tǒng)在配料過程中下料量遠(yuǎn)小于預(yù)設(shè)值時判定斷料曰超料是指當(dāng)配料系統(tǒng)在配料過程中下料量遠(yuǎn)大于預(yù)設(shè)值時判定超料斷料超料如不能及時中斷配料將對配料系統(tǒng)配比準(zhǔn)確率影響非常大。
為了防止配料系統(tǒng)某個倉出現(xiàn)瞬時值持續(xù)低于或髙于設(shè)定值特設(shè)置斷料和超料報(bào)警聯(lián)鎖當(dāng)實(shí)際流量值小于設(shè)定流量值的20%時發(fā)野斷料聲光報(bào)警冶曰當(dāng)實(shí)際流量值大于設(shè)定流量值。得120%時發(fā)野超料聲光報(bào)警冶曰持續(xù)30秒聯(lián)鎖停機(jī)。
3.7重新設(shè)計(jì)老區(qū)配料系統(tǒng)秤架選型
將老區(qū)原有的10臺長天博越生產(chǎn)的精度為1%的皮帶秤用安徽銅陵三若電子生產(chǎn)的精度為0.5%的皮帶秤替換
稱重傳感器選用美國世銓公司生產(chǎn)的S形拉式稱重傳感器并采取把稱重傳感器安裝在矩形方鋼中使傳感器不受外部條件諸如塵土水堆料等的影響以保證系統(tǒng)的精度并采用充氮密封拉力傳感器具有良好的防水防塵等性能。
皮帶機(jī)機(jī)架采用矩形鋼制作結(jié)構(gòu)牢固穩(wěn)定可靠輸送機(jī)架稱重橋架托輥滾筒的強(qiáng)度撓度抗振穩(wěn)定性等方面都比原來的增強(qiáng)。
皮帶長度由原來的3100mm加長至3500mm這樣圓盤給料機(jī)落料口離稱重框架的距離加長了40mm大大減少了落料對稱重框架的沖擊。
4實(shí)施效果
新老區(qū)配料系統(tǒng)2018年7月全面升級完成后項(xiàng)目組對系統(tǒng)進(jìn)行全程跟蹤并繪制配比準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)表如表3表4所示數(shù)據(jù)顯示新老區(qū)配料配比準(zhǔn)確率有了提高本次研發(fā)的措施是行之有效的。

經(jīng)過升級改造后新老區(qū)配料的配比準(zhǔn)確率已上升至98%以上達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平焦炭質(zhì)量穩(wěn)步提升新區(qū)5#6#焦?fàn)tM40上升1.32%M10下降0.15%CSR上升0.04%老區(qū)1#2#焦?fàn)tM40上升2.04%M10下降0.35%CSR上升0.01%老區(qū)3#4#焦?fàn)tM40上升1.40%M10下降0.32%CSR上升0.01%如表5表6表7所示

5結(jié)束語
自主研發(fā)的焦?fàn)t配料系統(tǒng)將稱重儀表設(shè)在設(shè)備層配料系統(tǒng)控制改為以PLC為主導(dǎo)采用以太網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)HMI冗余控制手段更加靈活研發(fā)的高精度流量控制算法以圓盤速度控制基于PID調(diào)節(jié)為核心輔以自學(xué)習(xí)程序和濾波程序的配料模式使配料系統(tǒng)配比準(zhǔn)確率大大提高研發(fā)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)為生產(chǎn)管理提供實(shí)時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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