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介紹了基于現(xiàn)場(chǎng)儀表通訊的配料控制儀在山東某燒結(jié)配料生產(chǎn)中的應(yīng)用、優(yōu)點(diǎn)、存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施。來(lái)源:自動(dòng)化工業(yè)網(wǎng)。
1、山東某集團(tuán)燒結(jié)機(jī)配料控制儀概述。
在燒結(jié)配料過(guò)程中,根據(jù)高爐冶煉要求和各種物料的化學(xué)成分,對(duì)均勻混合生產(chǎn)燒結(jié)礦的鐵礦石粉、燃料(焦粉)、溶劑(石灰石、白云石、生石灰)和冷熱返礦進(jìn)行配料計(jì)算,確定各種物料的配料比,通過(guò)重量檢測(cè)和加料設(shè)備的控制實(shí)現(xiàn)配料。
燒結(jié)機(jī)配料儀控制的料倉(cāng)。
2.燒結(jié)配料控制儀方案的特點(diǎn)。
針對(duì)傳統(tǒng)燒結(jié)配料控制儀存在的問(wèn)題,深入分析現(xiàn)場(chǎng)工藝和管理現(xiàn)狀,結(jié)合最新實(shí)用先進(jìn)的測(cè)控技術(shù),設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)如下:
2.1配料控制儀表系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場(chǎng)儀表通信的分布式控制模式。
在本設(shè)計(jì)中,皮帶秤、沖壓流量計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、人工智能調(diào)節(jié)器等。通過(guò)具有現(xiàn)場(chǎng)通訊功能的宇典智能儀表與上位機(jī)通訊,形成基于現(xiàn)場(chǎng)通訊的分布式控制系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)儀表通信采用基于主從協(xié)議原理的HART通信協(xié)議。其特點(diǎn)是通信中只需讀寫(xiě)兩條指令,上位機(jī)軟件編寫(xiě)簡(jiǎn)單,上位機(jī)可以使用PC,應(yīng)用了其軟件資源豐富、開(kāi)發(fā)快速的優(yōu)點(diǎn)。與模擬傳輸相比,具有調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單、精度較高的優(yōu)點(diǎn)。配料控制儀具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)可靠性高。
光電隔離技術(shù)用于將通信接口與配料儀的其他部件隔離。當(dāng)通訊接口或線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí),皮帶秤和調(diào)節(jié)器仍能正常工作。由于采用低電平數(shù)字信號(hào),相位連續(xù)平均值為零,抗干擾能力強(qiáng)。接線(xiàn)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。故障不會(huì)在單臺(tái)機(jī)器中的檢測(cè)和控制設(shè)備之間傳播,也不會(huì)在上、下位機(jī)之間傳播,從而將故障對(duì)整個(gè)配料系統(tǒng)的影響降到最低,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。手動(dòng)和自動(dòng)切換模式靈活多樣。可在上位機(jī)、基礎(chǔ)調(diào)節(jié)器、變頻器、操作箱中進(jìn)行轉(zhuǎn)換,解決了故障時(shí)應(yīng)急響應(yīng)慢的問(wèn)題。
(2)配料儀上位機(jī)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),監(jiān)控程序功能更豐富。
由于數(shù)據(jù)是通過(guò)通訊的方式采集的,單機(jī)的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由下位機(jī)完成,上位機(jī)主要處理系統(tǒng)數(shù)據(jù),騰出更多的時(shí)間和內(nèi)存來(lái)處理功能更豐富的應(yīng)用。
(3)節(jié)約投資。
上位機(jī)不需要模擬輸入輸出模塊和相應(yīng)的機(jī)柜,也不需要熱備用上位機(jī)。同時(shí),增加單機(jī)時(shí)不需要增加公共硬件,節(jié)省了系統(tǒng)擴(kuò)展成本。另外,節(jié)省了信號(hào)電纜和安裝調(diào)試的費(fèi)用。對(duì)用戶(hù)和維護(hù)人員的素質(zhì)要求也比較低,節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)。
2.2配料控制儀硬件設(shè)備先進(jìn)實(shí)用,維護(hù)工作量小。
(1)針對(duì)一般皮帶秤維護(hù)工作量大、抗干擾能力差的問(wèn)題,選擇免維護(hù)稱(chēng)重毫伏信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化、4-20mA信號(hào)的皮帶秤。
(2)選用先進(jìn)實(shí)用的打孔機(jī)檢測(cè)石灰和熱返礦流量。
石灰和熱返礦流量的連續(xù)檢測(cè)是燒結(jié)配料中的一個(gè)難題。以前用螺旋秤檢測(cè)石灰,用兩個(gè)皮帶秤或核子秤檢測(cè)一個(gè)熱返礦給礦點(diǎn),不穩(wěn)定,維護(hù)工作量大,精度低,投資高。本設(shè)計(jì)選用先進(jìn)實(shí)用的沖壓秤進(jìn)行測(cè)試。用高精度稱(chēng)重傳感器代替差分放大器,不僅提高了穩(wěn)定性和檢測(cè)精度,還降低了維護(hù)工作量和技術(shù)要求。同時(shí),陶瓷耐磨沖壓板的使用解決了鋼制沖壓板使用壽命短的問(wèn)題。另外,其流量信號(hào)由皮帶秤稱(chēng)重模塊處理,解決了與上位機(jī)的匹配問(wèn)題。
(3)選用先進(jìn)的人工智能調(diào)節(jié)器作為基礎(chǔ)配料控制器。
選擇合適的調(diào)節(jié)器是實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)選用廈門(mén)宇典AI-808人工智能調(diào)節(jié)器,具有現(xiàn)場(chǎng)通訊功能,采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。與一般調(diào)節(jié)器相比,可以減小超調(diào)量,提高響應(yīng)速度。誤差較大時(shí),采用模糊算法進(jìn)行調(diào)整,完全消除PID飽和積分現(xiàn)象;當(dāng)誤差變小時(shí),采用改進(jìn)的PID算法進(jìn)行調(diào)整。它具有自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)特性和分別處理給定值和測(cè)量值變化的功能。它有多種設(shè)置模式,可以直接通過(guò)面板按鈕上的手動(dòng)數(shù)字進(jìn)行設(shè)置,也可以通過(guò)外部給定端子上的模擬數(shù)字進(jìn)行設(shè)置。為了防止異常超調(diào),它還具有預(yù)設(shè)控制量上限和下限的功能。同時(shí)調(diào)試簡(jiǎn)單,對(duì)正常生產(chǎn)影響不大。結(jié)構(gòu)類(lèi)型為熱拉入,更換方便快捷。
(4)選用先進(jìn)的雷達(dá)料位計(jì)檢測(cè)石灰和熱返礦倉(cāng)料位。
石灰和熱返料倉(cāng)料位的傳統(tǒng)檢測(cè)方法是稱(chēng)重、重錘和手動(dòng)塞尺,維護(hù)困難,維護(hù)工作量大,不可靠。我們選擇準(zhǔn)確、可靠、免維護(hù)的雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)。
2.3配料控制儀的應(yīng)用程序新穎、實(shí)用、豐富。
應(yīng)用程序采用VB6.0編寫(xiě),可視化性能良好。與稱(chēng)重配料儀的通用監(jiān)控程序相比,該系統(tǒng)的監(jiān)控程序更加新穎、實(shí)用、豐富,具有很強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話(huà)能力,突出表現(xiàn)在:
(1)報(bào)警方式采用超差反時(shí)語(yǔ)音報(bào)警。
傳統(tǒng)報(bào)警多為瞬時(shí)或長(zhǎng)期連續(xù)累積聲光報(bào)警。由于送料方式的限制(下料不均勻),瞬時(shí)量報(bào)警要么頻繁發(fā)出誤報(bào)警(來(lái)不及處理就恢復(fù));超出公差不會(huì)發(fā)出警報(bào)(大偏差),但會(huì)錯(cuò)過(guò)警報(bào)。連續(xù)累計(jì)報(bào)警,也是因?yàn)槔塾?jì)時(shí)間太短或太長(zhǎng)而誤報(bào)和漏報(bào)。同時(shí)在確認(rèn)報(bào)警對(duì)象時(shí),要配合顯示屏。我們使用超差反時(shí)限報(bào)警。也就是說(shuō),以一定的累計(jì)量(絕對(duì)誤差)和時(shí)間間隔(最短的處理時(shí)間)作為報(bào)警條件,通過(guò)通信的方式不斷累計(jì)瞬時(shí)誤差并傳送到上位機(jī)。單位時(shí)間內(nèi)累計(jì)量越大,報(bào)警時(shí)限越短,反之,報(bào)警時(shí)限越長(zhǎng)。同時(shí),當(dāng)瞬時(shí)偏差過(guò)大時(shí),會(huì)直接報(bào)警。這樣既不會(huì)有假陽(yáng)性,也不會(huì)有假陰性。此外,采用語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng),直接自動(dòng)報(bào)告報(bào)警對(duì)象,并提示原因和處理措施。它不僅縮短了報(bào)警確認(rèn)和處理時(shí)間,而且消除了操作人員盯著屏幕的需要,從而減少了他們的疲勞。
(2)解決了批量控制的問(wèn)題。
傳統(tǒng)的模擬集中控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)可變物料批量控制,模擬量設(shè)置在上位機(jī)和調(diào)節(jié)器之間,硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在上位機(jī)預(yù)設(shè)好可變料值后,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通訊的方式改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值,根據(jù)料頭和料尾對(duì)齊的原理自動(dòng)發(fā)送??勺兾锪蠒r(shí)間較短,最長(zhǎng)時(shí)間僅為90秒(僅由混合料帶式輸送機(jī)的速度和料倉(cāng)之間的距離決定)。調(diào)節(jié)器不超調(diào),減少了可變物料波動(dòng)帶來(lái)的惡性可變物料和生產(chǎn)不穩(wěn)定問(wèn)題。當(dāng)物料減速時(shí),不需要與電氣系統(tǒng)聯(lián)鎖。
(3)宇典AI-808真正實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)快速切換,無(wú)擾動(dòng)。
傳統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)無(wú)擾快速切換是指手動(dòng)和自動(dòng)切換的瞬時(shí)輸出值相等。在配料自動(dòng)調(diào)整中,手動(dòng)和自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換要求切換前后被控或被控量的平均值相等,因此需要計(jì)算切換前被控或被控量的平均值,然后進(jìn)行切換,以達(dá)到對(duì)工藝影響最小,真正實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。顯然,傳統(tǒng)的瞬時(shí)手動(dòng)和自動(dòng)無(wú)擾快速切換并不適合這種情況。因此,我們使用現(xiàn)場(chǎng)通訊,在自動(dòng)切換手動(dòng)模式時(shí),在上位機(jī)跟蹤計(jì)算每分鐘控制量的平均值;自動(dòng)初始化時(shí)取這個(gè)值作為給定值;當(dāng)從自動(dòng)切換到手動(dòng)時(shí),首先在上位機(jī)跟蹤計(jì)算每分鐘控制量的平均值,并將該值作為手動(dòng)操作的初始控制值。然后,將它們?cè)O(shè)置到人工智能調(diào)節(jié)器上,最后,在沒(méi)有干擾的情況下,手動(dòng)和自動(dòng)快速切換平均值。實(shí)現(xiàn)了成功的轉(zhuǎn)換,解決了以往手動(dòng)和自動(dòng)切換中控制量或設(shè)定值必須多次修改,仍難以達(dá)到切換要求值,導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng),延長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間的問(wèn)題。
2.3.4在零點(diǎn)校準(zhǔn)和各刻度校準(zhǔn)后,自動(dòng)校正相應(yīng)調(diào)節(jié)器的原始設(shè)定值。
根據(jù)零點(diǎn)和精度在零點(diǎn)和刻度校準(zhǔn)前后的變化,自動(dòng)計(jì)算出與原設(shè)定值對(duì)應(yīng)的新設(shè)定值,保證了新設(shè)定值的物理量與原設(shè)定值相等,避免了零點(diǎn)和刻度校準(zhǔn)帶來(lái)的附加誤差,保持了生產(chǎn)的連續(xù)性。一般的配料儀表控制系統(tǒng)沒(méi)有這種功能。
2.3.5實(shí)現(xiàn)了超差、換倉(cāng)、破倉(cāng)、換料、延期的自動(dòng)記錄和按時(shí)間查詢(xún),解決了配料過(guò)程中工藝規(guī)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題。
當(dāng)上述報(bào)警發(fā)生時(shí),顯示屏?xí)詣?dòng)彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框,對(duì)話(huà)框中有報(bào)警對(duì)象、報(bào)警原因、處理方法、值班員等,值班員會(huì)逐項(xiàng)確認(rèn)。明確責(zé)任,增強(qiáng)操作人員的自律意識(shí),為正確分析波動(dòng)原因奠定基礎(chǔ),有助于穩(wěn)步提高技術(shù)水平。
2.3.6歷史趨勢(shì)圖的縱坐標(biāo)分為兩個(gè)成比例的線(xiàn)段,保證了大流量和小流量在同一個(gè)畫(huà)面中都能清晰區(qū)分瞬時(shí)變化趨勢(shì)。
2.3.7每個(gè)秤的參數(shù)可以在上位機(jī)顯示器上集中查看和修改,方便秤的校準(zhǔn)。
2.3.8料倉(cāng)內(nèi)料位的虛擬指示是初始料位減去下料量即為剩余量,無(wú)需料位計(jì)即可準(zhǔn)確指示料位。
2.3.9配料信息可以通過(guò)數(shù)據(jù)打包無(wú)誤地傳輸,可以異地查詢(xún),實(shí)現(xiàn)了配料信息共享,提高了流程管理水平。
2.3.10比率設(shè)置靈活多樣。根據(jù)工藝配料的配方,輸入相關(guān)配料和總量后,可以自動(dòng)計(jì)算設(shè)定量,也可以人工計(jì)算后,逐個(gè)輸入設(shè)定值;它可以根據(jù)批量控制的要求在上位機(jī)上統(tǒng)一預(yù)設(shè),也可以在每個(gè)基本調(diào)節(jié)器上單獨(dú)設(shè)置。
2.3.11單臺(tái)機(jī)器的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重模塊中,節(jié)省了上位機(jī)的時(shí)間和內(nèi)存,增加了系統(tǒng)擴(kuò)展的空間。
2.3.12計(jì)量單位可以點(diǎn)擊,在t/h和kg/m之間互換,方便現(xiàn)場(chǎng)檢定。
2.3.13顯示屏上有幫助菜單,方便操作人員和維修人員學(xué)習(xí)和掌握。
3.利用燒結(jié)配料控制儀器效果。
兩年的運(yùn)行實(shí)踐表明,燒結(jié)配料控制儀工作穩(wěn)定可靠,降低了操作人員和維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整,可以大大減少人工跑板和稱(chēng)重,可以留出更多的時(shí)間進(jìn)行巡檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,減少突發(fā)事故及其處理工作量。同時(shí)報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí),也減少了干擾和故障處理的工作量。特別是換料、手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換可以一次完成,不僅增強(qiáng)了實(shí)時(shí)控制,提高了控制精度,還降低了重復(fù)稱(chēng)重的勞動(dòng)強(qiáng)度。人機(jī)界面直觀,功能操作簡(jiǎn)單,提供幫助菜單,方便易學(xué)。監(jiān)控程序具有很強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話(huà)能力,便于過(guò)程管理,提高操作人員的責(zé)任心,減少異常波動(dòng),促進(jìn)生產(chǎn)指標(biāo)的提高。
配料控制儀實(shí)現(xiàn)了圓盤(pán)給料方式下,控制穩(wěn)定性可連續(xù)調(diào)節(jié),每分鐘累計(jì)量控制精度為1.5%。滿(mǎn)足換料和延期料、手動(dòng)和自動(dòng)切換、秤校準(zhǔn)前后平穩(wěn)過(guò)渡、配料信息準(zhǔn)確、及時(shí)、遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓に囈蟆?yīng)用功能集測(cè)量、控制和管理于一體,實(shí)現(xiàn)高性能投資比的目標(biāo)。
4.燒結(jié)配料儀存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施。
4.1儀器通訊速度慢。進(jìn)一步完善下位機(jī)的功能,使上位機(jī)采集的數(shù)據(jù)已經(jīng)統(tǒng)計(jì)并盡可能存儲(chǔ)在指定的存儲(chǔ)單元。同時(shí),采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),減少數(shù)據(jù)傳輸,縮短通信時(shí)間。另外,提高通信的波特率。
4.2送料設(shè)備下料不均勻。進(jìn)一步改變送料方式,將圓盤(pán)送料改為寬帶拖動(dòng)。
4.3物理驗(yàn)證困難。在皮帶機(jī)下料點(diǎn)加一個(gè)移動(dòng)料斗秤,隨時(shí)實(shí)物檢查秤。
4.4儀表控制和電氣控制分離。儀表控制與電氣控制相結(jié)合,采用AI-301M開(kāi)關(guān)輸入輸出模塊,實(shí)現(xiàn)配料控制儀表的全自動(dòng)化,將配料信息納入生產(chǎn)管理信息網(wǎng)絡(luò)。
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