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0 引言

由于泰鋼鐵礦品位低，釩欽含量高， 成分復(fù)雜， 導(dǎo)致泰鋼燒結(jié)廠使用的原料品種較多， 精礦品位波動(dòng)大，各種原料的化學(xué)成分相差也較大，即使是同一品種的原料， 其品位和化學(xué)成分亦有波動(dòng)。因此對(duì)燒結(jié)配料系統(tǒng)的控制精度和計(jì)量精度提出了更高的要求。 然而，泰鋼目前仍有部分配料生產(chǎn)線采用的是傳統(tǒng)的配料方式： 靠人工通過(guò)絲杠調(diào)節(jié)料門(mén)開(kāi)度大小或手動(dòng)調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制下料量，下料量的多少依靠人工反復(fù)“跑盤(pán)” 確定。這種方法缺點(diǎn)是配料控制精度受人為因素影響大， 且無(wú)法做到及時(shí)調(diào)節(jié)，尤其是反復(fù)拋盤(pán)， 勞動(dòng)強(qiáng)度大， 取樣代表性差、 不能進(jìn)行準(zhǔn)確配料控制， 當(dāng)出現(xiàn)斷料、 卡料等情況時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。因此， 根據(jù)泰鋼的實(shí)際需要， 我們采用集散控制將配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的獨(dú)立控制方式。 在系統(tǒng)中，每個(gè)控制站都由對(duì)應(yīng)的料量檢測(cè)單元、 控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、 給料機(jī)組成一套獨(dú)立的閉環(huán)給料控制系統(tǒng)。各控制站均可脫離上位機(jī)獨(dú)立完成自動(dòng)配料過(guò)程， 各控制站均獨(dú)立采用積分分離法 PID 控制方式， 實(shí)現(xiàn)各控制站 PID 參數(shù)的獨(dú)立整定。各控制站通過(guò)配料操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的手動(dòng)、 自動(dòng)切換，也可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)旁操作箱實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、 自動(dòng)切換以及進(jìn)行緊急停車(chē)操作。而采用上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控與管理。

1 自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的組成

每條生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制對(duì)象為 12 臺(tái)圓盤(pán)料調(diào)速電機(jī)， 檢測(cè)單元由配料皮帶秤、 傳感器和毫伏變送器組成， 控制主機(jī)為 PLC-5/30 ， 執(zhí)行單元為 12 臺(tái)由變頻器組成的驅(qū)動(dòng)控制器。 系統(tǒng)起、停、 手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)在操作控制臺(tái)上。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。

2 自動(dòng)配料系統(tǒng)控制原理

配料皮帶秤所測(cè)得的物料重量信號(hào)及測(cè)速電機(jī)測(cè)得的電子秤皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)同時(shí)輸入微機(jī)系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算輸出信號(hào)控制各電機(jī)。配料系統(tǒng)的給料設(shè)備有兩種： 定量皮帶給料機(jī)和圓盤(pán)給料機(jī)。 定量皮帶給料機(jī)是通過(guò)改變定量皮帶電機(jī)的速度控制物料流量；圓盤(pán)給料機(jī)是通過(guò)控制圓盤(pán)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制物料流量。 對(duì)這兩種給料設(shè)備的控制系統(tǒng)基本相同。其自動(dòng)調(diào)節(jié)原理如圖 2 所示。

物料重量通過(guò)皮帶秤的荷重傳感器檢測(cè)，并轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的直流毫伏信號(hào)， 再通過(guò)放大器轉(zhuǎn)換為 4～20mA 信號(hào)， 送到 A/D 模板。 皮帶秤電機(jī)轉(zhuǎn)速由直流測(cè)速電機(jī)測(cè)量，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓經(jīng)隔離放大器得到與轉(zhuǎn)速成正比的 4～20mA 直流信號(hào)也送到 A/D 模板。 假設(shè)某一時(shí)刻，皮帶秤有效稱(chēng)量段上的物料重量為W ， 皮帶的線速度為 V （和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比）， 有效稱(chēng)量段長(zhǎng)度為 L ， 則該時(shí)刻物料的瞬時(shí)流量 F 為：

F=1/L×W×V

根據(jù)上式，可以計(jì)算出每一采樣時(shí)刻的瞬時(shí)流量，并進(jìn)一步計(jì)算采樣時(shí)刻前一段時(shí)間內(nèi)的平均流量。 將其值與上位機(jī)送來(lái)的流量設(shè)定值進(jìn)行比較， 然后通過(guò) PID調(diào)節(jié)運(yùn)算得到控制量， 再利用遠(yuǎn)程 I/O 控制變頻器改變輸出頻率， 從而改變定量皮帶給料電機(jī)和圓盤(pán)給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此達(dá)到控制物料流量的目的。

系統(tǒng)工藝配方通過(guò) PLC 的編程器鍵盤(pán)設(shè)定或輸入，并自動(dòng)計(jì)算出理論給定值下裝到 PLC 內(nèi)存單元。 PLC把給定值通過(guò) D/A 模塊送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器， 然后驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)電機(jī)按初始給定速度運(yùn)行，從而圓盤(pán)給料機(jī)給出一個(gè)初始的料流量， 物料落在配料皮帶秤上，通過(guò)安裝在秤上的傳感器把稱(chēng)量段上的瞬時(shí)料重轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號(hào)， 送給毫伏變送器， 毫伏變送器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、放大并轉(zhuǎn)換成 4~20 mA 電流信號(hào)送至 PLC 的 A/D 模塊， PLC 的 CPU 對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，得到一個(gè)實(shí)際流量， 并與初始給定進(jìn)行比較， 由于各種因素的影響， 實(shí)際值與給定值之間有一差值，通過(guò)一定算法處理， 計(jì)算出與之相應(yīng)的調(diào)量， 然后把調(diào)整后的信號(hào)再次經(jīng) PLC 的 D/A 模塊送至由變頻器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，去改變圓盤(pán)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 從而改變圓盤(pán)的下料量，如此循環(huán)多次，使流量實(shí)際值越來(lái)越接近給定值， 從而達(dá)到自動(dòng)配料的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)即可編程控制器 PLC-5/30 ， 其編程采用梯形圖語(yǔ)言， 使用與 PLC-5 系列處理器對(duì)應(yīng)的編程軟件6203-PLC5 和 ControlView 組態(tài)式監(jiān)控軟件完成。 下位機(jī)軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能主要有： 對(duì)電機(jī)各種運(yùn)行方式的控制；對(duì)各種故障進(jìn)行處理； 完成各種過(guò)程變量的計(jì)算， 其中包括流量、 累計(jì)量、 平均值、 配比等； 以及對(duì)各種物料流量的 PID 控制。

編程時(shí)，遵循軟件工程規(guī)范， 根據(jù)結(jié)構(gòu)化、 模塊化的原則， 把功能相對(duì)獨(dú)立的部分編制為一個(gè)子程序，盡量減少子程序之間的聯(lián)系， 主程序依據(jù)不同的條件調(diào)用各個(gè)子程序，完成相應(yīng)的功能。 下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

主程序完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。編程時(shí)， 把功能相對(duì) 獨(dú) 立 的 部 分編 制 為 一 個(gè) 子程 序 ， 主 程 序依 次 調(diào) 用 各 個(gè)子 程 序 來(lái) 完 成其 控 制 功 能 。主 程 序 流 程 圖如圖 4 所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，使用該自動(dòng)配料系統(tǒng)后， 料量誤差降到了 1% 以下， 燒結(jié)礦的一級(jí)品率提高了 9% ， 綜合合格率提高了 18% ； 全鐵 TFe 合格率提高了 11% ， 堿度合格率提高了 6% ， 利用系數(shù)提高了 2% ， 焦比降低了9Kg/t ， 取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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