高炉混喷白云石上料系统控制程序设计

姜海龙

（天津天铁冶金集团动力厂，河北涉县056404）

1 引言

天铁高炉混喷投产于2009年10月，其项目设备有2套制粉系统、1套喷粉站以及与之配套的皮带上料系统和配煤厂。皮带上料系统由运输皮带和3台全封闭给煤机组成。为了实现高炉生产顺行，2011年将高炉结渣需要添加的白云石矿粉移至高炉混喷，通过上料系统实现煤粉与白云石矿粉按比例均匀配比、研磨、喷吹至高炉，以满足高炉生产的需要。

2 系统结构

2.1 硬件系统

白云石上料系统由储料罐、螺旋给料机、给料机变频器、螺旋计量秤、螺旋输送机以及称重仪表等组成，见图1。

图1 白云石给料系统示意图

白云石矿粉先由M1运送至M2，然后由M2运送至M3，再由M3运送至101上料皮带，最后运送至混

喷储煤仓。

2.2 控制方案和运行方式设计

（1）控制方案

该上料系统有1台5.5 kW电机（螺旋给料机）和2台4 kW电机（螺旋计量秤、螺旋输送机）组成，为防止跑料，101皮带运行后，M3、M2、M1才能顺序启动；停机时，M1、M2、M3顺序停车。通过对启、停顺序和系统联锁保护的分析，制定系统控制方案。

启动操作时，启动顺序是：先启动螺旋机输送机，再启动螺旋计量秤，最后启动螺旋给料机。停机操作时，停机顺序是：先停螺旋给料机，再停螺旋计量秤，最后停螺旋输送机。系统启动后，螺旋计量秤、螺旋输送机以额定转速运行。螺旋给料机由变频器控制，根据运行方式调节转速，进而控制给料量的大小。

当101上料皮带故障停机时，螺旋输送机、螺旋计量秤及螺旋给料机自动停机。当螺旋输送机故障停机时，螺旋计量秤及螺旋给料机自动停机；当螺旋计量秤故障停机时，螺旋给料机自动停机，螺旋输送机不停机；当螺旋给料机故障停机时，螺旋计量秤和螺旋输送机不自动停机。

（2）运行方式

该上料系统设计了远程手动、自动、配比3种运行方式。并且远程手动和自动运行方式实现无扰切换，以保证系统的稳定运行。远程手动模式下，输入螺旋给料机手动给定值，系统不根据称重仪表反馈数据进行调节，输出值恒定。远程自动模式下，根据输入的螺旋给料机给定值，与称重仪表反馈值进行比较，求出调节量，系统自动调节，使给粉量趋于给定值。远程配比模式下，根据设定的配比值，系统计算出自动给定值，并调节输出，使给粉量趋于给定值。

3 程序设计

3.1 建立变量表

根据控制方案和运行方式的设计，运用S7-400可编程控制器对白云石上料系统的联锁启停控制和远程手动、自动、配比三种运行方式进行程序编制。系统共有14个开关量输入输出点，3个模拟量输入输出点。输入输出点表见表1。

3.2 螺旋输送机、螺旋给料机、螺旋计量秤联锁启停程序设计

螺旋输送机与101皮带联锁，联锁投入后101皮带运行时，螺旋输送机才能启动（DB104.DBX4.2是101皮带的运行状态逻辑）。加之螺旋输送机的启停由单继电器控制，输送机运行状态中，中间继电器一直处于吸合状态。停车时，按下螺旋输送机停止按钮，中间继电器释放，螺旋输送机停车。螺旋输送机启停控制见图2。

表1 系统的输入输出点

图2 螺旋输送机启停控制图

螺旋给料机与螺旋计量秤、螺旋输送机联锁，在远程状态下，螺旋计量秤和螺旋输送机启动运行后，给料机才能启动；在联锁运行过程中，螺旋计量秤和螺旋输送机其中有一个故障停车时，螺旋给料机立即联锁停车。螺旋给料机的启停由双继电器控制。螺旋给料机启动控制见图3。

螺旋计量秤与螺旋输送机联锁，在远程状态下，螺旋输送机启动后，螺旋计量秤才能启动。在联锁运行过程中，螺旋输送机故障停车时，螺旋计量秤立即停车。螺旋计量秤的启停由双继电器控制，见图4。

图4 螺旋计量秤启动控制

3.3 上料系统的运行方式设计

系统调用PID调节器对螺旋给料机变频器进行控制。调节器根据远程自动、配比设定值改变频率信号，调整给料电机转速。通过安装在给料秤上的称重传感器和称重显示仪表，把瞬时给料量转换为4～20 mA的标准信号送入PLC，经PID调节器运算处理，将运算结果与设定值进行比较求出调节量，AO输出4～20 mA信号至电机调速控制器（变频器），变频器控制螺旋给料机的转速，调节给料量，使瞬时给料量趋于设定值。根据瞬时给料量的大小由变频器控制螺旋给料机的转速，实现了按给定值上料的闭环控制系统。

在远程手动运行模式下，输入手动给定值0～30 t/h，对应模拟量输出4～20 mA，对应变频器频率0～50 Hz，系统不根据称重仪表反馈数据进行调节，输出值恒定，给料机转速恒定。远程自动运行模式下，根据输入的螺旋给料机给定值0～30 t/h，与称重仪表反馈值进行比较求出差值，系统自动调节模拟量输出4～20 mA信号，调节变频器频率进而调节给料机转速，使给料量趋于自动给定值。在远程配比运行模式下，混合煤的瞬时流量与螺旋给料机的瞬时流量进行配比控制。根据高炉生产需要，白云石设定的配比是5：100。这一配比的原因：当混合煤的瞬时流量为100 t/h时，螺旋给料机瞬时给料量5 t/h。根据设定的配比率，系统自动计算给定值并输出调节给料机转速，使给料量趋于配比给定值。螺旋给料机的最大额定负荷是30 t/h。所以当变频器信号为50 Hz时，电机转速最高，螺旋给料机的瞬时流量达到最大值30 t/h。

3.4 消除系统扰动量

在系统调试过程中发现，系统存在外部扰动。由于储料仓存在悬料情况，造成给料机给料不均匀，致使系统给定值与称重仪表反馈值偏差较大，系统调速频繁且波动范围较大。通过在储料仓仓壁加装振打器，并在下料口加装插板镂空篦子，基本消除给料不均匀这一扰动量对系统的影响。在远程自动、配比运行模式下，PID调节响应速度快，给定值与反馈值偏差较小，通过闭环控制，实现了自动配料。

4 结束语

设计完成后控制程序经运行调试，3台电机在联锁解除状态下，均能手动单机启动、停止。投入联锁后，输送机故障时，给料机、计量秤均能联锁停车。同样，计量秤故障时，给料机联锁停车。在自动、配比模式下根据实际给定值自动调节电机的转速，使系统的瞬时给料量保持在给定值。上料系统采用变频调速，使整个控制系统得到快速的动态响应、较高的控制精度和稳定性，并提高了电机运行效率。此次程序设计满足了该上料系统的控制要求，达到了预期目标。目前该系统已投入使用，运行稳定，控制效果良好，满足了高炉生产需要。