转炉合金称量系统的精确控制改造

2014-03-24王素荣

中国设备工程 2014年3期

关键词：给料机重量合金

王素荣

（莱芜钢铁集团有限公司自动化部，山东莱芜 271104）

转炉合金称量系统的精确控制改造

王素荣

（莱芜钢铁集团有限公司自动化部，山东莱芜 271104）

介绍了利用变频调速技术实现合金自动称量系统的精确控制。

合金加料；自动称重；精确控制；变频器

公司转炉炼钢合金自动称量系统在改造前采用汽缸控制、人工操作、噪声大、不安全；改造后，利用变频调速技术控制振料速度，保证了供料的精度，克服了冲击力和预留物料质量对精度的影响。

一、合金称量系统的工作原理

合金自动称量系统主要由料仓、振动给料机和称量斗等构成。其工艺流程如图1所示。炼钢所需合金料包括石灰、矿石、轻烧镁块、莹石、白云石等按顺序固定存放于料仓内，并通过振动给料机将合金释放到称量斗，称重传感器安装于称量斗底部用于检测合金重量，合金料出称量斗后再经汇总斗投入到转炉中完成整个投料功能。

二、系统设计

合金自动称量系统由上位机、PLC、仪表及变频器组成。PLC采用西门子S7-400，通过工业以太网与上位机进行数据交换。检测仪表及执行元件直接连接到PLC的I/O模块上。全线采用PLC程序控制，编程使用梯形图，结合被控电气外部特性进行统一编程，实现顺控、逻辑控制、联动和连锁，手动和自动操作方式可切换。合金小车启动、停止互锁。系统以全自动操作方式运行。上位机操作界面采用西门子专用人机接口软件WINCC6.2，可靠性好、操作简单。所有操作皆可由鼠标完成，可进行参数显示、修改、设定；可以方便制作出动态工艺画面、操作画面以及历史曲线和实时曲线等

多种功能画面。由PLC按程序控制小车的行驶方向、振料的启动、停止及振料速度，自动误差补偿功能可实现合金自动称重的精确测量。

图1

三、变频调速控制及应用

1.合金自动称量的变频控制原理(图2)

图2 合金振料电气控制图

2.合金自动称量的精确控制

(1)称重时，称量斗重量传感器输出4～20mA信号给PLC的模拟量输入模块，PLC将该信号作为合金重量的初始值信号；当振动给料机停止时，称量斗的合金重量值已稳定，PLC将此时的重量值信号作为合金下料重量的终止值信号。合金料重量初始值信号和终止值信号经过PLC的数据处理，便得到称量斗中合金料的实际加入重量值。

(2)振动给料机主回路采用变频器控制振速，输出频率0～50Hz，实现振动给料机以不同的转速运行。振动给料机的转速可根据合金料流量的变化实时变化，以保证最佳脱水效果，其转速一般控制在1 200r/min。由于合金料的流量无法直接测出，所以只能通过称量值和设定量这2个变量间接反映量称精度。将设定值和称量值在程序中进行比对运算，并依运算结果调节振料速度，控制合金料的流量由大到小，实现称量准确度。在振动给料机停止的瞬间，合金的流量越小，越容易提高称量的精确程度。

3.自动误差补偿

改造前现场手动加料过程中，由于振动给料机的惯性和合金料的滑料现象不能准确把握，即使采取提前停止振料，也不能完全消除加入量和设定值之间的误差。因此在改造时采用迭代算法，克服了误差补偿不足、合金料加入不准确的问题，使系统加入量的控制精度得以改善。

对迭代过程进行控制，首先确定迭代变量，再建立迭代关系式。在什么时候结束迭代过程是编写迭代程序必须考虑的问题。因此系统使用提前量C作为迭代变量，迭代关系式为C(本次加料的提前量)+W4(本次加料的实际重量)- A(本次加料的设定重量)=C (下一次加料的提前量)。该迭代过程每次加料执行1次。称量过程，由于程序中有提前量设定，且有自动误差补偿功能，系统将会根据每次需振料的重量与上次的误差及提前量等各参数自动算出下次所需振料的重量，从而准确停止振料机，实现对合金的自动精确称量。每批料间都进行自动补偿，超差报警并自动修正补偿量，零点自动跟踪。首先在画面上输入合金料需要加入的量A(此次加料的设定重量)，然后经MPI网传给PLC。通过使用LAD梯形语言把在编好的程序计算出B(重量设定值)=A-C(提前量)，此时振动给料机发出启动信号，并且读取称量斗里合金加入料的重量W1(初始值)，当称量斗合金料的重量W2=W1+B时，继电器控制柜发出指令信号，振料机停止振料，延时10s钟后，使合金料全部进入称量斗。PLC开始读取称量斗的合金料稳定值W3，并计算出合金加入的实际重量W4=W3-W1和本次加料误差△t=W4-Aa，并将本次加料误差△t与提前量C相加得到新的提前量C，作为下次加料的提前量，延时20s，称量斗插板阀自动关闭，完成本次合金小车加料。

此合金小车加料系统经误差自动补偿后，在长时间的生产中，累积误差＜5kg，(人为因素及设备故障除外)称量时间≤60s，混配时间≤50s，且生产中如遇到卡料现象不会停机，提高了经济效益。此外该系统还增加报警自动解除、自动延时配料功能。