矿热炉配料上料自动控制系统的设计与实现

从彬 朱钰

摘要 在铁合金生产的过程中配料作为其重要的组成部分，需要对各种原料按照一定的比例进行均匀地混合。目前工厂对于上料通常采用人工上料与自动上料两种方式，其中人工上料是人工将称好的物料放在输送小车或者皮带上进行上料，经过炉顶过渡料仓后再进入矿热炉;而自动上料采取的是自动称重与上料方式，不会受到人工的干预。由于原料中包含较多的粉尘，因而在人工称重与上料的过程中容易吸入粉尘而导致职业病的发生。此种上料方式会在一定程度上增加企业的生产风险与劳动力成本，由于配料批次较多，人工操作的过程中容易出现各种失误，最终影响了产品质量，同时也显著地增加了企业的管理成本。而利用触摸屏通信与PLC系统能够有效的实现矿热炉配料上料自动控制，通过工业以太网组成完美的自动化控制与人机交互平台，能够显著地提高控制系统的控制精度。上料自动化控制系统的应用在很大程度上推进了矿热炉生产绿色化的进程，能够显著地提高企业的自动化程度。

[关键词]矿热炉 配料 上料系统 自动控制系统

在对铁合金进行冶炼的过程中，为了能够确保产品的高质量以及促进铁合金的正常生产，其关键的技术之一为配料上料系统。随着近年来我国计算机技术与科学技术的发展，配料与给料系统在矿热炉生产过程中也逐渐朝着信息化、自动化、机械化以及精细化的方向发展。一般来说，一个优良的上料系统在实际运行的过程中应该兼顾可靠性与节能环保的特点，同时在确保产品质量的基础上提高企业生产效率。除此之外，上料控制系统在铁合金冶炼中的应用能够为技术及管理人员提供生产过程中的具体关键信息，从而便能对企业的科学合理生产进行优化。

1 配料上料自动控制系统构成

通常情况下，矿热炉配料上料控制系统组成部分包括三个部分，分别为配料、上料以及布料。在该控制系统中主要是通过建立人机交互界面方式，其中可编程控制器PLC为主机，从机为上位机触摸屏。

1.1 配料

对于矿热系统来说，其配料系统的组成部分主要包括计量秤、PLC、下料小皮带、振打器、触摸屏以及电磁振动给料机等。根据各个企业在实际生产中的工艺能够使配料系统在触摸屏上对各种不同物料中午的配比情况进行标定，在此过程中，PLC系统在运作过程中能够读取物料重量的相关信息，同时也能够根据程序起动的电磁振动给料机对物料进行放料与称重等一系列操作。并且在配料系统开始启动时，电磁振动给料机会出现较大幅度的振动状况，振动的出现能够便于其更好更快地进行放料操作。并且当物料与标定值之间越来越接近时，便能够在一定程度上降低电磁振动给料机在实际运行中的振动幅度，进而便能有效地实现精细放料操作;而当物料在达到程序人员之前所设定的重量值时，放料工序便会停止。除此之外，在矿热炉配料上料自动控制系统运作的过程中，无论是实行快速或精细放料均能够无级调节其振动的幅度，同时在对物料称重的过程中，触摸屏能够实时地显示物料的实际重量，物料称重的精度均能够控制在±0.5kg之间。

1.2 上料

提升斗经卷扬机牵引沿斜桥上料，卷扬电动机在配料上料自动控制系统中的应用中主要采用的是变频多段速控制方式。而上料系统在实际运行的过程中，于最高端采取的是低速运行，同时在最低端的运行速度仍然为低速，于中段实行高速运行模式，此种运作方式不仅能够在一定程度上减少电机在启停过程中所产生的强烈冲击，同时对于物料的运送能够实现高速运作。变频器选配制动电阻能够在一定程度上避免因提升斗快速下行过程的中电机产生发电过程而出现过压保护等不良状况;而由于卷扬滚筒加装脉冲编码器在实际运行中主要的运作方式是利用光电编码器对上料小车的具体位置以及实际速度进行实时监控。在实际应用中，对于光电编码器而言，其每圈包括1024个脉冲，这就表明在监控上料小车位置与速度的过程中可以实现毫米级的精度，因而便能够在很大程度上确保小车运行的安全性与可靠性。除此之外，为了能够在运行过程中实现定位的精准性，就需要在上料系统中采取独立抱闸的卷扬，并且在斜桥上装有限位与极限位两种开关形式，以此来确保上料的准确性与可靠性。

1.3 布料

在配料上料自动控制系统中，布料小车主要是在预设的轨道上运行运作，具体方式是在所需要的料斗中送入利用提升斗输送来的物料，然后料斗便会自动地将物料加入矿热炉里实施冶炼操作。通常情况下，在布料小车的轨道上会同时地布置三相电源滑触线，经电刷小车电机连接电源，在实际运行中相关人员通过对电源相序的控制便能根据要求对小车前进与后退进行操作。该种方式不仅免去了拖拽电缆，在降低系统运行成本的基础上也能显著地提高运行的可靠性。布料系统组成部分较多，通常包括轨道、形成开关、自动控制系统以及放料机构等，其中在料斗上安装物料传感器，能够对料斗物料量进行检测，控制系统便能根据检测结果对加料操作进行自动判断，而小车轨道上的开关能够控制加料的具体位置，从而便能实现布料的自动化操作。布料小车自动化控制系统主要包括料仓料位检测与控制、相关设备实施逻辑连锁与保护控制以及布料小车位置检测与控制等，能够在一定程度上确保整个配料上料自动控制系统的安全稳定运行。

2 人机界面设计与安全运行方式

矿热炉冶炼在实际运行的过程中采取的方式是连续进行的，因这就要求配料与上料系统必须能够有效地适应矿热炉连续运行的特点，若在实际运行的过程中配料与上料系统出现任何问题或故障，则相关人员必须需要具有与之相应的应急处理措施。本次研究中，自动控制系统在设计的过程中具备有如下几点应急措施。

2.1 配料部分

在配料系统中的电磁振动给料机及振打器等均包括了两种模式，分别为自动与手动，相关人员在自动的模式下能够根据设定程序实施自动配料工作;若在手动的模式下，相关人员便需要通过人工操作的方式来完成配料工作。

2.2 上料部分

在上料系统通常也包括两种模式，分别为自动与手动模式，并且上料控制方式也包括两种，分别为变频及工频。一般情况下，在实际运行过程中当自动方式出现任何故障，能够切换至工频模式，然后在人工操作下继续完成上料作业。

2.3 布料部分

布料设置也包括自动及手动两种，通常情况下布料在自动方式下能够实现完全自动运行，且当自动模式出现任何故障时能够及时地切换至手动模式，而处于手动模式下，人工能够对布料小车运作方式进行有效控制。

3 结论

综上所述，本次研究中对于矿热炉配料上料系统主要是利用PLC、工控机以及称重仪表之间协调，共同完成了其自动配料上料的任务，通过实践表明此種系统在实际应用的过程中具有运行稳定可靠的特点，同时人机界面具有美观以及操作方便的优势。并且自动控制系统的应用有效地提高了铁合金产品质量，改善了工人的劳作环境，显著地提高了企业经济效益与社会效益，从而促进我国自动控制系统的进步及完善。

参考文献

[1]张传伟，王璃，邢乐等.基于大电流检测的矿热炉电极升降自动控制系统[J].西安科技大学学报，2016，36 （03）： 440-444.

[2]董兵斌，张兴，胡进瑞等.矿热炉配料上料自动控制系统的设计与实现[J]，铁合金，2017，48 （08）：31-34.

[3]王瑀，基于大电流检测的矿热炉电极升降自动控制系统研究[D].西安科技大学，201 6.

[4]李金成，汤顺祥，张国俊等.F24无线电遥控器在矿热炉布料控制系统中的运用[J]，中国锰业，2011，29 （03）：50-52.

[5]吴明永，王国伟，矿热炉自动无功补偿控制系统的设计与应用[J]，低压电器，2011（01）：49-51.

[6]刘郁乔，矿热炉三相电极升降自动控制系统的研究与应用[D].中南大学，2010.

[7]张传伟，刘博，胡广翻等.矿热炉高低压联合补偿控制系统研究[J].现代化工，2013， 33 （04）：127-129，131.

[8]梁志远.矿热炉三相电极智能解耦控制系统研究与应用[D].中南大学，2014.

[9]卢秀和，王蔚，李宏侠等.基于lot矿热炉的煤气净化回收微差压控制系统[J].长春工业大学学报：自然科学版，2012， 33 （05）： 548-552.