高炉槽下称重系统数字化改造

闫羽啸

（河钢邯钢自动化部维护三车间， 河北 邯郸 056015）

0 引言

随着电阻应变式称重传感器技术的逐渐成熟，电子秤在计量领域早已大量应用。将模拟式称重传感器与称重二次表有机结合，完成将被计量物体重量转换成相应的毫伏级电信号，再在称重仪表中处理运算，显示出相应的重量值。河钢集团邯钢邯宝公司邯宝炼铁厂现有36 台模拟式称重料斗称投入使用，是高炉配料工艺计量体系的重要组成。由于高炉槽下工艺的客观条件，导致料斗秤现场安装环境差、二次表按键使用频繁、外界干扰（对讲机电磁干扰与电缆磁场干扰）、不明因素较多，进而导致二次表数值显示与4~20 mA 远传信号不稳定，直接影响计量数据的准确性，在日常的维护工作中投入的人力成本大，同时在以半年为一个周期的周期校准过程中，经常要使用千斤顶与标准压力器工作量大的同时，费时又费力。几年来信号数字化技术逐渐成熟，在电子衡器领域应用也越来越广泛。将数字化技术应用于高炉料斗称的计量系统中，使其维护成本降低，校准工作量下降，使计量结果更加精确，提高高炉料批的控制精度。借助1 号高炉大修机会将1 号高炉除集中斗外的15 台分散斗称重系统进行数字化改造。

1 槽下称重系统的构成与原理

1.1 槽下模拟式称重系统的构成

高炉槽下料斗称属于静态称，一般选用三角称重法，整个模拟式的称重系统由秤斗、模拟式传感器、模拟式接线盒、称重二次表、远传信号线组成。

河钢集团邯钢邯宝公司邯宝炼铁厂采用的是余姚太平洋称重工程有限公司生产的型号为PA8110A的仪表，传感器型号为CZL-YB-4B，接线盒型号为BJH-1C，传输信号为模拟信号，其原理如图1 所示。

图1 高炉料斗秤的称重系统的构成

1.2 槽下模拟式称重系统的工作原理

在正常工况条件下，三个传感器受垂直方向的力向下产生与之对应的mv 信号，在接线盒中并联后送入称重二次表进行滤波、放大、A/D 转换等功能，然后显示称重值，并以4~20 mA 信号输出至PLC 进行计量。

高炉通过称重系统的计量结果来控制阀门向受料斗加料，高炉操作人员首先分配好各个受料斗需要装料的重量值，PLC 根据现场称量系统远传过来的信号与所设定的装料值进行比较，未达到目标重量则装料，达到目标重量后关闭闸门停止装料，等待指令进行排料。上述过程自动循环进行，仪表可自动累计物料重量，同时将结果上传到PLC 柜，完成计量。

1.3 槽下数字式称重系统的工作原理

将称重传感器输出信号传输至DBZ-2N 数字接线盒进行A/D 转化，再将转化完成后的数字信号传输至二次表PA8110D。称重二次表将显示的重量信号以数字化形式传输至PLC，由PLC 进行解析进而实现称重信号的数字化采集。

2 槽下模拟式称重系统的劣势分析

2.1 模拟式称重系统受工况环境干扰大

模拟式称重系统容易受到现场环境因素的干扰。一方面，对讲机、电缆等操作工具在工作时容易对其造成很强的电磁干扰。同时，槽下料灰常伴有打水，容易导致二次表内部元件损坏。另一方面，模拟式称重系统的信号传输距离大约有200 m，因此，模拟信号在远距离的传输过程中容易受到工况环境的客观因素干扰，影响信号的准确性。

2.2 模拟式称重系统检修成本较高

虽然在对模拟式称重系统进行检修，但仍需要花大量的人力成本与时间成本对其进行角度修正、电位器调整、称值标定等工作。

2.3 模拟式称重系统易影响生产

模拟式称重系统无法实现称重系统的远程运维功能，无法在线监测与故障判断，传感器一旦损坏必须拆下用万用表测量，就算是测量没问题也无法保证传感器的好坏，同时在判断故障时需要停止使用当前料斗，容易造成高炉料批减少，影响生产。

3 槽下数字式称重系统的优势分析

3.1 槽下数字式称重系统有效减少环境的干扰

首先，数字信号的传输相对于模拟信号的传输可靠性更高，可以大幅提高信号的质量，增加计量的准确性。其次，数字式称重系统采用新型的数字式接线盒与数字式二次表，并且将其集成至仪表箱内，大大提升了抗电磁干扰的能力，有效地避免了因现场使用对讲机或者电缆产生电磁信号的干扰。最后，仪表箱防水防尘，在加装了防尘锁紧头之后，可以有效地抵抗现场的恶劣环境，提升使用寿命。

3.2 槽下数字式称重系统有效节约成本

在检修数字式称重系统后，秤体的角差调整将由二次表自动调整，或者手动输入调整即可，节省了大量的时间成本[2]。

3.3 槽下数字式称重系统有效减少影响生产

数字式称重系统具有良好的自我诊断功能，通过读取传感器的信息反馈至二次表，可直接判断传感器的好坏，同时进行在线监测，大大减少了维修时间，在生产先行的特殊条件下也可将坏掉的传感器剔除，待有充足的检修时间再进行处理，不会影响高炉的有序生产。

数字信号在传输的过程中也需要放大信号，数字信号利用一种电路构成的门线电压将接收到的信号进行简单的重组再生，生成完全消除衰减畸变的新信号（只注重其传输的0、1 二进制的传输）[3]。

4 槽下数字式称重系统的改造方案

通过与余姚太平洋厂家的交流与现场分析，现使用余姚太平洋PA8110D 二次表与DBZ-2N 数字接线盒与PROFIBUS-DP 线借由大修机会进行1 号高炉槽下称重系统的数字化改造并提出以下方案，如表1所示。

表1 改造方案与预计成果

4.1 对现场仪表设备进行改造

首先，将原有的15 块PA8110A 型号二次表拆下，并保留4~20 mA 信号线与220 V 电源线，将与之配套的接线盒拆下，注意保护三个传感器的线路避免传感器的信号线损坏。其次，选择离地面高度适中，不易淋水的位置焊接新的集成仪表箱，并将原有的信号线与电源线焊接延长至接线位置，传感器线清理干净后加装蛇皮管与锁紧头连接至新的接线盒位置。最后，重新放置DP 通讯线，并制作DP 接头，每一台二次表一进一出两根DP 线，实现远程DP 通讯，同时保留4~20 mA 模拟信号。

4.2 新系统的调试

1）检查机械料斗周边情况，不能有卡蹭、横顶、倾斜等情况，保证三个传感器均匀垂直受力，传感器线路没有破皮，开线情况。仪表柜内端子紧固，不出现脱落情况。

2）低压配电室合闸总开关，不出现短路情况，电笔测量15 个仪表柜内分闸开关是否上火带点。

3）依次对15 台秤进行分闸合闸，观察二次表运行情况，接线盒红灯是否亮起。

4）按照说明书设置称重系统基本参数包括计量单位、小数点位数、料称模式等等。

5）开启传感器识别功能，设置三个传感器模式，观察内码值，调整传感器受力状态。

6）用标准测力器配合千斤顶对料斗进行加压，标准测力器显示的重量值进行标定，反复几次，观察显示值与标准测力器的数值，应当相差不大。

7）校秤完成之后，观察二次表显示数值与上位PLC 计算机显示数值是否一致，由于PLC 上位机程序未更新，所以只能收到模拟量信号，待数据采集程序更新后就可以接收数字量信号[5]。

4.3 改造创新点与旧设备的回收利用

新型的数字化称重系统不再使用模拟量作为系统内部信号传输的介质，同时由于新型仪表外壳的保护大大减少了因外界客观因素与传输距离远而导致的模拟信号衰减对数据准确性的影响，保证了数据的可靠性与准确性[4]。消除了仪表内部因素导致的PLC与仪表不对应，大大减少了高炉操作岗位的工作量与仪控人员的工作量。

提出了全新的维护方案，在原来的模拟系统中如果因为传感器出现问题而导致计量不准，至少需要2 h 左右的时间来检查与更换传感器，并且在更换完成之后需要重新校准，期间料斗无法使用，很容易造成高炉赶料。数字化的称量系统能够支持维护人员临时甩开坏掉的传感器，并且手动修正或者自动修正参数，以达到满足高炉使用且计量相对准确的生产条件，给维护人员充足的时间进行维修。

邯宝炼铁厂2 号高炉由于没有合适机会进行改造，所以1 号高炉改造完成之后，拆除的所有旧型号设备全部可作为备件供给2 号高炉使用，由于参数设置完全一样，所以几乎可以直接上电使用，减少了由于参数设置带来的维修时间。

4.4 改造完成效果

根据往年数据统计，从2020 年初到2022 年初，邯宝炼铁厂1 号高炉槽下15 台料斗秤的平均故障时长大概为每月1.3 h，多数原因为传感器损坏或二次表损坏，偶尔出现电磁信号干扰的软故障现象。

自2022 年3 月份邯宝1 号高炉大修结束后，将近6 个月的时间未出现一次因传感器损坏或者二次表损坏的现象，在定期的校秤当中也更加简单高效。通过与工艺人员沟通后发现，新的数字系统无论是从数值跟踪还是回零次数都明显优于原本的系统。所以通过对高炉槽下称重系统的数字化改造，大幅度地降低了故障率，进而节省了人力时间成本与设备成本，确保了计量数据的准确性与系统运行的稳定性，这种改造方式适用于多传感器称重的系统中，使模拟传感器也能具有一定的数字化传感器功能，可以广泛地应用于高炉生产体系的静态秤中。

5 结语

在高炉生产的过程中，槽下的稳定运行起着至关重要的作用，槽下称重系统计量的准确性与稳定性直接关系到高炉上料的状态，所以降低称重系统的故障率、维修时间、设备损坏率，提高称重系统的稳定性、计量精确度、使用寿命是设备维护人员要解决的重要问题。通过本次改造基本上解决以上提出的难点问题，对于高炉稳定出铁有着重大的帮助，具有广泛的研究与推广价值。