高爐混噴白云石上料系統控制程序設計

姜海龍

（天津天鐵冶金集團動力廠，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵高爐混噴投產于2009年10月，其項目設備有2套制粉系統、1套噴粉站以及與之配套的皮帶上料系統和配煤廠。皮帶上料系統由運輸皮帶和3臺全封閉給煤機組成。為了實現高爐生產順行，2011年將高爐結渣需要添加的白云石礦粉移至高爐混噴，通過上料系統實現煤粉與白云石礦粉按比例均勻配比、研磨、噴吹至高爐，以滿足高爐生產的需要。

2 系統結構

2.1 硬件系統

白云石上料系統由儲料罐、螺旋給料機、給料機變頻器、螺旋計量秤、螺旋輸送機以及稱重儀表等組成，見圖1。

圖1 白云石給料系統示意圖

白云石礦粉先由M1運送至M2，然后由M2運送至M3，再由M3運送至101上料皮帶，最后運送至混

噴儲煤倉。

2.2 控制方案和運行方式設計

（1）控制方案

該上料系統有1臺5.5 kW電機（螺旋給料機）和2臺4 kW電機（螺旋計量秤、螺旋輸送機）組成，為防止跑料，101皮帶運行后，M3、M2、M1才能順序啟動；停機時，M1、M2、M3順序停車。通過對啟、停順序和系統聯鎖保護的分析，制定系統控制方案。

啟動操作時，啟動順序是：先啟動螺旋機輸送機，再啟動螺旋計量秤，最后啟動螺旋給料機。停機操作時，停機順序是：先停螺旋給料機，再停螺旋計量秤，最后停螺旋輸送機。系統啟動后，螺旋計量秤、螺旋輸送機以額定轉速運行。螺旋給料機由變頻器控制，根據運行方式調節轉速，進而控制給料量的大小。

當101上料皮帶故障停機時，螺旋輸送機、螺旋計量秤及螺旋給料機自動停機。當螺旋輸送機故障停機時，螺旋計量秤及螺旋給料機自動停機；當螺旋計量秤故障停機時，螺旋給料機自動停機，螺旋輸送機不停機；當螺旋給料機故障停機時，螺旋計量秤和螺旋輸送機不自動停機。

（2）運行方式

該上料系統設計了遠程手動、自動、配比3種運行方式。并且遠程手動和自動運行方式實現無擾切換，以保證系統的穩定運行。遠程手動模式下，輸入螺旋給料機手動給定值，系統不根據稱重儀表反饋數據進行調節，輸出值恒定。遠程自動模式下，根據輸入的螺旋給料機給定值，與稱重儀表反饋值進行比較，求出調節量，系統自動調節，使給粉量趨于給定值。遠程配比模式下，根據設定的配比值，系統計算出自動給定值，并調節輸出，使給粉量趨于給定值。

3 程序設計

3.1 建立變量表

根據控制方案和運行方式的設計，運用S7-400可編程控制器對白云石上料系統的聯鎖啟停控制和遠程手動、自動、配比三種運行方式進行程序編制。系統共有14個開關量輸入輸出點，3個模擬量輸入輸出點。輸入輸出點表見表1。

3.2 螺旋輸送機、螺旋給料機、螺旋計量秤聯鎖啟停程序設計

螺旋輸送機與101皮帶聯鎖，聯鎖投入后101皮帶運行時，螺旋輸送機才能啟動（DB104.DBX4.2是101皮帶的運行狀態邏輯）。加之螺旋輸送機的啟停由單繼電器控制，輸送機運行狀態中，中間繼電器一直處于吸合狀態。停車時，按下螺旋輸送機停止按鈕，中間繼電器釋放，螺旋輸送機停車。螺旋輸送機啟停控制見圖2。

表1 系統的輸入輸出點

圖2 螺旋輸送機啟停控制圖

螺旋給料機與螺旋計量秤、螺旋輸送機聯鎖，在遠程狀態下，螺旋計量秤和螺旋輸送機啟動運行后，給料機才能啟動；在聯鎖運行過程中，螺旋計量秤和螺旋輸送機其中有一個故障停車時，螺旋給料機立即聯鎖停車。螺旋給料機的啟停由雙繼電器控制。螺旋給料機啟動控制見圖3。

螺旋計量秤與螺旋輸送機聯鎖，在遠程狀態下，螺旋輸送機啟動后，螺旋計量秤才能啟動。在聯鎖運行過程中，螺旋輸送機故障停車時，螺旋計量秤立即停車。螺旋計量秤的啟停由雙繼電器控制，見圖4。

圖4 螺旋計量秤啟動控制

3.3 上料系統的運行方式設計

系統調用PID調節器對螺旋給料機變頻器進行控制。調節器根據遠程自動、配比設定值改變頻率信號，調整給料電機轉速。通過安裝在給料秤上的稱重傳感器和稱重顯示儀表，把瞬時給料量轉換為4～20 mA的標準信號送入PLC，經PID調節器運算處理，將運算結果與設定值進行比較求出調節量，AO輸出4～20 mA信號至電機調速控制器（變頻器），變頻器控制螺旋給料機的轉速，調節給料量，使瞬時給料量趨于設定值。根據瞬時給料量的大小由變頻器控制螺旋給料機的轉速，實現了按給定值上料的閉環控制系統。

在遠程手動運行模式下，輸入手動給定值0～30 t/h，對應模擬量輸出4～20 mA，對應變頻器頻率0～50 Hz，系統不根據稱重儀表反饋數據進行調節，輸出值恒定，給料機轉速恒定。遠程自動運行模式下，根據輸入的螺旋給料機給定值0～30 t/h，與稱重儀表反饋值進行比較求出差值，系統自動調節模擬量輸出4～20 mA信號，調節變頻器頻率進而調節給料機轉速，使給料量趨于自動給定值。在遠程配比運行模式下，混合煤的瞬時流量與螺旋給料機的瞬時流量進行配比控制。根據高爐生產需要，白云石設定的配比是5：100。這一配比的原因：當混合煤的瞬時流量為100 t/h時，螺旋給料機瞬時給料量5 t/h。根據設定的配比率，系統自動計算給定值并輸出調節給料機轉速，使給料量趨于配比給定值。螺旋給料機的最大額定負荷是30 t/h。所以當變頻器信號為50 Hz時，電機轉速最高，螺旋給料機的瞬時流量達到最大值30 t/h。

3.4 消除系統擾動量

在系統調試過程中發現，系統存在外部擾動。由于儲料倉存在懸料情況，造成給料機給料不均勻，致使系統給定值與稱重儀表反饋值偏差較大，系統調速頻繁且波動范圍較大。通過在儲料倉倉壁加裝振打器，并在下料口加裝插板鏤空篦子，基本消除給料不均勻這一擾動量對系統的影響。在遠程自動、配比運行模式下，PID調節響應速度快，給定值與反饋值偏差較小，通過閉環控制，實現了自動配料。

4 結束語

設計完成后控制程序經運行調試，3臺電機在聯鎖解除狀態下，均能手動單機啟動、停止。投入聯鎖后，輸送機故障時，給料機、計量秤均能聯鎖停車。同樣，計量秤故障時，給料機聯鎖停車。在自動、配比模式下根據實際給定值自動調節電機的轉速，使系統的瞬時給料量保持在給定值。上料系統采用變頻調速，使整個控制系統得到快速的動態響應、較高的控制精度和穩定性，并提高了電機運行效率。此次程序設計滿足了該上料系統的控制要求，達到了預期目標。目前該系統已投入使用，運行穩定，控制效果良好，滿足了高爐生產需要。