燒結上料累計量精準度的比較優化

趙辰　王琦

摘 要：文章驗證了自動化控制中在下位系統進行累計量計算的準確度高于上位系統，并通過在下位系統中建立脈沖累計和瞬時量累計兩種不同的算法，對得到的客觀數據進行橫向比較，結合天鋼煉鐵廠2#燒結實際生產情況得出相應結論，實現了自動控制系統對現場料量計量更精準的控制，對消耗原料成本的控制和生產工藝質量的提高起到了積極作用。

關鍵詞：累計量；自動控制；算法；節能改造

1 介紹

隨著鋼鐵業的市場空間不斷壓縮和國家對空氣環境的加強治理，公司充分重視企業的發展空間，做到可持續發展，必須對生產工藝進行創新，進一步提質降耗，這離不開對生產每個環節的更精準的把控。

天鋼集團煉鐵廠2#燒結是一座現代化的冷礦燒結車間，2#燒結機采用GE Fanuc公司的iFix上位軟件和Schneider Electric公司的Concept下位軟件進行自動化控制，上下位軟件之間采用MBE驅動進行數據通訊。可完成工藝數據的采集、處理、回路控制、監控、報表等功能。

2 需要解決的問題

公司近期加強對于原料成本的控制，所以做好上料系統和成品系統料量累計量的計算顯得尤為重要，而這些關鍵累計量結合實際生產消耗，長期存在測量料量偏大的情況。結合這種狀況，文章詳細論證通過不同計算方法的對比使累計量的計量更加精準。

最初的原料累計量的計算方法是由下位系統接收皮帶秤稱重傳感器傳來的上料量，作為干點不通過下位系統計算直接通過驅動傳輸給上位系統，再由上位系統的TT塊進行累加計算，將當班的數據顯示在中央控制畫面，并在交接班時手抄第一臺工控機顯示的當班累計量。這種方法得出的累計量誤差明顯，而且累計量是從上位系統開機時才開始進行累計的，下位系統中并沒有地址變量對累計量進行儲存，這樣一旦程序崩潰或者操作員忘記抄數都會造成累計量統計的錯誤。

3 設計方案

考慮到上位系統累計量的計算不夠精準以及數據記錄的缺陷，我們把設計方案固定在下位系統的計算方案上：PLC直接將皮帶秤稱重傳感器傳輸來的脈沖量信號或模擬量信號傳輸給下位系統，下位系統將采集到的數據用不同的計算方法得出累計量，我們會對得到的累計量與實際消耗的料量進行比較，以確定哪種方法更加精準以及產生這種現象的原因。

3.1 脈沖量累計法

脈沖累計是現場皮帶秤脈沖累計表將流量轉換為累計值，原料累計值每增加1噸便發一個脈沖給PLC，下位系統通過脈沖信號進行累加得出累計量，具體PLC程序設計如圖1。

圖1

燒結系統上料的料種分為混勻礦、燃料、石灰石、白云石四種，我們以混勻礦為例：

當HYK_LZ置1時，上料料種為混勻礦，P1CZ_PDLL_LJ為累計值每增加1噸的脈沖信號，用上升沿輸出塊R_TRIG對脈沖信號進行濾波，防止單個脈沖存在時間過長造成重復累計，將輸出信號作為累計量累加器的使能信號；累計量P1JDJ_HYKLLLJ溢出時或交接班統一清零TYQL時，先將上一班的累計量寫入暫存P1JDJ_HYKLLLJ_ZC，再將累計量清零重新開始計算；最后將得到的累計量暫存從整型數值轉換為實型數值，以便和服務器數據類型匹配，將其寫入服務器水晶報表中。

3.2 瞬時量累計法

這個方案因為下位系統直接接收到的數據是瞬時流量不再是整型數值，所以要進行新的變量聲明。瞬時量累計是現場皮帶秤流量表直接通過傳感器將4～20mA電流信號傳輸給PLC，下位系統直接獲取的是轉換后的瞬時流量值，然后將瞬時流量通過公式計算得出當前累計量，PLC程序設計如圖2。

圖2

同樣以混勻礦為例介紹設計方案：地址%000810是通過SAMPLET

M塊得到的間隔為1秒的脈沖信號，在選擇混勻礦料種、取樣頻率為1秒1次條件下，將瞬時流量P1CZ_PDLL的1/3600寫入累計量P1JDJ_HYKLLLJ_New；同樣在交接班系統清零時將累計量寫入暫存P1JDJ_HYKLLLJ_ZC中，并對累計量進行清零，將暫存中的累計值直接寫入服務器。

其中下位系統接收到的瞬時流量P1CZ_PDLL的單位為t/h（噸每小時），它的1/3600的單位是t/s（噸每秒），累計時間的單位是1s（秒），所以它們相乘的結果得出的累計量的單位為中控上位系統畫面中顯示的t（噸）。

4 比較試驗結果

我們對脈沖累計和瞬時量累計這兩種方案在同一畫面中同時進行了測試，跟蹤所得數據一周后得到的數據對比如表1所示。

表1

表1中的數據表明脈沖量累計通常大于瞬時量累計，而通過根據原料車間實際消耗的料量的跟蹤對比，結果顯示瞬時流量計算得出的累計量更加接近于實際值。

5 結束語

通過三種方法的比較我們發現，通過上位系統計算的累計量存在不規則誤差，這是因為上下位系統通過驅動在數據傳輸過程中存在的數據傳輸延時，數據轉換精度也并不高，而且得到的累計量并不便于人工記錄和查詢。在下位系統中對脈沖量進行累計，由于上料現場環境和線路節點的干擾，容易產生誤發脈沖，造成假信號，使累計量的數值偏大。改善過程中，即使通過添加獲取脈沖間隔的延時來減少虛假脈沖的累計，也不能讓累積量的準確度提高很多。

而通過下位系統進行瞬時流量的累計，瞬時流量的準確性可以通過現場儀表傳感器的調校獲得保證。這種方法在下位系統中直接對獲取的瞬時流量進行處理，又避免了數據的傳輸延時和轉換誤差，也不會出現虛假脈沖的現象。下位系統將數據直接轉換成累計量，輸出到上位系統進行實時顯示，數據轉換的誤差并不會隨時間的增加進行累計。因此，瞬時量累計的設計方案有效改善了上料累計量的準確度，是三種方案中最適合實際生產需求的。

綜上，通過改造選擇下位系統對瞬時流量進行累計，實現了自動控制系統對現場料量計量更精準的控制，對消耗原料成本的控制和生產工藝質量的提高起到了積極作用。