燒結配料自動化控制系統改造

盧秀紅

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

信息化建設

燒結配料自動化控制系統改造

盧秀紅

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

針對萊鋼老區燒結配料系統自動化水平低、配料精度差等問題，通過改造電氣自動化控制系統，更新配料秤、PLC、變頻器，PID流量調節控制，采用PLC專用接地等措施，實現了自動精確配料，滿足了燒結配料的生產工藝要求，配料精度由85%提高到98%，燒結礦的產質量明顯提升。

燒結配料；自動化控制系統；改造；PLC

1 前言

萊鋼老區燒結配料系統始建于1991年，后擴容改造為兩期，為1#、2#、3#105 m2燒結機提供燒結配料，經過多年使用，存在如下問題：1）建設時為手動配料，通過手動調節變頻器頻率來完成各倉下料量的操作，并通過間斷拋盤來檢驗下料量是否滿足配比要求，作業風險高、強度大，且配料效率和配料精度不高。2）燒結配料皮帶秤使用時間15 a，秤體、稱重積算儀、數據采集板、傳感器存在不同程度的損壞，造成皮帶秤流量顯示不準確或根本沒有顯示，從根本上影響了燒結配料的精度。3）配料電氣系統使用多年，存在設備老化、線路老化、標識不清等問題，電氣故障頻繁出現，故障查找時間較長，嚴重影響燒結礦的正常生產。

燒結配料的準確性與穩定性直接決定了燒結礦的產量和質量，為實現連續穩定精確的燒結配料和配料自動化控制，保障燒結礦的產質量，對老區配料進行技術改造。

2 自動化控制系統改造方案

燒結配料一期二期各有17個倉，各倉下對應著給料機、配料秤。燒結配料工序是將生產燒結礦所需的混勻鐵礦粉、燃料（焦粉）、溶劑（石灰石、白云石、生石灰）及冷、熱返礦，按照燒結要求及各種料的化學成分進行配料計算，確定各種料的配料比例，通過調節給料機變頻器頻率，控制給料機下料量，實現燒結配料，配好的礦料通過皮帶機運送到一次混合機進行加水、混合，然后進入下一道工序，控制系統架構見圖1。

圖1 燒結配料自動控制系統架構

2.1 改造范圍

1）配料秤改造。將配料雙期的所有配料舊秤拆掉，新安裝稱量精度高、運行穩定的配料秤，以確保物料稱量的準確，從而提高配料精度。新配料秤積算儀有4～20 mA信號輸出，參與PLC控制，實現精確配料。

2）料位計改造。新安裝配料一期、二期1#～17#倉的料位計，將1#～17#倉的料位信號送至槽上值班室，供槽上崗位人員實時查看各倉料位，同時，將1#～17#倉的料位信號送至PLC柜，在上位機上實時顯示各倉的料位。

3）配料PLC系統改造。新建配料1#和2#PLC站，實現配料設備的啟停控制、料倉料位控制、配料下料量控制。在二期配料值班室設置3臺上位機，用于配料工監控操作。同時，配料數據通過光纜傳送到燒結主控室，供燒結主控人員進行生產監控。

4）配料電氣改造。配合PLC自動控制系統改造，同步改造現有電氣設備，包括一期、二期配料1#～17#倉對應的給料機、振打器、稱量皮帶、一混一皮帶、一混二皮帶；配控室內拆除舊變頻器柜，新增34臺變頻柜（內含施耐德ATV71變頻器），每一臺變頻柜內的設備控制每一個料倉的給料機、振打器、配料秤，用于實現對配料一、二期設備的電氣控制；更換現場34套操作箱，每個操作箱控制該倉的給料機、振打器、配料秤。所有給料機、振打器、配料秤的運行信號、啟停信號、自動位信號送至PLC柜。

2.2 數據通訊

1）PLC與配料秤的數據通訊。配料稱積算儀采用微處理器控制，提供脈沖輸出和電流輸出，輸出瞬時流量和累計流量，和PLC進行數據通訊。2）PLC與變頻器采用MB+網進行數據通訊。3）PLC與上位機采用TCP/IP以太網進行數據通訊。

2.3 設備選型

1）配料秤選用ZN-ISC-11/ZN-XCX-03高精度配料秤及控制積算儀，運行精度±1%。2）變頻器選用施耐德ATV71變頻器。3）PLC控制系統硬件采用施奈德QUANTUMN系列CPU65150可編程控制器，系統編程軟件采用UNITY PRO編程軟件，畫面監控軟件選用IFIX4.0監控軟件。配料一期和二期PLC系統硬件配置情況相同。

2.4 PID流量調節控制

系統設計的重點是對給料機轉速的控制，即根據配料秤稱重傳感器的瞬時重量、測量段、皮帶轉速、重力系數等參數計算出瞬時流量，與監控站設定流量相比較，利用編程軟件自帶的PID算法（PID控制原理見圖2），計算出給料機電動機轉速，實時跟蹤，進行閉環調節。每臺給料機開始啟動并調節時，變頻器頻率從設定的經驗值開始變化，直至滿足流量設定。在運行的過程中，若需要改變流量設定值則要重新進行計算。

圖2 PID控制原理

2.5 采用PLC專用接地

PLC的接地應與電氣設備的接地分開，采用專用接地，這樣可以減少電磁干擾帶來的影響。PLC的接地電阻要求＜4 Ω。配料PLC柜、配料秤積算儀儀表柜設計有專用的接地銅排，從銅排引出的接地線接到新做的接地極裝置上，接地線采用銅芯導線，線徑＞6 mm，接地極采用DK-AG電解地極，接地電阻＜2 Ω，滿足PLC接地電阻要求。

3 系統改造

利用1#燒結機年修機會，對配料一期的配料秤、配料PLC、配料電氣系統實施了改造；后利用2#燒結機年修機會，對配料二期的自動化控制系統實施了改造。

3.1 舊設備拆除

對原有的舊配料秤、舊變頻器柜、舊電纜進行拆除。拆除中最重要的一項是確保停電安全，需要切斷配料電氣柜電源、電氣控制回路電源、PLC進線電源，解除到配控室電氣柜的電源線，每一步都安排專人負責，并做好簽字確認。舊設備在拆除前嚴格執行驗電制度，確保要拆除的設備、電纜不帶電，保證施工安全。

3.2 新設備安裝

新設備安裝包括配料秤、PLC柜、儀表柜、電氣控制柜、倉壁振動器、料倉料位計、機旁操作箱等，設備安裝嚴格按說明書進行，電纜敷設遵從弱電和強電分開的原則，以免減少相互干擾。每根電纜必須掛牌標識，電纜每根芯線也要打碼標記，便于日后維護。

3.3 設備調試

3.3.1 配料秤調試

配料秤機械安裝完成后，要對配料秤進行調試，調試正常后，才能投入運行。1）檢測皮帶秤秤體水平度，調整皮帶跑偏裝置，確保皮帶運行平穩，沒有跑偏現象。2）皮帶秤空載運行，觀測傳感器的速度信號、稱重信號數值是否穩定。3）設定皮帶秤參數，進行皮帶秤跑零。4）實物標定皮帶秤，保證皮帶秤的稱量誤差控制在允許范圍內。

3.3.2 變頻器調試

變頻器接好線，檢查無誤后，上電進行調試。1）設定電機參數：電機的功率、電壓、電流、頻率、轉速等，并作自整定。2）設置電機保護參數，如電機的熱保護電流值、電流限幅值。3）通過變頻器通訊卡撥碼開關，設置變頻器通訊地址。4）設置網絡通訊參數，檢查MB+網絡是否正常運行，和PLC進行通訊測試。從上位機端設置變頻器速度，監測變頻器能否按設定速度運行。

3.3.3 PLC系統調試

1）系統硬件測試。PLC柜上電測試，先送機架電源，后送I/O電源，觀察PLC模板上電后的情況，測試網絡通訊是否正常。

2）系統軟件測試。上位機安裝好操作系統、編程軟件以及監控軟件，下裝控制程序并運行，觀察模板運行狀態。通過白盒測試和黑盒測試，檢查控制程序是否符合工藝控制要求。

3）系統控制功能調試。根據工藝要求，設置各倉的下料量，調整程序中PID控制參數，使下料量反饋值穩定在允許波動范圍內。檢查程序、畫面、歷史記錄、通訊工作情況，使其滿足工藝控制要求。

4）單機試車和聯動試車。根據現場條件，逐臺設備進行調試，單機試車成功后，進行聯動試車，最后進行帶負荷聯動試運轉。

4 系統功能

4.1 設備操作

1）實現燒結配料室內的設備（給料機、配料秤、振動器）畫面連鎖啟停、畫面單機啟停、機旁手動啟停操作，實現大皮帶、混合機、皮帶秤和給料機設備自動連鎖控制，保障設備安全運行。

2）實現自動配料。主要包括料批控制，配比控制。料批控制實現料線啟動、緩料時料頭料尾的自動對齊及啟動后變料時自動對齊，保證配料準確；配比控制實現各種物料按設定配比自動下料，使各種物料下料準確穩定，實現給料機下料量手動和自動調節；實現變頻器頻率手動和自動調節。

4.2 畫面顯示

1）信息顯示。主要顯示各給料機、配料秤、料位計、皮帶等工藝設備當前運行狀態信息值，顯示各倉下料瞬時流量、累計流量、頻率反饋、流量偏差等參數以及控制值的實時設定。采用各倉下料現場反饋值和設定值集中對比顯示方式，使操作人員能夠及時了解各倉下料量狀況，保證配料精確。

2）設備報警。系統實現設備停機報警、斷料報警、下料量超過設定值允許變化的范圍報警，PLC對實時采集的數據進行判斷，發出聲音或顏色變化報警信號，使現場人員及時了解故障信息，并采取應對措施，提高故障處理響應速度，盡可能地減少配料成分波動。

3）歷史趨勢。實時監視各倉下料量變化，并可調取過去某一段時間的歷史趨勢曲線，從而可以了解設備在這一段時間的運行狀況、下料量狀況，便于工藝分析與故障查找。

5 結語

燒結配料自動化控制系統改造后運行至今，設備運轉情況良好，配料精度由85%提高到98%，較好地滿足了燒結配料的生產工藝要求，燒結礦的產質量明顯提升，改造前后燒結礦指標對比如表1所示。

表1 改造前后燒結礦指標對比

此次改造，提高了燒結配料自控系統的控制水平，提高了燒結配料系統的穩定性、可靠性、準確性，實現了自動精確配料。同時也有力地保障了配料設備的穩定運行，保障了配料操作人員的操作安全，減輕了操作人員的勞動強度。

Reformation of Automation Control System for Sinter Burdening

LU Xiuhong
（The Ironmaking Plant of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

Pointed at the problems of lower levels of automation and burden accuracy in the sintering burden system of Laigang old area,we implemented electrical automation control system reformation,updated a series of equipments such as batch scales,PLC, inverters and so on.Finally,the whole system was debugged.As a result,the equipments went smoothly，the aim of accuracy automatic batching control was realized，the process requirements were met,the burden accuracy was improved from 85%to 98%.So the sinter quality and production were raised greatly.

sintering burden;automation control system;reformation;PLC

TP273

B

1004-4620（2015）02-0050-03

2015-01-08

盧秀紅，女，1973年生，2009年畢業于安徽工業大學電氣工程專業，工程碩士。現為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠高級工程師，從事自動化管理工作。