模擬算法在高爐布料溜槽旋轉角度推算中的應用

韓梅

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

信息化建設

模擬算法在高爐布料溜槽旋轉角度推算中的應用

韓梅

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

通過提高多環(huán)布料的均勻性，利用模擬演算方法實現(xiàn)旋轉角度的推算，模仿β角的運行方式，建立數(shù)學模型，實現(xiàn)了智能虛擬控制，且與實測點形成冗余關系。模擬算法應用后，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，確保了溜槽旋轉角度數(shù)據(jù)的準確和及時傳送，控制水平高，減少了設備故障停機率。

高爐；布料溜槽；旋轉角度；模擬

1　前言

在煉鐵生產過程中，為提高無鐘爐頂高爐的冶煉效率，依據(jù)裝料制度的不同，必須實時檢測溜槽的傾動及旋轉角度，以便根據(jù)爐況進行環(huán)形、螺旋、定點和扇形布料方式的選擇以實現(xiàn)均勻布料，從而保障爐況的穩(wěn)定順行。目前，高爐布料的準確度主要依靠現(xiàn)場的α編碼器、β編碼器、γ開度變送器，程序對布料圈數(shù)的判斷是依靠控制系統(tǒng)對β料頭的累積次數(shù)，這種對布料圈數(shù)的計數(shù)誤差在2圈內，影響高爐布料精度。

受現(xiàn)場條件的制約，高爐溜槽旋轉角度使用單一編碼器測量，一旦編碼器出現(xiàn)故障，在線無法更換，會嚴重影響高爐生產。布料溜槽旋動角度的檢測是單圈絕對值型編碼器，安裝于驅動電機的減速軸，其角度較準確，但安置檢測裝置的位置環(huán)境惡劣，經常造成角度檢測故障（由外界環(huán)境原因引起），以至造成編碼器易壞，且更換傳感器很不方便。在沒有進行多環(huán)布料時，影響不是很大，但采用多環(huán)布料控制后，β角度波動大或沒有β角度，就只能采用單環(huán)，料制改變，嚴重影響高爐生產。

因此，通過提高多環(huán)布料的均勻性，更好地指導料流開度，以調整維持圈數(shù)穩(wěn)定，利用模擬演算方法實現(xiàn)旋轉角度的推算，模仿β角的運行方式，通過數(shù)學演算，建立數(shù)學模型，實現(xiàn)了智能虛擬控制，并且與實測點形成冗余關系，實現(xiàn)了智能切換。

2　模擬算法實際應用

2.1設計思路

根據(jù)現(xiàn)場情況，經過多次研究及實驗，根據(jù)β角的工作特點，采用了軟件冗余的方法設計。雖然β角的定位十分重要，但其對精度要求不高，正常情況下，溜槽旋轉是勻速運動，利用這個特點可以對溜槽旋轉一圈進行計數(shù)，由此推斷出溜槽在爐內旋轉時的位置，因此，在程序中虛擬一個編碼器，模擬編碼器的工作原理，在不增加大成本投入的基礎上，當主編碼器故障時使用虛擬編碼器，繼續(xù)生產。

創(chuàng)建β角模擬器，通過編碼器獲得的二進制數(shù)值，經過程序處理，得到溜槽旋轉時的實際角度位置。每次料流閥打開，溜槽開始布料的位置，稱為料頭，布料結束的位置則稱為料尾，為了減少料頭料尾不均勻現(xiàn)象，每批料布完后，布料角度自動步進60°。因此，在程序設定中，將溜槽旋轉一圈六等分，得到6個位置點，即0、60、120、180、240、300。假如本次布料時的料頭為60°，則溜槽再次旋轉到60°時，即為溜槽旋轉一圈，每旋轉一圈的計數(shù)是固定的。

2.2設計實施

創(chuàng)建一個計數(shù)模型就可以仿真這一過程，具體步驟如下：

1）首先在現(xiàn)場布料零點安裝一接近開關，作為模擬編碼器的零點，接近開關位置與溜槽旋轉的工藝零度相對應，接近開關位置以DI信號進系統(tǒng)PLC，接近開關信號接通，編碼器自修正為零位。

2）計算溜槽旋轉的單圈的總計數(shù)。3）得到溜槽旋轉的單圈時間周期T。4）將該周期等分成6個時間，分別為T1～T66個變量，相當于布料旋轉一圈的6個角度位置。

5）當啟用β角模擬演算時，會觸發(fā)一個計時器T_time，用該數(shù)值與周期T相除取余數(shù)，得到變量T_mod，當該值大于等于T2時，表示溜槽剛轉過60°，當該值大于等于T3時，表示溜槽轉過120°，以此類推。

6）每次觸發(fā)β角模擬演算，會默認T1為料頭，當T_mod的數(shù)值≥T1后，表示一圈的開始，當T_mod歸零后再次≥T1，表示該圈結束，β角模擬器一圈的時間和實際溜槽旋轉一圈所需的時間相等，當本次布料結束后，β角模擬器會步進到下一時間變量T2，作為下次布料的料頭。β角模擬演算程式流程見圖1。

模擬β角和編碼器β角度可以從現(xiàn)場操作畫面上選擇以哪個角度為準，程序按照布料規(guī)則進行布料。模擬編碼器在每一圈的零位進行自修正，不會因為運行時間過長，碼值偏差過大，影響布料精度。

2.3運行效果

該冗余系統(tǒng)的設計原理清晰，實現(xiàn)方法簡單，很好的達到了預期目標，降低了故障檢修的時間。

萊鋼煉鐵廠有4座高爐，該自控系統(tǒng)為每座高爐每年穩(wěn)產順產增加了55 h，每座高爐日均產量約為3 000 t，噸鐵的利潤為150元，則對高爐上料控制系統(tǒng)優(yōu)化帶來的年經濟效益為412.5萬元。

3　結語

模擬算法在高爐布料溜槽旋轉角度的應用后，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，確保了溜槽旋轉角度數(shù)據(jù)的準確、及時的傳送，控制水平高，功能完善，運行穩(wěn)定可靠，故障率低，控制及調節(jié)準確、穩(wěn)定、可靠，減少了設備故障停機率，滿足生產工藝的要求，確保了生產的順行。

圖1　β角模擬演算程式流程

Abstrraacctt：To achieve the purpose of the uniformity of the distribution of multi-ring material，by using analog computation method to achieve the rotation angle of projection，imitating angle β run method and building mathematical model，this article has achieved intelligent virtual control and formed a redundant relationship with actual measurement.After the simulation algorithm，the system is stable and reliable，it can ensure accurate chute rotation angle data，timely delivery，higher level for control，and reduce equipment downtime rate，which meets the requirements of production process.

Key worrddss：blast furnace；material chute；rotation angle；simulation

信息園地

山鋼集團濟鋼鑄管搬遷項目轉入全面施工階段

2016年5月27日，山鋼集團濟鋼山東球墨鑄鐵管有限公司（簡稱濟鋼鑄管）搬遷項目開工暨山東國銘球墨鑄管科技公司揭牌儀式，在臨沂市蘭陵縣礦業(yè)循環(huán)經濟產業(yè)園內舉行。山鋼集團董事長、黨委書記侯軍出席并致辭，與臨沂市委書記林峰海共同為新公司揭牌，標志著濟鋼鑄管搬遷工程轉入全面施工階段。

侯軍在致辭中說，濟鋼鑄管在鑄管行業(yè)和國內外市場有品牌、技術、管理、服務等優(yōu)勢，具有較強競爭力。為適應企業(yè)轉型發(fā)展的需要，濟鋼鑄管實施整體搬遷，蘭陵縣具有資源和物流優(yōu)勢，山鋼集團堅持“共創(chuàng)、共進、共贏”的核心價值理念，實現(xiàn)企地協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)共贏。侯軍強調，各合作方要嚴格履約，高效率、高質量地做好各項工作，為項目建設提供先進的設計、精良的設備和完善的服務，確保項目如期建成投產、達效。

濟鋼鑄管作為山鋼集團旗下專業(yè)生產球墨鑄鐵管的子公司，有60年發(fā)展歷史，曾生產了山東省第一爐鐵、第一根球墨鑄鐵管，目前鑄管產能達到30萬t/a，產品除輻射國內各省市區(qū)，已出口亞、非、南美的40多個國家和地區(qū)。去年9月，濟鋼鑄管與歷城區(qū)政府簽訂整體搬遷協(xié)議，正式啟動搬遷工作。按照項目規(guī)劃，一期投資20億元，可實現(xiàn)年產50萬t鑄管生產能力，并新上10萬t熱模法大管及1萬t管件生產線。項目采用多項行業(yè)領先水平的工藝和技術，并投資1.62億元建設尾氣脫硫、除塵、降噪等環(huán)保設施，實現(xiàn)廢物、垃圾集中處理、綜合利用，達標排放。同時，濟鋼鑄管將實施混合所有制改革，由濟鋼和山東金璽泰礦業(yè)公司共同出資成立新公司，構建全新管理體制和運行機制，以更好地發(fā)揮濟鋼鑄管品牌、技術、管理、市場優(yōu)勢，以及蘭陵縣資源、物流等低成本優(yōu)勢，打造技術質量領先、產品配套齊全、管理更加高效的鑄管強企。（摘自2016-06-14《世界金屬導報》）

Application of Simulation Algorithm in the Rotation Angle Calculation of BF Distributing Chute

HAN Mei
（The Automation Department of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TF543

A

1004-4620（2016）03-0059-02

2016-02-17

韓梅，女，1981年生，2006年畢業(yè)于湖北教育學院電子信息科學與技術專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司自動化部工程師，從事自動化控制工作。