煉鐵燒結礦槽卸礦小車自動裝料控制方法

羅化龍，劉永志

（昆鋼股份玉溪新興鋼鐵有限公司，云南玉溪 653106）

0 引言

鋼鐵冶金生產流程中燒結礦作為高爐冶煉的重要礦石之一，使用占比達65%以上，使用量大，質量和數量要求高。燒結礦使用量大的特點決定了鋼鐵冶金工序中燒結生產流程必須連續不間斷地生產出燒結礦，并將合格的成品燒結礦輸送到高爐礦槽內供高爐使用。目前，燒結礦運輸大多采用膠帶輸送機運輸到高爐礦槽，用卸礦小車給燒結礦槽裝料的模式。雖然輸送燒結礦的膠帶輸送機已經采用全自動控制，不需要人工操作，崗位人員只需要定期進行巡檢，但裝料環節還是采用傳統的人工操作。卸礦小車移動到各礦槽進行裝料，人工操作裝料需要頻繁地移動小車，裝倉操作的勞動強度大，且操作人員需要跟著小車行走，在礦槽建筑物立柱、除塵管道位置存在被擠壓的安全風險，另外，下料口揚塵對崗位人員的健康存在一定的危害。對此，通過現場對裝倉過程的跟蹤和操作方式的摸索，逐步探索出根據礦槽料位情況，卸礦小車自動移動裝料的控制方法。

1 卸礦小車自動裝料方法的選擇

通過現場觀查和生產實踐，對高爐燒結礦槽卸礦小車試驗了3 種自動裝料的控制方法。

方法1：定點、定時結合料位顯示裝料。此方法需要在每個礦槽中間位置卸礦小車軌道上安裝一個接近開關，作為定點裝料的定位點，小車到達定位位置后裝料，定點裝料上位機給定的時間分鐘數或料位顯示最大值時卸礦小車移動到下一個裝料點。此方法因為是定點裝料，礦槽內中間位置料位達到最高點后，兩邊堆息角還是沒有裝滿，礦槽容量不能充分利用，且料位計顯示異常時，定時裝料存在漫料事故和導致設備損壞的風險，同時料流量隨著生產負荷變化，時間設定難以保證裝料量的準確性，系統可靠性差。

方法2：定區間卸礦小車往復運行裝料，根據礦槽料位顯示移動到下一位置。此方法需要每個礦槽的兩端安裝一個接近開關，小車在兩個接近開關之間往復運行，避免定點裝料的弊端。但此方法需要卸礦小車在礦槽范圍內不斷正反轉往返運行，卸礦小車屬于重型結構設備，驅動裝置不是變頻控制，頻繁正反轉啟動容易造成驅動電機、減速機、齒輪、鏈條、卸礦小車主動輪等設備損壞。設備故障率高無法滿足燒結工序需要長周期連續穩定運行的要求，同時，卸礦小車往復運動產生的粉塵對料位檢測的準確性和響應時間的影響很大，目前沒有能滿足該工況要求的物位計。該方法在料位較高時無法保證裝倉操作的可靠性。

方法3：卸礦小車驅動采用變頻控制，解決全壓啟動帶來的沖擊造成卸礦小車驅動部分故障率高的問題；卸礦小車位置通過多點定位（出于成本考慮沒有采用連續定位，如格雷母線等方式），一個倉按3 個點進行定位裝倉，可較好地利用倉容，避免礦槽容量得不到充分利用；礦槽料位通過固定位置測量（出于成本控制，在每個倉中部加裝料位檢測裝置，沒有在3 個位置同步加裝物位計，且大多數物位計為雷達或超聲波裝置，同一個料倉內裝設多個物位計會相互干擾，影響物位檢測的準確性），卸礦小車下料口安裝超聲波傳感器檢測料位，雙重測量確保裝料高限測量值可靠、可控，保障卸礦小車運行安全（圖1）。

圖1 方法3 現場示意

通過現場試驗、應用和分析對比，方法3 控制模式的可靠性最高，能滿足實際生產的需要，作為最終的選擇方案。

2 控制原理

在卸礦小車上安裝一個感應鐵片（需根據行走速度和接近開關響應時間確定長度以保證檢測的準確性），并在小車感應鐵片運行軌跡對應的每個礦槽安裝3 個接近開關，用來實現卸礦小車下料口位置的確定；以上定位信號分別接入PLC 系統，通過編寫程序對定位信息編號，做防干擾處理后就能準確地識別出小車位置和礦槽的對應關系。礦槽的料位監控由安裝在礦槽中間位置的雷達料位計來實現，由于是24 h 連續不間斷地進行裝倉作業，為滿足在不同生產狀態下的控制需求設置了4 種控制模式。

（1）現場手動模式。在緊急情況下由人工現場控制。

（2）遠程手動模式。由中控人員在監控界面上直接控制卸礦小車正、反轉運行，在現場無人而出現緊急情況下操作。

（3）半自動操作模式。由中控人員指定槽位自動裝倉操作。

（4）全自動操作模式。系統依據倉位情況和生產需求情況設置裝倉槽位的優先權，自動選擇裝倉槽位，在當前倉位裝至高限時自動移至需裝倉槽位進行裝倉。設有行走預警，不參與裝倉槽位選擇，小車行走超時報警，遠程故障復位，倉位顯示異常直接取消該倉位裝倉選擇。同時具有小車下料口倉滿停機、料倉倉滿預警、停機等功能。

優先權的設定：①依據倉位情況對每個倉位設置三種優先權，即低限以下、低限至報警限、高限，其中，低限由中控人員依據生產需求設置；②該卸礦小車可正、反方向卸料，考慮頻繁正反轉切換容易對設備造成損傷，按照優先同一側的規則確定裝倉槽位；③小車行走距離最短的規則確定。

卸礦小車自動裝倉控制程序見圖2，監控界面見圖3。

圖2 自動裝倉控制程序

圖3 自動裝倉監控界面

3 創新點

（1）卸礦小車的驅動由原來的接觸器開閉全壓啟動改為變頻啟動，避免了驅動裝置全壓啟動沖擊力大，容易造成傳動鏈條、主動輪、驅動裝置故障的問題。

（2）采用變頻器控制后啟動平滑、沖擊小，設備運行安全穩定可靠。變頻控制設置3 個速度擋位，分別應對調車（高速）、往復裝料（中速）和單槽位裝料移動（低速）3 種應用模式。

（3）在礦槽之間安裝固定式接近開關，配合卸礦小車運行方向，判定小車所在槽位。

（4）卸礦小車安裝1 個接近開關，配合礦槽位置，小車軌道架上安裝3 塊感應鐵片，既能準確判斷卸礦小車位置和槽位對應情況，又能節約硬件投入節省投資，實現多點位裝倉。

（5）小車卸礦漏斗上加裝1 個超聲波料位開關，防止裝料過高造成設備損壞，造價低、簡單實用。

（6）控制開關、程序全部為開關量輸入輸出，程序將料位信號和高低限比較后輸出開關量作為中間變量，此后程序控制全部采用開關量的邏輯控制來實現，提高了程序運行的可靠性。同時在卸礦小車現場控制箱上保留手動控制模式，自動控制出問題時只需要將選擇開關選擇就地位置就可以現場手動控制卸礦小車裝料（驅動裝置仍為變頻控制，速度為第2 擋），確保了燒結礦輸送、裝倉連續性和安全可靠性。

4 應用效益

煉鐵燒結礦槽卸礦小車自動裝料控制方法的應用，實現了裝料過程無人化，崗位人員只需定期巡檢設備和異常情況下手動操作設備。礦槽裝料實現自動控制后，基本避免了低槽位裝料的情況，燒結礦高處掉落破損而增加槽下返礦的情況也得到改善。同時，該控制方法可以應用于高爐焦炭、球團礦裝料，燒結混勻礦造堆礦槽、配料室混勻礦礦槽等其余卸礦小車的控制上，以不斷提高企業的設備自動化控制水平，逐步實現3D（Dangerous Dusty Duplicate，危險性高、環境差、簡單重復勞動）崗位無人化操作。

5 結語

通過對煉鐵燒結礦槽卸礦小車自動裝料控制方法的研究，實現了裝料自動化和集控室遠程操作的功能，達到投資費用低、運行安全可靠、解放勞動力的目的，同時避免了人工操作卸礦小車存在的崗位安全風險和卸礦小車下料口揚塵對崗位人員造成健康危害的風險，體現了以人為本的企業發展理念。