高爐槽下稱重系統數字化改造

閆羽嘯

（河鋼邯鋼自動化部維護三車間， 河北 邯鄲 056015）

0 引言

隨著電阻應變式稱重傳感器技術的逐漸成熟，電子秤在計量領域早已大量應用。將模擬式稱重傳感器與稱重二次表有機結合，完成將被計量物體重量轉換成相應的毫伏級電信號，再在稱重儀表中處理運算，顯示出相應的重量值。河鋼集團邯鋼邯寶公司邯寶煉鐵廠現有36 臺模擬式稱重料斗稱投入使用，是高爐配料工藝計量體系的重要組成。由于高爐槽下工藝的客觀條件，導致料斗秤現場安裝環境差、二次表按鍵使用頻繁、外界干擾（對講機電磁干擾與電纜磁場干擾）、不明因素較多，進而導致二次表數值顯示與4~20 mA 遠傳信號不穩定，直接影響計量數據的準確性，在日常的維護工作中投入的人力成本大，同時在以半年為一個周期的周期校準過程中，經常要使用千斤頂與標準壓力器工作量大的同時，費時又費力。幾年來信號數字化技術逐漸成熟，在電子衡器領域應用也越來越廣泛。將數字化技術應用于高爐料斗稱的計量系統中，使其維護成本降低，校準工作量下降，使計量結果更加精確，提高高爐料批的控制精度。借助1 號高爐大修機會將1 號高爐除集中斗外的15 臺分散斗稱重系統進行數字化改造。

1 槽下稱重系統的構成與原理

1.1 槽下模擬式稱重系統的構成

高爐槽下料斗稱屬于靜態稱，一般選用三角稱重法，整個模擬式的稱重系統由秤斗、模擬式傳感器、模擬式接線盒、稱重二次表、遠傳信號線組成。

河鋼集團邯鋼邯寶公司邯寶煉鐵廠采用的是余姚太平洋稱重工程有限公司生產的型號為PA8110A的儀表，傳感器型號為CZL-YB-4B，接線盒型號為BJH-1C，傳輸信號為模擬信號，其原理如圖1 所示。

圖1 高爐料斗秤的稱重系統的構成

1.2 槽下模擬式稱重系統的工作原理

在正常工況條件下，三個傳感器受垂直方向的力向下產生與之對應的mv 信號，在接線盒中并聯后送入稱重二次表進行濾波、放大、A/D 轉換等功能，然后顯示稱重值，并以4~20 mA 信號輸出至PLC 進行計量。

高爐通過稱重系統的計量結果來控制閥門向受料斗加料，高爐操作人員首先分配好各個受料斗需要裝料的重量值，PLC 根據現場稱量系統遠傳過來的信號與所設定的裝料值進行比較，未達到目標重量則裝料，達到目標重量后關閉閘門停止裝料，等待指令進行排料。上述過程自動循環進行，儀表可自動累計物料重量，同時將結果上傳到PLC 柜，完成計量。

1.3 槽下數字式稱重系統的工作原理

將稱重傳感器輸出信號傳輸至DBZ-2N 數字接線盒進行A/D 轉化，再將轉化完成后的數字信號傳輸至二次表PA8110D。稱重二次表將顯示的重量信號以數字化形式傳輸至PLC，由PLC 進行解析進而實現稱重信號的數字化采集。

2 槽下模擬式稱重系統的劣勢分析

2.1 模擬式稱重系統受工況環境干擾大

模擬式稱重系統容易受到現場環境因素的干擾。一方面，對講機、電纜等操作工具在工作時容易對其造成很強的電磁干擾。同時，槽下料灰常伴有打水，容易導致二次表內部元件損壞。另一方面，模擬式稱重系統的信號傳輸距離大約有200 m，因此，模擬信號在遠距離的傳輸過程中容易受到工況環境的客觀因素干擾，影響信號的準確性。

2.2 模擬式稱重系統檢修成本較高

雖然在對模擬式稱重系統進行檢修，但仍需要花大量的人力成本與時間成本對其進行角度修正、電位器調整、稱值標定等工作。

2.3 模擬式稱重系統易影響生產

模擬式稱重系統無法實現稱重系統的遠程運維功能，無法在線監測與故障判斷，傳感器一旦損壞必須拆下用萬用表測量，就算是測量沒問題也無法保證傳感器的好壞，同時在判斷故障時需要停止使用當前料斗，容易造成高爐料批減少，影響生產。

3 槽下數字式稱重系統的優勢分析

3.1 槽下數字式稱重系統有效減少環境的干擾

首先，數字信號的傳輸相對于模擬信號的傳輸可靠性更高，可以大幅提高信號的質量，增加計量的準確性。其次，數字式稱重系統采用新型的數字式接線盒與數字式二次表，并且將其集成至儀表箱內，大大提升了抗電磁干擾的能力，有效地避免了因現場使用對講機或者電纜產生電磁信號的干擾。最后，儀表箱防水防塵，在加裝了防塵鎖緊頭之后，可以有效地抵抗現場的惡劣環境，提升使用壽命。

3.2 槽下數字式稱重系統有效節約成本

在檢修數字式稱重系統后，秤體的角差調整將由二次表自動調整，或者手動輸入調整即可，節省了大量的時間成本[2]。

3.3 槽下數字式稱重系統有效減少影響生產

數字式稱重系統具有良好的自我診斷功能，通過讀取傳感器的信息反饋至二次表，可直接判斷傳感器的好壞，同時進行在線監測，大大減少了維修時間，在生產先行的特殊條件下也可將壞掉的傳感器剔除，待有充足的檢修時間再進行處理，不會影響高爐的有序生產。

數字信號在傳輸的過程中也需要放大信號，數字信號利用一種電路構成的門線電壓將接收到的信號進行簡單的重組再生，生成完全消除衰減畸變的新信號（只注重其傳輸的0、1 二進制的傳輸）[3]。

4 槽下數字式稱重系統的改造方案

通過與余姚太平洋廠家的交流與現場分析，現使用余姚太平洋PA8110D 二次表與DBZ-2N 數字接線盒與PROFIBUS-DP 線借由大修機會進行1 號高爐槽下稱重系統的數字化改造并提出以下方案，如表1所示。

表1 改造方案與預計成果

4.1 對現場儀表設備進行改造

首先，將原有的15 塊PA8110A 型號二次表拆下，并保留4~20 mA 信號線與220 V 電源線，將與之配套的接線盒拆下，注意保護三個傳感器的線路避免傳感器的信號線損壞。其次，選擇離地面高度適中，不易淋水的位置焊接新的集成儀表箱，并將原有的信號線與電源線焊接延長至接線位置，傳感器線清理干凈后加裝蛇皮管與鎖緊頭連接至新的接線盒位置。最后，重新放置DP 通訊線，并制作DP 接頭，每一臺二次表一進一出兩根DP 線，實現遠程DP 通訊，同時保留4~20 mA 模擬信號。

4.2 新系統的調試

1）檢查機械料斗周邊情況，不能有卡蹭、橫頂、傾斜等情況，保證三個傳感器均勻垂直受力，傳感器線路沒有破皮，開線情況。儀表柜內端子緊固，不出現脫落情況。

2）低壓配電室合閘總開關，不出現短路情況，電筆測量15 個儀表柜內分閘開關是否上火帶點。

3）依次對15 臺秤進行分閘合閘，觀察二次表運行情況，接線盒紅燈是否亮起。

4）按照說明書設置稱重系統基本參數包括計量單位、小數點位數、料稱模式等等。

5）開啟傳感器識別功能，設置三個傳感器模式，觀察內碼值，調整傳感器受力狀態。

6）用標準測力器配合千斤頂對料斗進行加壓，標準測力器顯示的重量值進行標定，反復幾次，觀察顯示值與標準測力器的數值，應當相差不大。

7）校秤完成之后，觀察二次表顯示數值與上位PLC 計算機顯示數值是否一致，由于PLC 上位機程序未更新，所以只能收到模擬量信號，待數據采集程序更新后就可以接收數字量信號[5]。

4.3 改造創新點與舊設備的回收利用

新型的數字化稱重系統不再使用模擬量作為系統內部信號傳輸的介質，同時由于新型儀表外殼的保護大大減少了因外界客觀因素與傳輸距離遠而導致的模擬信號衰減對數據準確性的影響，保證了數據的可靠性與準確性[4]。消除了儀表內部因素導致的PLC與儀表不對應，大大減少了高爐操作崗位的工作量與儀控人員的工作量。

提出了全新的維護方案，在原來的模擬系統中如果因為傳感器出現問題而導致計量不準，至少需要2 h 左右的時間來檢查與更換傳感器，并且在更換完成之后需要重新校準，期間料斗無法使用，很容易造成高爐趕料。數字化的稱量系統能夠支持維護人員臨時甩開壞掉的傳感器，并且手動修正或者自動修正參數，以達到滿足高爐使用且計量相對準確的生產條件，給維護人員充足的時間進行維修。

邯寶煉鐵廠2 號高爐由于沒有合適機會進行改造，所以1 號高爐改造完成之后，拆除的所有舊型號設備全部可作為備件供給2 號高爐使用，由于參數設置完全一樣，所以幾乎可以直接上電使用，減少了由于參數設置帶來的維修時間。

4.4 改造完成效果

根據往年數據統計，從2020 年初到2022 年初，邯寶煉鐵廠1 號高爐槽下15 臺料斗秤的平均故障時長大概為每月1.3 h，多數原因為傳感器損壞或二次表損壞，偶爾出現電磁信號干擾的軟故障現象。

自2022 年3 月份邯寶1 號高爐大修結束后，將近6 個月的時間未出現一次因傳感器損壞或者二次表損壞的現象，在定期的校秤當中也更加簡單高效。通過與工藝人員溝通后發現，新的數字系統無論是從數值跟蹤還是回零次數都明顯優于原本的系統。所以通過對高爐槽下稱重系統的數字化改造，大幅度地降低了故障率，進而節省了人力時間成本與設備成本，確保了計量數據的準確性與系統運行的穩定性，這種改造方式適用于多傳感器稱重的系統中，使模擬傳感器也能具有一定的數字化傳感器功能，可以廣泛地應用于高爐生產體系的靜態秤中。

5 結語

在高爐生產的過程中，槽下的穩定運行起著至關重要的作用，槽下稱重系統計量的準確性與穩定性直接關系到高爐上料的狀態，所以降低稱重系統的故障率、維修時間、設備損壞率，提高稱重系統的穩定性、計量精確度、使用壽命是設備維護人員要解決的重要問題。通過本次改造基本上解決以上提出的難點問題，對于高爐穩定出鐵有著重大的幫助，具有廣泛的研究與推廣價值。