0 引言
隨著燒結(jié)廠配料系統(tǒng)自動(dòng)化程度的逐步提高, 工業(yè)對(duì)配料的要求也越來越嚴(yán)格, 如果配料系統(tǒng)異常, 會(huì)造成燒結(jié)礦礬礦率增加結(jié)礦率低, 同時(shí)導(dǎo)致燒結(jié)礦消耗燃料上升、燒結(jié)礦應(yīng)有成分波動(dòng)較大、過燒氧化等問題。因此, 完善燒結(jié)配料系統(tǒng)對(duì)提高工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)至關(guān)重要。
配料系統(tǒng)主要功能是將煤粉、精礦、生石灰、鎂粉和一定數(shù)量的返礦和除塵灰等不同的原料品種按照一定的比例均衡地混配在一起, 形成一種成分均一的物料。該系統(tǒng)包括11臺(tái)自動(dòng)給料系統(tǒng), 1#~5#采用小皮帶機(jī)拖料方式直接從旋轉(zhuǎn)的圓盤拖動(dòng)給料, 通過調(diào)整電子皮帶秤的轉(zhuǎn)速和圓盤的轉(zhuǎn)速來控制給料量;6#、7#, 可調(diào)速的卸灰閥上面連接生石灰物料倉, 下面連接智能電子螺旋秤, 通過調(diào)整卸灰閥的實(shí)際轉(zhuǎn)速來控制生石灰的料量大小;8#~10#通過圓盤給料機(jī)由下面的電子皮帶秤緩緩?fù)狭蟻硗瓿煞档V的配料過程。為了防止造成污染和產(chǎn)生巨大灰塵, 兩倉均采用全密封結(jié)構(gòu)。
特別安裝了11#電子計(jì)量皮帶秤, 準(zhǔn)確可靠地將配料的瞬時(shí)總料量傳送到主控室以供操作人員方便使用。
1 系統(tǒng)組成
自動(dòng)配料系統(tǒng)主要由南京三埃電子皮帶秤、智能電子螺旋秤、Modicon TSX Premium稱重模塊、高速計(jì)數(shù)模塊Modicon TSX CTY41、Quantum PLC、施耐德變頻器、系統(tǒng)軟件CONCEPT2.6、組態(tài)軟件IFIX3.5以及上位機(jī)等組成。配料室控制模式及控制思想分別如圖1和圖2所示。
圖1 360燒結(jié)機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)控制模式 下載原圖
圖2 360燒結(jié)機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)控制思想 下載原圖
1.1 智能電子皮帶秤
該機(jī)是一種具有電子稱重裝置的單機(jī)式計(jì)量輸送皮帶機(jī), 主要由主動(dòng)從動(dòng)滾筒、環(huán)形膠帶、擺線針輪減速機(jī)、物料擋板、稱重傳感器等組成。電子皮帶秤的信號(hào)輸入到Modicon TSX Premium稱重模塊, 經(jīng)過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零、調(diào)間隔、掛碼標(biāo)定、靜態(tài)標(biāo)定、電流輸出及通信功能。電子皮帶秤機(jī)械上設(shè)有跑偏裝置, 確保皮帶機(jī)長期運(yùn)行在良好狀態(tài)。支點(diǎn)采用無運(yùn)動(dòng)摩擦橡膠耳軸支撐, 線性度好, 壽命長, 防水防塵防腐性強(qiáng), 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。傳感器采用雙層充氮密封, 穩(wěn)定性好, 不易損壞。
皮帶傳送機(jī)及其有效稱量段如圖3所示。如果皮帶以速度v0傳送物料, 在給定的皮帶位置x0上任意時(shí)間t的流量q (x0, t) 可以表示為:
式中, w (x0, t) 為皮帶單位長度的負(fù)荷;v0 (t) 為皮帶速度。
則通過位置x0的累計(jì)重量:
圖3 皮帶傳送機(jī)及其有效稱量段 下載原圖
1.2 自動(dòng)配料系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
自動(dòng)配料系統(tǒng)如圖4所示, 控制對(duì)象為輸送給料機(jī), 操作部分為圓盤給料機(jī), 測(cè)量部分為有效稱量段, 調(diào)節(jié)部分采用比例積分控制器 (PI) 。
設(shè)輸入er (t) 和干擾d (t) 的拉普拉斯變換分別用Er (S) 和D (S) 表示, 則得響應(yīng)Q (t) :
圖4 自動(dòng)配料系統(tǒng) 下載原圖
1.3 ISP集成稱重模塊
目前, 在控制系統(tǒng)中, 稱量部分都采用了莫迪康的稱重模塊, 此模塊直接集成在Modicon PLC系統(tǒng)中或者配置在網(wǎng)絡(luò)中。電信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)稱重傳感器 (每個(gè)電子秤3個(gè)壓式荷重傳感器并聯(lián), 安裝在平面三角形的三個(gè)角) 經(jīng)信號(hào)平衡接線盒直接傳給稱重模塊, 再經(jīng)稱重模塊運(yùn)算后變?yōu)橹亓恐? 通過PLC背板總線直接傳送給中央處理器CPU模塊, 這樣就減少了數(shù)據(jù)傳遞的中間環(huán)節(jié), 增強(qiáng)了抗干擾能力。稱重系統(tǒng)模塊通常分為兩類:靜載模塊和動(dòng)載模塊。靜載模塊主要適用于側(cè)向力較小的靜載荷稱重場(chǎng)合, 可以非常方便地安裝在各種形狀的容器上。動(dòng)載模塊主要適用于承受水平作用力的機(jī)械裝置如螺旋運(yùn)輸機(jī)、傳送帶等, 還可用于機(jī)械平臺(tái)秤的改造。加料方式?jīng)Q定模塊的種類, 當(dāng)物料是以垂直方式用輸送機(jī)或泵向斗、罐、釜和槽罐內(nèi)送入時(shí), 應(yīng)選用靜載模塊;當(dāng)以水平方式把物料輸送到秤臺(tái)或容器內(nèi)時(shí), 因產(chǎn)生水平?jīng)_擊力, 應(yīng)選用動(dòng)載模塊, 如輥道秤、汽車衡或軌道衡機(jī)械秤改電子秤時(shí)應(yīng)選用動(dòng)載模塊。
模塊根據(jù)材質(zhì)分不銹鋼材料和碳鋼材質(zhì)。在選擇模塊時(shí)應(yīng)考慮其所處的環(huán)境及容器所裝物料的性質(zhì), 如果稱重模塊長期暴露在潮濕或有腐蝕性物質(zhì)接觸的環(huán)境中, 應(yīng)選用全不銹鋼模塊。對(duì)于已安裝支撐腳的罐, 可以根據(jù)支撐腳的數(shù)量來確定稱重模塊的數(shù)量。如果是新安裝的容器, 若為垂直放置的圓柱形容器, 用三點(diǎn)支撐比較穩(wěn)定;考慮風(fēng)力、晃動(dòng)、震動(dòng)等影響, 以采用四點(diǎn)支撐為宜;水平放置的容器以四點(diǎn)支撐為宜。在多只模塊的系統(tǒng)中, 總的載荷應(yīng)盡可能平均地作用到每只模塊上。
一個(gè)回路的稱重模塊包括:專用稱重模塊ISX ISP Y100;稱重顯示單元TSX XBT H100;過程控制程序、接線盒等。ISX ISP Y100主要特點(diǎn):
(1) 測(cè)量輸入通常連接一個(gè)或多個(gè)荷重傳感器, 荷重傳感器提供一個(gè)與可測(cè)量物料成正比的毫伏信號(hào), 最多可接8個(gè)荷重傳感器, 此稱重模塊每秒采集數(shù)據(jù)50次。
(2) 帶有兩路高速離散輸出, 當(dāng)門檻電壓達(dá)到一定值時(shí), 會(huì)觸發(fā)連續(xù)的響應(yīng)時(shí)間及時(shí)間操作。
(3) 一個(gè)可密封的數(shù)字連接, 通常在外部顯示單元顯示瞬時(shí)流量。
(4) 可通過插槽安裝到PLC底板上, 可帶電插拔。
1.4 軟件配置
上位監(jiān)控軟件采用IFIX 3.5。通過IFIX 3.5軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)界面, 包括:
(1) 電控畫面。
在該畫面中通過編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬顯示整個(gè)360m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的工藝流程。在畫面上, 操作人員不但可以監(jiān)控到整個(gè)360m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行情況, 還可以按照生產(chǎn)需要選取不同的料線生產(chǎn)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí), 還可以彈出報(bào)警畫面, 引起操作人員的注意。
(2) 儀控畫面。
該畫面顯示了整個(gè)360m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的工藝參數(shù), 包括:配料配比畫面, 供操作人員進(jìn)行設(shè)定配比參數(shù);歷史趨勢(shì), 供操作人員瀏覽。
2 自抗擾控制技術(shù)
自抗擾控制結(jié)構(gòu)包括跟蹤微分器 (TD) 、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器 (ESO) 和非線性反饋, 如圖5所示。
圖5 自抗擾控制結(jié)構(gòu) 下載原圖
自抗擾控制是非線性PID控制技術(shù)的新發(fā)展, 它把系統(tǒng)的模型攝動(dòng)作用當(dāng)作內(nèi)擾, 將其和系統(tǒng)的外擾一起作為系統(tǒng)總的擾動(dòng)加以補(bǔ)償, 它不需要被控對(duì)象和擾動(dòng)的精確數(shù)學(xué)模型, 對(duì)復(fù)雜的非線性不確定對(duì)象有很強(qiáng)的控制能力。
采用自抗擾控制的系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示, 可見自抗擾算法可以控制大時(shí)滯調(diào)節(jié)裝置, 具有無超調(diào)、穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 下載原圖
3 結(jié)語
該系統(tǒng)目前運(yùn)行狀況良好, 控制及時(shí), 控制精度高, 不僅提高了燒結(jié)的自動(dòng)化水平, 減少了維修工、操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度, 而且降低了返礦率。