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介紹電子秤的稱重原理和一般組成，以及210t轉(zhuǎn)爐煉鋼副原料自動稱量控 制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程、數(shù)據(jù)處理方法，分析了強(qiáng)振速度、弱振速度、弱振值、落差值等 參數(shù)對稱量精度的影響。該系統(tǒng)運(yùn)用PLC下掛PROFIBUS子站的通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)稱量 值反饋，可以完成幾種副原料連續(xù)稱量過程。

1 .前言

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，副原料主要用來形成一 定堿度的爐渣，達(dá)到去除鐵水中的雜質(zhì)以及保護(hù) 爐襯的作用，以及降低爐內(nèi)的溫度，達(dá)到終點(diǎn)的 溫度和碳含量的平衡。副原料加的過多、過少都 會對煉鋼造成重大的影響。有些煉鋼廠為了保證 生產(chǎn)質(zhì)量，一直采用人工稱量副原料的方法。隨 著計算機(jī)技術(shù)及工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，開 發(fā)、應(yīng)用一套轉(zhuǎn)爐煉鋼副原料自動化稱量控制系 統(tǒng)取代人工稱量，對促進(jìn)煉鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要意義。新余鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠于2009年 2月建成投產(chǎn)，目前有2座210t轉(zhuǎn)爐，單爐產(chǎn)鋼 量210t。其副原料加料采用了自動化加料技術(shù)， 只須通過鍵盤和鼠標(biāo)簡單操縱就能完成。自動稱 量控制系統(tǒng)主要采用電氣室安裝PLC柜通過西門 子PROFIBUS通訊技術(shù)下掛現(xiàn)場子站讀取現(xiàn)場稱 量數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及反 饋控制，自動調(diào)節(jié)振動給料機(jī)的頻率。另外通過 調(diào)整相關(guān)參數(shù)，終極達(dá)到副原料的設(shè)定值和稱量 實(shí)際值相等的目的。

2.工藝設(shè)備概況

目前新余鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠210t轉(zhuǎn)爐 的副原料加料系統(tǒng)。由12個高位料倉，每個料倉 對應(yīng)一個振動給料機(jī)。下面對應(yīng)10個稱量斗，其 中2#、3#，與9#、10#共用一個稱量斗。每個稱 量斗下裝有稱重傳感器及插板閥。通過振動給料機(jī)、稱重傳感器通過插板閥實(shí)現(xiàn)副原料的精確稱 量。再通過兩個匯總斗加人到轉(zhuǎn)爐中煉鋼。

3.電子料斗秤概述

電子料斗秤的工作原理是：秤臺上的重物作 用于傳感器，傳感器把物體的重量轉(zhuǎn)換為mV級電 壓信號，由傳感器輸出的信號經(jīng)接線盒匯總后進(jìn) 人稱重儀表，儀表對稱重信號電壓進(jìn)行放大，濾 波、A/D轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行數(shù)字處理，最后把重量 信號顯示到數(shù)字顯示器上。一臺電子秤主要由秤 臺及傳力機(jī)構(gòu)、傳感器、接線盒、稱重儀表等組 成。目前新鋼公司第二煉鋼廠副原料秤采用的傳 感器和接線盒均為中國航天科技集團(tuán)公司四院四 十四所產(chǎn)品。型號分別為：GKCT15-1A (傳感 器）、DB-3 (接線盒）。而稱重顯示儀表為珠海長 陸工業(yè)自動化控制系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品型號為：U- NI800。

4.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保證煉鋼生產(chǎn)的連續(xù)性，副原料自動稱量 控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7400系列PLC系統(tǒng)。 來自現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)鎖信號和稱重傳感器信號通過 現(xiàn)場稱重顯示表輸出至300遠(yuǎn)程站，再通 過PR0FIBUS通訊技術(shù)至PLC，經(jīng)過CPU運(yùn)算后 直接控制現(xiàn)場的振動給料機(jī)。而作為人機(jī)接口 (HMI)的操縱站采用客戶機(jī)一服務(wù)器模式，選擇 intmich上位監(jiān)控軟件，由1臺專用的容錯服務(wù)器 通過高速以太網(wǎng)和西門子PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。來 完成稱量的連鎖和振動給料機(jī)頻率的精確控制。

5.自動稱量程序

稱量程序編寫分：手動程序與集中程序，而 集中程序又分集中手動、半自動、自動三種。而 目前正常生產(chǎn)時主要運(yùn)行自動程序。半自動和手 動程序只是在事故狀態(tài)或檢修時運(yùn)行。

5.1操作方式

現(xiàn)場手動和集中。操作方式切換地點(diǎn)：振 動給料機(jī)操作箱集中操作方式又分為集中手動、半自動、 自動。操作方式切換地點(diǎn)：轉(zhuǎn)爐主操作室HMI操作站。

5.2現(xiàn)場手動操作方式

(1)操作地點(diǎn)：振動給料機(jī)操作箱。

(2)功能描述：在此操作方式下設(shè)備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其他設(shè)備均無聯(lián)鎖關(guān)系。通過操 作箱上按鈕完成相應(yīng)的動作即振動給料機(jī)的起停。

5.3集中手動操作方式

操作地點(diǎn)：轉(zhuǎn)爐主操作室HMI操作站。

功能描述：在此操作方式下設(shè)備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設(shè)備均無聯(lián)鎖關(guān)系。通過 HMI上按鈕完成相應(yīng)的動作即振動給料機(jī)的起停 及高低速切換。

5.4半自動操作方式

操作地點(diǎn)：轉(zhuǎn)爐主操作室HMI操作站。

半自動前提條件：

給料機(jī)起動時對應(yīng)稱量斗閘門必須關(guān)到位。

此高位料倉內(nèi)物料 > 設(shè)定的稱量重量。

共用此稱量斗的其它高位料倉給料機(jī)必須處 于停止?fàn)顟B(tài)且停止時間為5秒以上。

每一種物料的設(shè)定稱重值 > 相應(yīng)的高位料倉 振動給料機(jī)停止給料后的落差量。

每一種物料的設(shè)定稱重重量值 < 對應(yīng)稱量斗 的稱量量程。

功能描述：在此操作方式下設(shè)備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設(shè)備和信號有聯(lián)鎖關(guān)系。一 個典型的運(yùn)行過程如下：操作員在HMI上輸入此 料倉稱重值—程序?qū)斎酥颠M(jìn)行效驗(yàn)證進(jìn)并計算 出變速點(diǎn)和停振點(diǎn)(計算方式見儀表部分的說明)— 起動振動給料機(jī)—振動給料機(jī)高速運(yùn)行—到達(dá)變 速點(diǎn)振動給料機(jī)低速運(yùn)行—到達(dá)停振點(diǎn)停止運(yùn)行。

5.5自動加料方式

(1)操作地點(diǎn)：轉(zhuǎn)爐主操作室HMI操作站。

⑵自動前提條件：

自動加料開始時，所有相關(guān)設(shè)備(高位料倉振 動給料機(jī)，稱量斗閘門，匯總斗閘門)必須處于停 止?fàn)顟B(tài)，閘門必須關(guān)到位。三通分料器已旋轉(zhuǎn)到 需要位置并處于停止?fàn)顟B(tài)。

高位料倉內(nèi)物料 > 設(shè)定的稱量重量總合。

吹煉過程尚未開始。

每一種物料的設(shè)定稱重重量值 > 相應(yīng)的高位 料倉振動給料機(jī)停止給料后的落差量。

每個稱量斗每次加料需稱量的各種物料總重 量<對應(yīng)稱量斗的稱量量程。

各匯總斗，稱量斗為空。

(3)功能描述：在此操作方式下設(shè)備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設(shè)備和信號有聯(lián)鎖關(guān)系。操 作人員將需要此次參與稱量的各個料倉的稱重值/ 輸人稱量二維表內(nèi)，程序根據(jù)稱量二維表實(shí)現(xiàn)自 動稱量過程。二維表在L1內(nèi)儲存5組，在煉鋼前 操作員可根據(jù)實(shí)際情況選擇這5組數(shù)據(jù)中的一組 為當(dāng)前全自動稱量模型，模型輸入并確定后，自 動排料過程開始，此后模型數(shù)據(jù)不可改變直至整 個過程結(jié)束。不同稱量斗的物料可以同時開始稱 量，如果兩臺給料機(jī)對應(yīng)同一稱量斗而言，稱量 采用累計稱量的方法，即一個稱量斗如果有1種 以上物料需要稱量，必須按照先后順序進(jìn)行（稱 量順序可按料倉號進(jìn)行簡單的排列），待一種物料 稱量完畢，不必放空稱量斗，馬上開始第二種物 料的稱量，重量累計。全部物料稱量完成后延時 10s，稱量各閘門自動打開將物料投入?yún)R總斗，排 料完成后閘門自動關(guān)閉，所有物料排料結(jié)束后， 匯總斗自動打開將物料全部加人轉(zhuǎn)爐，投料結(jié)束 后匯總斗閘門自動關(guān)閉，稱量斗在排完料以后延 時10s后，根據(jù)二維表進(jìn)行判斷是否還有下一次加 料，如有則高位料倉振動給料機(jī)啟動開始下一次 稱量D

編寫自動稱量程序采用的是模塊化的下位編 程，在本程序的編寫中，采用了大量的DB數(shù)據(jù)塊 用于模塊化編程。由于振動給料機(jī)具有相同的控 制和連鎖條件以及輸出動作，所以首先編寫通用 的功能塊，如給料機(jī)運(yùn)行DB1、自動稱量DB2等 等。編程中可以頻繁地調(diào)用這些功能塊，就像調(diào) 用一個普通的函數(shù)，只需修改一下輸進(jìn)參數(shù)和輸 出參數(shù)的變量名稱。模塊化編程節(jié)約了大量的程 序空間，提高了程序的運(yùn)行速度并且更加方便了 軟件的移植性和可擴(kuò)展性。稱量精度是衡量稱量 系統(tǒng)好壞的一個重要指標(biāo)。為了提高該系統(tǒng)的稱 量精度，振動給料機(jī)主回路采用變頻器控制，輸 出頻率0Hz~ 50Hz,實(shí)現(xiàn)振動給料機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速 運(yùn)行。本系統(tǒng)主要通過控制振動給料機(jī)先高速、 后低速運(yùn)行，由大到小間接控制副原料的流量。 由于在振動給料機(jī)停止的瞬間，副原料的流量越 小，稱量的精確程度越高。為此，程序設(shè)計中引 用了弱振值、落差值、強(qiáng)振速度、弱振速度的概 念。數(shù)據(jù)處理是副原料自動稱量控制系統(tǒng)的重點(diǎn) 與難點(diǎn)。由于它與系統(tǒng)的稱量精度息息相關(guān)，即 稱量值是否是設(shè)定值。只有這樣，系統(tǒng)才能滿足 生產(chǎn)工藝要求，自動稱量系統(tǒng)才有利用價值?，F(xiàn) 在來看，對每一種副原料料，影響其稱量精度的 參數(shù)主要有4個：強(qiáng)振速度、弱振速度、弱振值 和落差值。強(qiáng)振速度、弱振速度是振動給料機(jī)的 輸進(jìn)頻率，直接參與控制給料機(jī)的振動速度。設(shè) 定這兩個參數(shù)的主要依據(jù)是副原料的比重、副原 料顆粒的大小及振動給料機(jī)的機(jī)械性能。強(qiáng)振速 度、弱振速度調(diào)整及時，就能保證給料機(jī)停車點(diǎn) 這一時刻抓取的稱量值正確，而且能節(jié)約稱量時 間，提高生產(chǎn)率。弱振值、落差值2個參數(shù)在程 序中參與計算，經(jīng)過計算得出振動給料機(jī)高速到 低速、低速到停止的速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)。當(dāng)操縱職員在 操縱畫面中設(shè)定好本爐鋼水要加的副原料量后， 速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)是稱量過程中經(jīng)過不斷計算得出的每 種副原料的剩余料量。假如轉(zhuǎn)換點(diǎn)計算不正確， 或者說弱振值、落差值設(shè)定不正確，易產(chǎn)生下列 幾種現(xiàn)象：①弱振值太大，延長了稱量時間。② 弱振值太小，在振動給料機(jī)弱振過程很短時，就 要停機(jī)，很難保證稱量精確。③落差值太大，輕 易造成少下料。落差值是振動給料機(jī)停止后，在 余振的作用下進(jìn)進(jìn)稱量斗的合金料，假如落差值 大于給料機(jī)余振過程中實(shí)際下的合金，就造成了 少料。④落差值太小，容易造成多下料，原理與 ③相反。

一個典型的運(yùn)行過程如下：操作員在HMI上 把需要稱量料倉的稱重值一次性輸入—第一次加 料過程啟動，程序?qū)γ總€料倉的稱重輸入值進(jìn)行 效驗(yàn)并分別計算出變速點(diǎn)和停振點(diǎn)—起動自動配 料程序—振動給料機(jī)高速運(yùn)行—到達(dá)變速點(diǎn)振動 給料機(jī)低速運(yùn)行—到達(dá)停振點(diǎn)停止運(yùn)行—(一稱量 斗對應(yīng)2個高位料倉時)延時5s起動下一個料倉給 料機(jī)（重復(fù)以上過程至所有參與稱量的料倉稱量 完畢）—稱量全部結(jié)束延時5s打開有料的稱量斗 將物料投入?yún)R總斗中—吹氧量達(dá)到第一次設(shè)定加 料值后打開匯總斗閘門—匯總斗排空后自動關(guān) 閉—延時10s開始第二次加料過程—重復(fù)以上加料過程直至完成二維表中所有步驟，自動加料過程結(jié)束。其流程圖如圖1所示。

6.結(jié)束語

新余鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠副原料自動稱 量系統(tǒng)采用目前國內(nèi)和國際先進(jìn)的控制技術(shù)，是 自動化煉鋼系統(tǒng)的一個重要組成部分。目前該系 統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并配合自動化煉鋼技術(shù)在現(xiàn)代化煉 鋼大生產(chǎn)中發(fā)揮著及其重要的作用。