0 引言
隨著燒結廠配料系統自動化程度的逐步提高, 工業對配料的要求也越來越嚴格, 如果配料系統異常, 會造成燒結礦礬礦率增加結礦率低, 同時導致燒結礦消耗燃料上升、燒結礦應有成分波動較大、過燒氧化等問題。因此, 完善燒結配料系統對提高工廠的技術經濟指標至關重要。
配料系統主要功能是將煤粉、精礦、生石灰、鎂粉和一定數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。該系統包括11臺自動給料系統, 1#~5#采用小皮帶機拖料方式直接從旋轉的圓盤拖動給料, 通過調整電子皮帶秤的轉速和圓盤的轉速來控制給料量;6#、7#, 可調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, 通過調整卸灰閥的實際轉速來控制生石灰的料量大小;8#~10#通過圓盤給料機由下面的電子皮帶秤緩緩拖料來完成返礦的配料過程。為了防止造成污染和產生巨大灰塵, 兩倉均采用全密封結構。
特別安裝了11#電子計量皮帶秤, 準確可靠地將配料的瞬時總料量傳送到主控室以供操作人員方便使用。
1 系統組成
自動配料系統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、高速計數模塊Modicon TSX CTY41、Quantum PLC、施耐德變頻器、系統軟件CONCEPT2.6、組態軟件IFIX3.5以及上位機等組成。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燒結機自動配料系統控制模式 下載原圖
圖2 360燒結機自動配料系統控制思想 下載原圖
1.1 智能電子皮帶秤
該機是一種具有電子稱重裝置的單機式計量輸送皮帶機, 主要由主動從動滾筒、環形膠帶、擺線針輪減速機、物料擋板、稱重傳感器等組成。電子皮帶秤的信號輸入到Modicon TSX Premium稱重模塊, 經過編程實現自動調零、調間隔、掛碼標定、靜態標定、電流輸出及通信功能。電子皮帶秤機械上設有跑偏裝置, 確保皮帶機長期運行在良好狀態。支點采用無運動摩擦橡膠耳軸支撐, 線性度好, 壽命長, 防水防塵防腐性強, 環境適應性強。傳感器采用雙層充氮密封, 穩定性好, 不易損壞。
皮帶傳送機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荷;v0 (t) 為皮帶速度。
則通過位置x0的累計重量:
圖3 皮帶傳送機及其有效稱量段 下載原圖
1.2 自動配料系統的傳遞函數
自動配料系統如圖4所示, 控制對象為輸送給料機, 操作部分為圓盤給料機, 測量部分為有效稱量段, 調節部分采用比例積分控制器 (PI) 。
設輸入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Q (t) :
圖4 自動配料系統 下載原圖
1.3 ISP集成稱重模塊
目前, 在控制系統中, 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系統中或者配置在網絡中。電信號由現場3個稱重傳感器 (每個電子秤3個壓式荷重傳感器并聯, 安裝在平面三角形的三個角) 經信號平衡接線盒直接傳給稱重模塊, 再經稱重模塊運算后變為重量值, 通過PLC背板總線直接傳送給中央處理器CPU模塊, 這樣就減少了數據傳遞的中間環節, 增強了抗干擾能力。稱重系統模塊通常分為兩類:靜載模塊和動載模塊。靜載模塊主要適用于側向力較小的靜載荷稱重場合, 可以非常方便地安裝在各種形狀的容器上。動載模塊主要適用于承受水平作用力的機械裝置如螺旋運輸機、傳送帶等, 還可用于機械平臺秤的改造。加料方式決定模塊的種類, 當物料是以垂直方式用輸送機或泵向斗、罐、釜和槽罐內送入時, 應選用靜載模塊;當以水平方式把物料輸送到秤臺或容器內時, 因產生水平沖擊力, 應選用動載模塊, 如輥道秤、汽車衡或軌道衡機械秤改電子秤時應選用動載模塊。
模塊根據材質分不銹鋼材料和碳鋼材質。在選擇模塊時應考慮其所處的環境及容器所裝物料的性質, 如果稱重模塊長期暴露在潮濕或有腐蝕性物質接觸的環境中, 應選用全不銹鋼模塊。對于已安裝支撐腳的罐, 可以根據支撐腳的數量來確定稱重模塊的數量。如果是新安裝的容器, 若為垂直放置的圓柱形容器, 用三點支撐比較穩定;考慮風力、晃動、震動等影響, 以采用四點支撐為宜;水平放置的容器以四點支撐為宜。在多只模塊的系統中, 總的載荷應盡可能平均地作用到每只模塊上。
一個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:
(1) 測量輸入通常連接一個或多個荷重傳感器, 荷重傳感器提供一個與可測量物料成正比的毫伏信號, 最多可接8個荷重傳感器, 此稱重模塊每秒采集數據50次。
(2) 帶有兩路高速離散輸出, 當門檻電壓達到一定值時, 會觸發連續的響應時間及時間操作。
(3) 一個可密封的數字連接, 通常在外部顯示單元顯示瞬時流量。
(4) 可通過插槽安裝到PLC底板上, 可帶電插拔。
1.4 軟件配置
上位監控軟件采用IFIX 3.5。通過IFIX 3.5軟件設計標準的人機界面, 包括:
(1) 電控畫面。
在該畫面中通過編程實現動態模擬顯示整個360m2燒結機系統的工藝流程。在畫面上, 操作人員不但可以監控到整個360m2燒結機系統各設備的運行情況, 還可以按照生產需要選取不同的料線生產。當設備出現故障時, 還可以彈出報警畫面, 引起操作人員的注意。
(2) 儀控畫面。
該畫面顯示了整個360m2燒結機系統的工藝參數, 包括:配料配比畫面, 供操作人員進行設定配比參數;歷史趨勢, 供操作人員瀏覽。
2 自抗擾控制技術
自抗擾控制結構包括跟蹤微分器 (TD) 、擴張狀態觀測器 (ESO) 和非線性反饋, 如圖5所示。
圖5 自抗擾控制結構 下載原圖
自抗擾控制是非線性PID控制技術的新發展, 它把系統的模型攝動作用當作內擾, 將其和系統的外擾一起作為系統總的擾動加以補償, 它不需要被控對象和擾動的精確數學模型, 對復雜的非線性不確定對象有很強的控制能力。
采用自抗擾控制的系統仿真和實驗結果如圖6所示, 可見自抗擾算法可以控制大時滯調節裝置, 具有無超調、穩態精度高等優點。
圖6 實驗結果 下載原圖
3 結語
該系統目前運行狀況良好, 控制及時, 控制精度高, 不僅提高了燒結的自動化水平, 減少了維修工、操作工的勞動強度, 而且降低了返礦率。