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編者按：燒結配料作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎工序，其自動(dòng)化的作用日益突現。盡管大多數燒結廠(chǎng)都很重視，也投資了自動(dòng)配料，有的甚至改造過(guò)不止一次，耗費了大量資金。但能可靠運行，性能投資比高的則為數極少。萊蕪鋼鐵廠(chǎng)針對工廠(chǎng)配料工藝要求，采用基于現場(chǎng)儀表通信的集散控制系統，經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)踐，實(shí)現了運行可靠、性能投資比高的目標，為燒結廠(chǎng)配料自動(dòng)調節系統的改造設計積累了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：現場(chǎng)通信 集散控制 燒結配料 HART 人工智能調節器

1、萊鋼1#燒結機配料工藝設備概況

燒結配料工序是將生產(chǎn)燒結礦所需的混勻鐵礦粉、燃料（焦粉）、溶劑（石灰石、白云石、生石灰）及冷、熱返礦，按照高爐冶煉要求及各種料的化學(xué)成分進(jìn)行配料計算，確定各種料的配料比例，通過(guò)重量檢測及控制給料設備，實(shí)現配料。萊鋼燒結機配料室共17個(gè)使用的料倉，詳情見(jiàn)下表：

2、設計方案的特點(diǎn)

針對傳統燒結配料自動(dòng)控制系統存在的問(wèn)題，深入分析現場(chǎng)工藝及管理狀況，結合新的測控實(shí)用先進(jìn)技術(shù)，設計方案特點(diǎn)如下：

2.1 系統采用基于現場(chǎng)儀表通訊的集散控制方式
   本設計將皮帶秤、沖板流量計、雷達物位計、人工智能調節器等通過(guò)具備現場(chǎng)通信功能的宇電智能儀表與上位機通訊連接，組成基于現場(chǎng)通訊的集散控制系統。
該現場(chǎng)儀表通訊采用的是基于主從協(xié)議原理的HART通信協(xié)議。其特點(diǎn)為通訊只有讀寫(xiě)兩條指令，上位機軟件編寫(xiě)容易，并可用PC機作上位機，應用其軟件資源豐富，發(fā)展極快的優(yōu)勢。與模擬傳輸相比，具有易于調試維護和更高精度的優(yōu)點(diǎn)。
   該系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）可靠性高。
    采用光電隔離技術(shù)將通訊接口與儀表其他部分線(xiàn)路隔離。當通訊接口或線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，皮帶秤、調節器仍能正常工作。由于采用低電平數字信號且相位連續平均值為零，抗干擾能力強。接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護方便，數據傳輸準確。單機間檢測控制設備之間故障不蔓延，上下位機之間故障不擴散，故障對整個(gè)系統的影響減小，大大提高系統的可靠性。手、自動(dòng)轉換方式靈活多樣。既可在上位機，也可在基本調節器，還可在變頻器及操作箱上轉換，解決了故障時(shí)應急慢的問(wèn)題。
（2）上位機數據處理能力強，監控程序功能更豐富。

   由于以通訊方式采集數據，同時(shí)單機的部分統計數據由下位機完成，使得上位機主要進(jìn)行系統數據的處理，可騰出更多的時(shí)間和內存處理功能更豐富的應用程序。
（3）投資省。
    上位機不用模擬量輸入輸出模塊及相應盤(pán)柜，也免去了熱備上位機。同時(shí)，增加單機時(shí)無(wú)須再添公共部分硬件，節省系統擴充費。另外，節省信號電纜及安裝調試費。還對使用和維護人員素質(zhì)要求低，節省培訓費。

2.2 硬件設備先進(jìn)實(shí)用，維護工作量小
（1） 針對一般皮帶秤維護工作量大，抗干擾能力差的問(wèn)題，選用秤架免維護、稱(chēng)重毫伏信號現場(chǎng)數字化和變?yōu)?-20mA信號的皮帶秤。
（2） 選用先進(jìn)實(shí)用沖板秤檢測白灰、熱返礦流量
   白灰、熱返礦流量的連續檢測是燒結配料的一大難題。 過(guò)去，一般用螺旋秤檢測白灰，兩臺皮帶秤或核子秤檢測一個(gè)熱返礦下料點(diǎn)，均工作不穩定、維護工作量大、精度低、投資高。本設計選用先進(jìn)實(shí)用的沖板秤檢測。其差動(dòng)放大器用高精度稱(chēng)重傳感器代替，既提高了穩定性及檢測精度，又降低了維修工作量和技術(shù)要求。同時(shí)，使用陶瓷耐磨沖板，解決了鋼沖板壽命短的問(wèn)題。另外，其流量信號用皮帶秤稱(chēng)重模塊處理，解決了與上位機匹配問(wèn)題。
（3） 基本控制器選用先進(jìn)的人工智能調節器
   能否實(shí)現高精度自動(dòng)調節，正確選擇調節器是關(guān)鍵。本設計選用廈門(mén)宇電AI-808型具備現場(chǎng)通訊功能采用模糊規則進(jìn)行PID調節的人工智能調節器。與一般調節器相比，它能在降低超調的同時(shí)又提高響應速度。在誤差大時(shí)，運用模糊算法進(jìn)行調節，以徹底消除PID飽和積分現象；當誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節。具備自動(dòng)學(xué)習系統特性及給定值和測量值的改變分別處理的功能。具有多種設定方式，既可直接在其面板按鍵上手動(dòng)數字設定，還可在其外給定端子上模擬量設定。為防止異常超調，還具有控制量上、下限預設定功能 。同時(shí)調試簡(jiǎn)單，對正常生產(chǎn)影響小。結構型式為熱拔插式，更換方便快捷。
（4）選用先進(jìn)的雷達物位計檢測白灰、熱返礦倉料位
   白灰、熱返礦倉料位傳統檢測方式為稱(chēng)重式、重錘式、手工探尺，均維護難及維修工作量大、不可靠。我們選用準確、可靠、免維護的雷達物位計檢測。

2.3 應用程序功能新穎、實(shí)用、豐富
   應用程序采用可視化性能良好的VB6.0編寫(xiě)。與一般配料監控程序相比，本系統監控程序功能更新穎、實(shí)用、豐富，且人機對話(huà)能力強，突出表現為：
（1）報警方式采用超差反時(shí)限語(yǔ)音報警
   傳統報警大多為瞬時(shí)量或長(cháng)期連續累積量聲光報警。由于給料方式的限制(下料不均) 瞬時(shí)量報警要么頻繁誤報警(來(lái)不及處理就恢復了)；要么超差不報警(偏差大)而漏報警。連續累積量報警，也因累積時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(cháng)而誤報及漏報。同時(shí)，確認報警對象時(shí)還要與顯示器畫(huà)面配合。我們采用超差反時(shí)限報警。即以一定累積量（誤差）及時(shí)間間隔（短處理時(shí)間）為報警條件，瞬時(shí)量誤差連續累積并以通訊方式傳至上位機，其累積量在單位時(shí)間內越大，則報警時(shí)限越短，反之，報警時(shí)限越長(cháng)。同時(shí)，瞬時(shí)量偏差過(guò)大時(shí)直接報警。這樣既不誤報也不漏報。另外，采用語(yǔ)音廣播系統，自動(dòng)直接報出報警對象并提示原因和處理措施。既縮短了報警確認及處理時(shí)間，也不需要操作人員盯著(zhù)畫(huà)面，減輕了其疲勞程度。
（2）解決了料批控制難題
   傳統模擬集中控制系統要實(shí)現變料料批控制，上位機與調節器之間為模擬量設定，硬件結構復雜。我們采用在上位機預設定變料值后，以現場(chǎng)通訊方式改變調節器設定值，按料頭料尾對齊的原則自動(dòng)發(fā)送，變料時(shí)間短，時(shí)間僅90秒（僅由混合料皮帶機速度及料倉間距決定），調節器不超調，減少了因變料波動(dòng)帶來(lái)的惡性變料及生產(chǎn)不穩問(wèn)題。在緩料停機時(shí)也不需與電氣聯(lián)鎖。
（3）宇電AI-808真正實(shí)現手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換
   傳統手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換是指切換瞬間手﹑自動(dòng)瞬時(shí)輸出值相等。而在配料自動(dòng)調節中，手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換要求的是切換前后控制量或被控量平均值相等，這就必須先計算切換前控制量或被控量平均值，然后再切換，才能達到對工藝的影響小，真正實(shí)現手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。顯然，傳統意義上的瞬時(shí)量手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換不適用于此。因此，我們利用現場(chǎng)通訊在手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，先在上位機跟蹤計算出當時(shí)每分鐘被控量平均值；將此值作為自動(dòng)初始時(shí)的給定值；在自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí)，先在上位機跟蹤計算出當時(shí)每分鐘控制量平均值，將此值作為手動(dòng)初始時(shí)的控制值。再將它們設定到人工智能調節器上，進(jìn)行平均值的手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換。實(shí)現了一次轉換成功，解決了以往手﹑自動(dòng)切換時(shí)，須進(jìn)行多次修改控制量或設定值，仍很難達到切換要求值，造成生產(chǎn)波動(dòng)及延長(cháng)達到穩定時(shí)間的問(wèn)題。
2.3.4 自動(dòng)修正各秤校零、校秤后對應調節器的原設定值
   根據校零、校秤前后零點(diǎn)變化量及精確度變化，自動(dòng)計算出與原設定值對應的新設定值，確保新設定值與原設定值實(shí)物量相等，避免了因校零、校秤帶來(lái)的附加誤差，保持了生產(chǎn)的連續性。而一般配料系統無(wú)此功能。
2.3.5 實(shí)現了超差、換倉、斷、變、緩料自動(dòng)記錄及按時(shí)間查詢(xún)，解決了配料工序實(shí)時(shí)監督工藝紀律的難題。
   當發(fā)生以上報警時(shí)，顯示器自動(dòng)彈出具有報警對象、報警原因、處理方法、值班人等內容的對話(huà)框，值班人逐項進(jìn)行確認。明確了責任，強化了操作人員的自律意識，為正確分析波動(dòng)原因打下了基礎，有利于工藝技術(shù)水平穩定提高。
2.3.6 歷史趨勢圖縱坐標分兩個(gè)比例段，確保了大小流量在同一畫(huà)面均清晰分辨瞬時(shí)量變化趨勢。
2.3.7 在上位機顯示器集中查看、修改各秤參數，校秤方便。
2.3.8 料倉料位虛擬指示初始料量減下料量為剩余量，無(wú)須料位計也可較準確指示料位。
2.3.9 以數據打包方式無(wú)誤差遠傳配料信息，并可異地查詢(xún)，實(shí)現了配料信息共享，提高了工藝管理水平。
2.3.10 配比設置靈活多樣。既可按工藝配料計算公式，輸入有關(guān)成份及總量后，自動(dòng)計算設定量，也可手工計算后逐個(gè)輸入設定值；既可在上位機上按料批控制要求統一預設定，也可在各基本調節器上分別設定。
2.3.11 單機歷史統計數據存放在其相應模塊中，節省上位機時(shí)間及內存，系統擴充余地增大。
2.3.12 計量單位可在t/h及kg/m之間點(diǎn)擊互換，方便現場(chǎng)驗證。
2.3.13 顯示畫(huà)面設有幫助菜單, 方便操作及維修人員學(xué)習掌握。

3、效果     經(jīng)兩年來(lái)的運行實(shí)踐表明，系統工作穩定可靠，減輕了操作及維修人員的勞動(dòng)強度。由于自動(dòng)檢測調節，大大減少了人工跑盤(pán)稱(chēng)料，可以騰出更多的時(shí)間巡檢，及時(shí)發(fā)現處理隱患，進(jìn)而減少了突發(fā)性事故及其處理工作量。同時(shí)，報警準確及時(shí)，也減少了干擾和處理故障的工作量。特別是變料及手、自動(dòng)轉換一次到位，既增強了控制實(shí)時(shí)性，提高了控制精確度，又減輕了反復稱(chēng)料的勞動(dòng)強度。人機界面直觀(guān)，功能操作簡(jiǎn)單，還設有幫助菜單，方便易學(xué)。監控程序人機對話(huà)能力強，方便工藝管理，提高了操作人員的責任心，減少了異常波動(dòng)，促進(jìn)了生產(chǎn)指標的提升。
   該系統實(shí)現了在圓盤(pán)給料方式下，控制穩定性連續可調及每分鐘累積量控制精確度為±1.5%。滿(mǎn)足了變、緩料，手、自動(dòng)切換，校秤前后平穩過(guò)渡及配料信息準確及時(shí)遠傳的工藝要求。應用程序功能集測、控、管于一體，達到了性能投資比高的目標。

4、存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

4.1通信速度慢。進(jìn)一步完善下位機功能，使上位機所取數據盡可能在下位機已統計好并存放在指定存儲單元。同時(shí)，采用數據壓縮技術(shù)，減少數據傳輸量經(jīng)縮短通信時(shí)間。另外，提高通信波特率。
4.2 給料設備下料不均勻。進(jìn)一步改給料方式，將圓盤(pán)給料全部改為寬皮帶拖料。
4.3 實(shí)物校驗困難。在皮帶機落料點(diǎn)處增設移動(dòng)料斗秤，隨時(shí)實(shí)物校秤。
4.4 儀控與電控分離。將儀控與電控結合，采用AI-301M型開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊，實(shí)現系統全自動(dòng)及配料信息入生產(chǎn)管理信息網(wǎng)。