0 引言

随着烧结厂配料系统自动化程度的逐步提高, 工业对配料的要求也越来越严格, 如果配料系统异常, 会造成烧结矿矾矿率增加结矿率低, 同时导致烧结矿消耗燃料上升、烧结矿应有成分波动较大、过烧氧化等问题。因此, 完善烧结配料系统对提高工厂的技术经济指标至关重要。

配料系统主要功能是将煤粉、精矿、生石灰、镁粉和一定数量的返矿和除尘灰等不同的原料品种按照一定的比例均衡地混配在一起, 形成一种成分均一的物料。该系统包括11台自动给料系统, 1#~5#采用小皮带机拖料方式直接从旋转的圆盘拖动给料, 通过调整电子皮带秤的转速和圆盘的转速来控制给料量;6#、7#, 可调速的卸灰阀上面连接生石灰物料仓, 下面连接智能电子螺旋秤, 通过调整卸灰阀的实际转速来控制生石灰的料量大小;8#~10#通过圆盘给料机由下面的电子皮带秤缓缓拖料来完成返矿的配料过程。为了防止造成污染和产生巨大灰尘, 两仓均采用全密封结构。

特别安装了11#电子计量皮带秤, 准确可靠地将配料的瞬时总料量传送到主控室以供操作人员方便使用。

1 系统组成

自动配料系统主要由南京三埃电子皮带秤、智能电子螺旋秤、Modicon TSX Premium称重模块、高速计数模块Modicon TSX CTY41、Quantum PLC、施耐德变频器、系统软件CONCEPT2.6、组态软件IFIX3.5以及上位机等组成。配料室控制模式及控制思想分别如图1和图2所示。

图1 360烧结机自动配料系统控制模式   下载原图

图2 360烧结机自动配料系统控制思想   下载原图

1.1 智能电子皮带秤

该机是一种具有电子称重装置的单机式计量输送皮带机, 主要由主动从动滚筒、环形胶带、摆线针轮减速机、物料挡板、称重传感器等组成。电子皮带秤的信号输入到Modicon TSX Premium称重模块, 经过编程实现自动调零、调间隔、挂码标定、静态标定、电流输出及通信功能。电子皮带秤机械上设有跑偏装置, 确保皮带机长期运行在良好状态。支点采用无运动摩擦橡胶耳轴支撑, 线性度好, 寿命长, 防水防尘防腐性强, 环境适应性强。传感器采用双层充氮密封, 稳定性好, 不易损坏。

皮带传送机及其有效称量段如图3所示。如果皮带以速度v0传送物料, 在给定的皮带位置x0上任意时间t的流量q (x0, t) 可以表示为:

式中, w (x0, t) 为皮带单位长度的负荷;v0 (t) 为皮带速度。

则通过位置x0的累计重量:

图3 皮带传送机及其有效称量段   下载原图

1.2 自动配料系统的传递函数

自动配料系统如图4所示, 控制对象为输送给料机, 操作部分为圆盘给料机, 测量部分为有效称量段, 调节部分采用比例积分控制器 (PI) 。

设输入er (t) 和干扰d (t) 的拉普拉斯变换分别用Er (S) 和D (S) 表示, 则得响应Q (t) :

图4 自动配料系统   下载原图

1.3 ISP集成称重模块

目前, 在控制系统中, 称量部分都采用了莫迪康的称重模块, 此模块直接集成在Modicon PLC系统中或者配置在网络中。电信号由现场3个称重传感器 (每个电子秤3个压式荷重传感器并联, 安装在平面三角形的三个角) 经信号平衡接线盒直接传给称重模块, 再经称重模块运算后变为重量值, 通过PLC背板总线直接传送给中央处理器CPU模块, 这样就减少了数据传递的中间环节, 增强了抗干扰能力。称重系统模块通常分为两类:静载模块和动载模块。静载模块主要适用于侧向力较小的静载荷称重场合, 可以非常方便地安装在各种形状的容器上。动载模块主要适用于承受水平作用力的机械装置如螺旋运输机、传送带等, 还可用于机械平台秤的改造。加料方式决定模块的种类, 当物料是以垂直方式用输送机或泵向斗、罐、釜和槽罐内送入时, 应选用静载模块;当以水平方式把物料输送到秤台或容器内时, 因产生水平冲击力, 应选用动载模块, 如辊道秤、汽车衡或轨道衡机械秤改电子秤时应选用动载模块。

模块根据材质分不锈钢材料和碳钢材质。在选择模块时应考虑其所处的环境及容器所装物料的性质, 如果称重模块长期暴露在潮湿或有腐蚀性物质接触的环境中, 应选用全不锈钢模块。对于已安装支撑脚的罐, 可以根据支撑脚的数量来确定称重模块的数量。如果是新安装的容器, 若为垂直放置的圆柱形容器, 用三点支撑比较稳定;考虑风力、晃动、震动等影响, 以采用四点支撑为宜;水平放置的容器以四点支撑为宜。在多只模块的系统中, 总的载荷应尽可能平均地作用到每只模块上。

一个回路的称重模块包括:专用称重模块ISX ISP Y100;称重显示单元TSX XBT H100;过程控制程序、接线盒等。ISX ISP Y100主要特点:

(1) 测量输入通常连接一个或多个荷重传感器, 荷重传感器提供一个与可测量物料成正比的毫伏信号, 最多可接8个荷重传感器, 此称重模块每秒采集数据50次。

(2) 带有两路高速离散输出, 当门槛电压达到一定值时, 会触发连续的响应时间及时间操作。

(3) 一个可密封的数字连接, 通常在外部显示单元显示瞬时流量。

(4) 可通过插槽安装到PLC底板上, 可带电插拔。

1.4 软件配置

上位监控软件采用IFIX 3.5。通过IFIX 3.5软件设计标准的人机界面, 包括:

(1) 电控画面。

在该画面中通过编程实现动态模拟显示整个360m2烧结机系统的工艺流程。在画面上, 操作人员不但可以监控到整个360m2烧结机系统各设备的运行情况, 还可以按照生产需要选取不同的料线生产。当设备出现故障时, 还可以弹出报警画面, 引起操作人员的注意。

(2) 仪控画面。

该画面显示了整个360m2烧结机系统的工艺参数, 包括:配料配比画面, 供操作人员进行设定配比参数;历史趋势, 供操作人员浏览。

2 自抗扰控制技术

自抗扰控制结构包括跟踪微分器 (TD) 、扩张状态观测器 (ESO) 和非线性反馈, 如图5所示。

图5 自抗扰控制结构   下载原图

自抗扰控制是非线性PID控制技术的新发展, 它把系统的模型摄动作用当作内扰, 将其和系统的外扰一起作为系统总的扰动加以补偿, 它不需要被控对象和扰动的精确数学模型, 对复杂的非线性不确定对象有很强的控制能力。

采用自抗扰控制的系统仿真和实验结果如图6所示, 可见自抗扰算法可以控制大时滞调节装置, 具有无超调、稳态精度高等优点。

图6 实验结果   下载原图

3 结语

该系统目前运行状况良好, 控制及时, 控制精度高, 不仅提高了烧结的自动化水平, 减少了维修工、操作工的劳动强度, 而且降低了返矿率。