中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計

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摘要:當前燒結(jié)機與高爐之間設(shè)置了中間倉，作為高爐燒結(jié)礦的緩沖倉，崗位工人在現(xiàn)場通過目測觀察中間倉的料位，根據(jù)料位手動控制前進后退來控制小車的位置，實現(xiàn)定位下料。崗位工人工作環(huán)境差，勞動強度大，效率低，危險性高。為此安裝雷達料位儀和小車位置檢測設(shè)備，對現(xiàn)有的計算機控制系統(tǒng)進行改造，根據(jù)各個倉的料位智能判斷下料順序，實現(xiàn)無人值守。

關(guān)鍵詞:燒結(jié)機;中間倉;計算機控制系統(tǒng);位置檢測;料位檢測

酒泉鋼鐵集團宏興股份有限公司4#燒結(jié)機生產(chǎn)出的成品燒結(jié)礦經(jīng)過整粒運輸，送到中間倉，經(jīng)過中間倉緩存后再送到高爐，所以燒結(jié)中間倉儲是一個不可或缺的中間環(huán)節(jié)，4#燒結(jié)中間倉給7#高爐儲備成品燒結(jié)礦，共有3個倉，每班配崗位工一個。成3膠帶機及成3小車是將燒結(jié)機生產(chǎn)出來的成品燒結(jié)礦輸送到3個中間倉。裝料設(shè)備主要由在軌道上移動的小車及小車上的膠帶機組成，小車在軌道上可以前進、后退，膠帶機可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運行。當前是通過人工手動控制小車前進、后退、膠帶機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別給3個倉下料。由于設(shè)計施工時限于技術(shù)和資金等原因，至今中間倉裝料依然是人工手動控制裝料，未實現(xiàn)自動定位控制?，F(xiàn)場崗位工提燈觀察每個倉的料位情況，人工手動控制小車前進后退給各倉下料。在中間倉上粉塵較大，崗位工必須時時刻刻觀察料位情況，防止料空或料滿堆料。崗位勞動強度較大，工作環(huán)境差，易患矽肺職業(yè)病，甚至可能發(fā)生機械傷害。在當前國家倡導(dǎo)的綠色化、信息化、智能化的思想引導(dǎo)下，提高生產(chǎn)自動化水平，減少工人的勞動強度，實現(xiàn)無人值守的中間倉裝料勢在必行。

1實現(xiàn)中間倉裝料自動控制的條件

首先是要求解決下料小車的定位的問題，只有解決小車的位置檢測，才能判定小車是否前進或后退，這是達到智能控制的前提。料倉料位的檢測將料倉的料位信號送到計算機控制系統(tǒng)，對該倉的料位分析、判斷是否應(yīng)該繼續(xù)下料或換倉下料，實現(xiàn)料空、料將滿報警提示、料滿自動停機的自動控制功能的前提判斷條件。

1.1位置檢測設(shè)備的選擇

位置檢測經(jīng)典的方法是利用限位信號進行檢測，近來大量地采用編碼器實現(xiàn)位置檢測，將編碼器安裝在電機軸上，電機軸的旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)脈沖信號送到PLC高速計數(shù)器模塊上，計算出小車的位置，但是對安裝要求較高。同時，當電機打滑時將無法準確定位小車的位置，PLC+編碼器的定位系統(tǒng)并不是真正的實際位置，而是通過計算機計算出的間接位置。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)當前普遍使用的編碼電纜能很好地解決小車定位的問題。編碼電纜位置檢測技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，其特點是：①無接觸工作方式：編碼電纜位移傳感器是通過安裝在移動站的天線箱和敷設(shè)在移動機車軌道旁的編碼電纜進行電磁耦合來傳遞信息的，無直接接觸磨損；②位置檢測準確連續(xù)：檢測精度達1mm，能滿足移動小車精確定位的要求；③抗干擾能力強可靠性高：由于編碼電纜不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的影響，能夠在粉塵高地惡劣環(huán)境條件中長期可靠地工作；④適應(yīng)性強：能安裝在各種嚴酷的環(huán)境中。綜合以上特點選用編碼電纜作為定位檢測的設(shè)備。

1.2中間倉料位檢測

料位檢測有兩種檢測方式，用稱重檢測作為倉里的料量檢測是最好的檢測方式，但是不能應(yīng)用在固定倉上，尤其是大型的水泥倉體。另外一種是選用雷達料位計，其特點為：①測量連續(xù)準確，雷達料位計的優(yōu)勢就是能夠連續(xù)續(xù)準確地進行測量，能夠在各種環(huán)境中精確、快速地測量不同的介質(zhì)，并且不受環(huán)境因素的影響，保證了測量的持續(xù)性和準確性；②抑制干擾波，具有抑制回波干擾的能力，可以在內(nèi)部對這些干擾的回波進行不同程度的抵御和抑制；③操作簡單方便，維護也十分簡單，使用者根據(jù)代碼的提示進行障礙分析排除，最終確定故障，并解決，保證儀表的正常運作；④適用范圍廣，安裝維護簡單。

2中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)設(shè)計原則及要求

1）機旁手動控制模式：保留現(xiàn)場機旁操作，當自動定位系統(tǒng)故障或者其他電氣故障無法實現(xiàn)遠程自動控制時轉(zhuǎn)入現(xiàn)場控制，或在設(shè)備檢修期間單體試車時使用。此時設(shè)備連鎖狀態(tài)解除，可任意啟動相應(yīng)設(shè)備，控制權(quán)限設(shè)置在現(xiàn)場機旁操作箱上；

2）遠程手動控制模式（軟手動）：將機旁箱的手自動轉(zhuǎn)換為自動，中控室崗位工可采用計算機上位畫面手動控制小車的前進、后退，膠帶機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，能遠程手動控制小車，能準確地將物料卸在指定的倉內(nèi)，控制權(quán)限在上位機操作員；

3）實現(xiàn)與原膠帶機系統(tǒng)的通訊，實現(xiàn)與膠帶機系統(tǒng)聯(lián)鎖控制功能，能根據(jù)每個倉的料位高低，自行判斷向優(yōu)先級高的倉裝料，在確保中間倉不斷料的情況下，最長時間地向中間倉裝料，減少倒倉次數(shù)，減少機械磨損，提高裝倉效率，其全部的控制權(quán)限在計算機控制系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)設(shè)計和要實現(xiàn)的最終的目標。上位機操作站具備槽上卸料車動畫顯示、工藝流程監(jiān)視、料位顯示、小車實時位置、手動操作畫面、記錄報表畫面、通信監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置等，能準確反映現(xiàn)場各設(shè)備實時運行狀態(tài)，長時間調(diào)閱崗位操作記錄報表及報警記錄報表等信息；最終實現(xiàn)智能化無人值守。皮帶卸料小車的自動要能達到全自動控制、半自動控制（計算機上人工操作）、機旁手動控制。當某個倉缺料時，根據(jù)中間倉的料位或操作員在中控室的計算機上發(fā)出的指令卸料小車自動定位到該倉下料口，當料倉的料接近滿倉時報警提示中控室崗位注意減料或準備停機，當所有倉的料位均達到倉滿時，立即實現(xiàn)停止裝料，停燒結(jié)機運行。

2.2自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計思路

生產(chǎn)工藝及程序設(shè)計流程如圖1所示：中間倉是為高爐煉鐵儲備燒結(jié)礦的，首先不能斷料，持續(xù)保證每個倉供料充足；第二是倒轉(zhuǎn)次數(shù)盡可能少，過多的倒倉對設(shè)備的磨損影響較大，增加設(shè)備的維護費用和故障時間，影響設(shè)備的使用壽命；第三要求能夠繼續(xù)保留原有的手動倒轉(zhuǎn)的功能，當自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時仍然能切換到人工手動控制，繼續(xù)人工操作，同時增加計算機畫面手動控制，當出現(xiàn)異常情況時立即切換到計算機控制畫面上手動控制小車的位置及膠帶機的啟停、正反轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)控制；第四增設(shè)必要的報警及歷史趨勢，以及手自動、事故開關(guān)、料倉高限位、料倉低限位等連鎖，提示報警或停機等故障信息，提醒崗位工關(guān)注異常的信號并及時處理。中間倉設(shè)置兩套料位數(shù)據(jù)采集裝置。根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)研：1#倉下料：成3膠帶機反轉(zhuǎn)；2#倉下料：成3膠帶機反轉(zhuǎn)；3#倉下料：成3膠帶機正轉(zhuǎn)。根據(jù)觀察1#倉、3#倉下料，小車不動，位置數(shù)據(jù)是9660，3#倉下料：成3膠帶機正轉(zhuǎn)，1#倉下料：成3膠帶機反轉(zhuǎn)。2#倉下料：成3膠帶機反轉(zhuǎn)，小車位置是12040。通過對人工下料過程的分析，以每個中間倉兩個料位中一個料位作為基準料位，實現(xiàn)料位分析判斷。第二小車實時定位檢測信息的采集，根據(jù)編碼電纜送過來小車位置信息，控制小車前進、后退及停止，實現(xiàn)判斷最低倉下料。對每一個中間倉的料位設(shè)置四個限位即最低限位、低限位、高限位、最高限位，可以根據(jù)需要手動修正報警參數(shù)，當中間倉料位最低時，馬上會斷料，需緊急給該中間倉下料；當料位達到高限位時，表示該倉已滿，即滿倉，需要立即停止給該中間倉裝料，倒倉給另外一個倉在三個中間倉最低的料倉下料；當中間倉料位到達最高限位時，表示需要停機，否則會爆倉導(dǎo)致事故。當兩個倉同時抵近最低限位時，哪個倉最先達到最低限位先給哪個倉下料，持續(xù)下料一段時間（如設(shè)定一分鐘）后再給另一個最低限位倉下料，防止來回頻繁倒轉(zhuǎn)下料。直到兩個倉料量離開低限位后，先給一個倉下料到滿倉后再給另個倉下料直到滿倉。設(shè)置每個倉的選擇信號，當該中間倉檢修時可以選擇系統(tǒng)連鎖控制切除，檢修完畢后可以選擇該中間倉投入到系統(tǒng)連鎖控制。當皮帶出現(xiàn)跑偏或撕裂、打滑時，料位始終不能上升時，根據(jù)料量計算料滿的時間，周期性檢測正在下料的倉料量持續(xù)不升反降，或當前料量應(yīng)該大于下料前的值，否則視為跑偏撒料或不正常下料，立即在計算機系統(tǒng)監(jiān)控畫面上報警提示或語音報警，提示崗位人員注意。

2.3自動控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)

1）編寫最小限位料倉查詢子程序，主要功能是針對3個中間倉實時循環(huán)查找哪個倉的料量降到最低限位的料倉，一旦發(fā)現(xiàn)有最低限料倉時，立即發(fā)出向該倉下料的倒倉指令，如果該倉通過下料退出最低倉限位時，有檢測到有一個中間倉的料量達到最低限位倉時，延續(xù)1分鐘，轉(zhuǎn)向下一個最低限位倉下料的指令，該指令優(yōu)先級最高。

2）編寫最低料位倉查詢子程序，主要功能是通過3個倉的料數(shù)據(jù)實時比較，查詢最低料位倉，最低料位不是最低限位料倉，并不會立即斷料，一般料量高于最低限位料量，任何時刻總會有最低位倉，并作出標記，等待正在下料地倉結(jié)束后給該倉下料，如果某一個倉檢修，則選掉該倉，不參與查詢比較，其他倉繼續(xù)比較查詢最低料位倉。

3）編寫料位高觸發(fā)停止下料倒倉子程序，主要的功能是檢測正在下料的倉的料位情況，當正在下料地倉的料量大于設(shè)定值時立即發(fā)出指令停止下料，轉(zhuǎn)到下一個最低料位的倉。同時也要兼顧手動切換自動時，檢測料量是否高于設(shè)定值，是否需要停止下料轉(zhuǎn)到下一個最低倉下料。

4）倒轉(zhuǎn)指令控制子程序，收集以上三個程序的指令分析判斷，哪幾個皮帶需要倒轉(zhuǎn)，那幾個皮帶需要停止，通過組合發(fā)出正轉(zhuǎn)啟動、反轉(zhuǎn)啟動的指令，確保配倉皮帶按順序啟動，向指定的料倉下料。5）監(jiān)控畫面設(shè)計，在原有的畫面上設(shè)計3個中間倉的選擇按鈕，程序主要控制流程圖如圖2所示：

2.4控制系統(tǒng)主要硬件配置

位置檢測信號主要有游尺指針、刻度生成儀、刻度標尺（編碼電纜）、刻度分析儀、網(wǎng)關(guān)。如圖3所示：PLC控制系統(tǒng)硬件是美國羅克韋爾公司ControlLogix5000系列產(chǎn)品，硬件配置有1756-PA75、1756-L73、1756-EN2T、1756-IB32等。下位軟件用與硬件相匹配的Rslogix5000v16.03，上位軟件是FactoryTalkViewSE6.0，通訊軟件為Rslinx2.56。

3燒結(jié)中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)實現(xiàn)及完善

系統(tǒng)改造投入使用，首先將成3膠帶機、成3小車設(shè)置遠程控制，進行計算機手動測試，確認計算機手動設(shè)備運行正常后。再試驗全自動測試，試驗成功，交付崗位工試運行。使用一段時間后發(fā)現(xiàn)常有自動定位不準，不能準確地將小車定位到所要的下料口位置，總有些偏差，經(jīng)過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)小車軌道不平，小車速度有些快，因為小車的慣性，小車停穩(wěn)后已經(jīng)過了下料口。針對小車定位困難的問題，對系統(tǒng)作了以下調(diào)整，首先確定偏移量，料口位置數(shù)據(jù)=實際下料口位置±偏移量，確定小車提前停機，等停穩(wěn)后正好在下料口的位置。適當加大下料口，最后增加手動定位和自動位置校正程序，當首次自動定位失敗后，系統(tǒng)保留3次自動定位的機會，自動實現(xiàn)小車的前進或后退，直到小車停到預(yù)定的下料口的位置。3次自動定位過后則報警提示，自動定位失敗，需人工干預(yù)檢查現(xiàn)場是否有其他問題。安全報警、安全聯(lián)鎖及其他意外情況等關(guān)于安全的方面需要更加考慮，增加倉滿報警響鈴，并鎖定程序不再給該倉打料，直到該倉的料下降到該倉料位的80%時，自動解鎖該倉的鎖定程序，防止倉滿溢出大量的燒結(jié)礦的情況出現(xiàn)，增加小車軌道終端控制程序，防止小車意外撞出軌道脫軌。

4結(jié)束語

燒結(jié)中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)完成后，通過不斷的實際驗證，能夠完全替代人工崗位監(jiān)守，實現(xiàn)現(xiàn)場崗位的無人值守功能，該系統(tǒng)與燒結(jié)機主控制系統(tǒng)相銜接，與現(xiàn)有的控制工藝形成一個整體。當前成熟的崗位工缺乏，減下來的崗位工可以填補其他的空缺，或做一些其他的環(huán)境好、比較輕松安全的工作，極大地提高了燒結(jié)廠的工作效率。

參考文獻

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［3］姜濤.燒結(jié)球團生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2014：551-555

作者:朱忠旺 單位:酒鋼（集團）宏興鋼鐵股份有限公司