隨著高爐的操作管理要求精細化,高爐冶煉對入爐原、燃料提出了較高的要求,這不僅僅是在種類、質量上,也體現(xiàn)在入爐原、燃料的數(shù)量上,高爐槽下稱量自動控制系統(tǒng)作為上料系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),其稱量過程的自動控制和稱量的準確度越來越受到重視。稱量上的不準確會直接造成爐料配比的誤差及成分控制上的偏差。日積月累的頻繁稱量,其積累起來的誤差非??捎^,直接影響到對爐況的控制和冶煉成本,所以,應用控制系統(tǒng)對稱量過程進行閉環(huán)控制,通過軟件實現(xiàn)稱量參數(shù)自動修正和稱量誤差補償是十分有意義的。本文所介紹的控制算法就是具有這種自動補償功能,已在宣鋼9#高爐槽下得到了具體的應用。
1 9#高爐槽下設備及工藝流程
9#高爐槽下供料系統(tǒng)主要由6個燒結礦槽、2個球團,2個雜礦槽,4個焦炭槽,及相對應的給料機、振動篩、稱量斗、供料皮帶、燒結及球團返礦倉、碎焦、碎礦分級及焦丁回收系統(tǒng)組成,其它附屬設備有通風除塵設施、液壓站及潤滑系統(tǒng)等。高爐礦、焦槽單列布置,礦石和焦炭在槽下分散篩分,分散稱量,不設中間稱量斗,落入同一條供料皮帶再經主皮帶轉運至爐頂。
各設備工作流程如下:
1)各料倉中的原料(焦炭或礦石)由料倉上面的原料移動皮帶小車裝入。
2)各料倉下方設有給料機和振動篩,倉內原料根據需要從料倉下方經給料機和振動篩裝入相對應的各稱量斗中。
3)給料設備工作時,將原料裝入相對應的各稱量斗中連續(xù)稱量,當稱量值達到停篩值時,給料機停止工作,延時停振動篩,而剩下的量通過振動篩上的沖量找齊。(沖量的大小可在畫面中做設定)
4)稱量斗備好料后處于待命狀態(tài)。當高爐上料時,由爐頂發(fā)出要料信號,打開相應的稱量斗閘門將原料經供料皮帶和主皮帶運往爐頂,裝入高爐內冶煉。
5)稱量斗的重量小于料空值后, (料空值可在畫面中做設定),發(fā)出料空信號,延時關閉稱量斗的閘門,然后啟動振動篩和給料機往稱量斗中下料。
6)上述設備工作過程是循環(huán)往復地進行的。
2 稱量自動補償控制算法
2.1 稱量補償算法設計思想
根據前述槽下供料設備工藝流程,每個稱量斗在每次稱量過程中,由于原料的粒度、粘度不同及給料機械沖擊慣量的影響,均會產生稱量誤差,其稱量誤差若不進行補償,誤差將越積累越多,直接影響到對高爐的操作精度,因此必須對誤差加以抑制。其抑制的手段一是根據每次稱量產生的誤差值調整下次稱量的振動篩沖量, 使設定沖量盡量接近實際的沖量,減少每次稱量產生的誤差;二是根據每次稱量的誤差值,修正下次稱量的停篩值,對稱量誤差進行補償。
2.2 稱量補償過程中的算法設計
2.2.1每次裝料前自動計算出稱斗的設定值O_SP和停篩值SP_H_SJ
稱量斗每次備料前,根據該秤斗的設定重量O_SP 和需要給上次稱量誤差進行補償?shù)闹亓繛镻CZ (算法由程序自動計算),計算出本次計劃備料重量:
O_SP1=O_SP-PCZ
為了減少機械慣性和給料設備余振下料等因素所造成的裝料偏差,控制器必須提前發(fā)出料滿信號停止給料設備,料滿信號在稱量斗重量達到停篩值SP_H_SJ時發(fā)出,只有這樣,才能確保產生稱量誤差最小。停篩值SP_H_SJ由下列算式得出
SP_H_SJ= O_SP-SP_H-PCZ
O_SP:稱量斗的設定值 SP_H:設定的沖量 PCZ:上次實際與設定的偏差值
每次稱量斗放空料后自動計算出實際凈裝實量SG_SJ和裝料偏差PCZ,裝料過程便結束。當爐頂需要放料時,開啟稱量斗閘門放料,并自動跟蹤電子秤重量。當稱量斗的重量小于料空值時,發(fā)出料空信號,延時關閉稱量斗閘門。放料過程結束后測得電子秤內殘余掛料重量,以LL_W表示。稱量斗備滿料時,可以測得稱量斗料滿重量HH_W。
由上可知,高爐實際入料:SG_SJ=HH_W-LL_W
2.2.2自動計算出下次補償量PCZ
在每次稱量斗放空,裝料結束后,自動計算積累誤差,根據積累誤差計算下次補償量。我們的原則是本次的稱量積累誤差應從下次稱量中得到補償。
PCZ= HH_W-LL_W–O_SP
其中,PCZ 為"+"時表示多裝,為"-"表示少裝。
我們可以用本次裝料偏差去修正下次停篩值, 從而使實際裝料量更接近計劃裝料量。
在程序中也設定了不進行補償量LL_LIMIT(可在操作員站進行設定),即當設定O_SP

從表1中可看出,參于自動補償?shù)?#燒結自動補償調整非常及時,調整精度高,大部分稱量都可以控制誤差在20kg之內,即使有超過20kg誤差的下次稱量都及時得到了補償。
稱量系統(tǒng)和槽下各設備的動作均由西門子PCS7控制系統(tǒng)進行自動控制,各稱量斗的電子秤信號通過模擬量輸入模板測量并換算。稱量過程按工藝順序可分為備料過程和放料過程,這里分別對這2個過程的程序設計作一介紹。
3.1裝料過程
裝料過程開始的條件:稱量斗已放空料并且閘門已關閉。按照算法計算本次計劃備料重量O_SP和料滿停篩值SP_H_SJ,然后發(fā)出啟動給料設備命令,給料設備工作,料倉中的原料不斷地裝入稱量斗,當稱量斗重量達到或超過料滿停篩值SP_H_SJ時,程序發(fā)出"料滿"信號,停止給料設備工作,延時數(shù)秒,等給料設備停止且余振下料完畢,結束備料過程。程序框圖如圖1所示:
3.2 放料過程
裝料過程已結束, 稱量斗料滿,給料設備已停止工作,按照上料程序執(zhí)行輪到該稱斗放料,爐頂發(fā)出要料信號,選中的稱量斗閘門打開, 稱量斗中的料經供料皮帶和主皮帶運入爐頂, 稱量斗重量連續(xù)下降。當稱量斗重量達到或低于料空值時,程序發(fā)出"料空"信號,延時數(shù)秒,關閉稱量斗閘門。此時, 稱量斗已放空料,該稱量斗重量即為料空重量,然后,按照前述算法計算下次停篩值、偏差值。放料過程到此結束,等待開始下次備料過程。放料過程與備料過程總是交替進行,循環(huán)往復的。程序框圖如圖2所示:
應用PCS7系統(tǒng)對高爐槽下稱量過程進行自動閉環(huán)控制,對其控制算法進行研究十分重要,一個好的算法可以起到簡化控制過程,提高控制精度的作用。本文介紹的算法具有自動參數(shù)優(yōu)化和誤差補正的特點。在宣鋼9#高爐以得到了實際的應用,實踐證明,使用此算法參數(shù)優(yōu)化快,不振蕩,補償精度高。這種算法在其它需要連續(xù)稱量控制的場合也很有應用價值。