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宣钢9#高炉槽下称量自动补偿控制系统

--宣钢9#高炉槽下称量自动补偿控制系统

供稿:海跃 2008/12/19 0:00:00

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  • 关键词: 电机 流量计 工控
  • 摘要:本文以宣钢9#高炉为例介绍了高炉槽下称量自动补偿算法的设计思想和原理,该算法具有自动参数优化,减少称量误差产生,对称量误差进行自动补偿的特点,同时指出该算法也适用于其它连续称量的控制系统。

      随着高炉的操作管理要求精细化,高炉冶炼对入炉原、燃料提出了较高的要求,这不仅仅是在种类、质量上,也体现在入炉原、燃料的数量上,高炉槽下称量自动控制系统作为上料系统中的重要环节,其称量过程的自动控制和称量的准确度越来越受到重视。称量上的不准确会直接造成炉料配比的误差及成分控制上的偏差。日积月累的频繁称量,其积累起来的误差非常可观,直接影响到对炉况的控制和冶炼成本,所以,应用控制系统对称量过程进行闭环控制,通过软件实现称量参数自动修正和称量误差补偿是十分有意义的。本文所介绍的控制算法就是具有这种自动补偿功能,已在宣钢9#高炉槽下得到了具体的应用。

1 9#高炉槽下设备及工艺流程
     9#高炉槽下供料系统主要由6个烧结矿槽、2个球团,2个杂矿槽,4个焦炭槽,及相对应的给料机、振动筛、称量斗、供料皮带、烧结及球团返矿仓、碎焦、碎矿分级及焦丁回收系统组成,其它附属设备有通风除尘设施、液压站及润滑系统等。高炉矿、焦槽单列布置,矿石和焦炭在槽下分散筛分,分散称量,不设中间称量斗,落入同一条供料皮带再经主皮带转运至炉顶。
各设备工作流程如下:
1)各料仓中的原料(焦炭或矿石)由料仓上面的原料移动皮带小车装入。
2)各料仓下方设有给料机和振动筛,仓内原料根据需要从料仓下方经给料机和振动筛装入相对应的各称量斗中。
3)给料设备工作时,将原料装入相对应的各称量斗中连续称量,当称量值达到停筛值时,给料机停止工作,延时停振动筛,而剩下的量通过振动筛上的冲量找齐。(冲量的大小可在画面中做设定)
4)称量斗备好料后处于待命状态。当高炉上料时,由炉顶发出要料信号,打开相应的称量斗闸门将原料经供料皮带和主皮带运往炉顶,装入高炉内冶炼。
5)称量斗的重量小于料空值后, (料空值可在画面中做设定),发出料空信号,延时关闭称量斗的闸门,然后启动振动筛和给料机往称量斗中下料。
6)上述设备工作过程是循环往复地进行的。

2 称量自动补偿控制算法
2.1 称量补偿算法设计思想
      根据前述槽下供料设备工艺流程,每个称量斗在每次称量过程中,由于原料的粒度、粘度不同及给料机械冲击惯量的影响,均会产生称量误差,其称量误差若不进行补偿,误差将越积累越多,直接影响到对高炉的操作精度,因此必须对误差加以抑制。其抑制的手段一是根据每次称量产生的误差值调整下次称量的振动筛冲量, 使设定冲量尽量接近实际的冲量,减少每次称量产生的误差;二是根据每次称量的误差值,修正下次称量的停筛值,对称量误差进行补偿。
2.2 称量补偿过程中的算法设计
2.2.1每次装料前自动计算出称斗的设定值O_SP和停筛值SP_H_SJ
称量斗每次备料前,根据该秤斗的设定重量O_SP 和需要给上次称量误差进行补偿的重量为PCZ (算法由程序自动计算),计算出本次计划备料重量:
O_SP1=O_SP-PCZ
为了减少机械惯性和给料设备余振下料等因素所造成的装料偏差,控制器必须提前发出料满信号停止给料设备,料满信号在称量斗重量达到停筛值SP_H_SJ时发出,只有这样,才能确保产生称量误差最小。停筛值SP_H_SJ由下列算式得出
SP_H_SJ= O_SP-SP_H-PCZ
O_SP:称量斗的设定值   SP_H:设定的冲量 PCZ:上次实际与设定的偏差值  
每次称量斗放空料后自动计算出实际净装实量SG_SJ和装料偏差PCZ,装料过程便结束。当炉顶需要放料时,开启称量斗闸门放料,并自动跟踪电子秤重量。当称量斗的重量小于料空值时,发出料空信号,延时关闭称量斗闸门。放料过程结束后测得电子秤内残余挂料重量,以LL_W表示。称量斗备满料时,可以测得称量斗料满重量HH_W。
由上可知,高炉实际入料:SG_SJ=HH_W-LL_W
2.2.2自动计算出下次补偿量PCZ
在每次称量斗放空,装料结束后,自动计算积累误差,根据积累误差计算下次补偿量。我们的原则是本次的称量积累误差应从下次称量中得到补偿。
PCZ= HH_W-LL_W–O_SP
其中,PCZ 为"+"时表示多装,为"-"表示少装。
我们可以用本次装料偏差去修正下次停筛值, 从而使实际装料量更接近计划装料量。
在程序中也设定了不进行补偿量LL_LIMIT(可在操作员站进行设定),即当设定O_SP<LL_LIMIT时,令PCZ=0。
在程序中也有手动清偏差功能,在画面中做清偏差按钮。操作工在操作员站按下清偏差按钮,PCZ=0,则下次筛料,不会对上次偏差进行补偿。
2.2.3自动优化下次料满停筛值SP_H_SJ
      为了降低误差补偿幅度,关键是选择合适的停筛值,使每次称量产生的误差尽可能小。在1次称量结束后,我们可以计算出装料偏差PCZ,用这次的装料偏差来修正下次的停筛值。如果因意外发生的非正常因素,致使偏差超出正常允许的范围,可能会超过秤量斗所允许的极限装料能力,并且在工艺上也不允许,那么我们将采取以下措施:
当停筛值SP_H_SJ≥1.2×O_SP,则1.02倍的设定值O_SP附给SP_H_SJ。
当停筛值SP_H_SJ<0时,则将100附给 SP_H_SJ。
当停筛值SP_H_SJ=0时,则将80附给 SP_H_SJ。
2.2.4 小结
       槽下称量补偿系统在生产中调整灵活、操作简单、自动化程度高,是一个动态连续的物料称量补偿系统,上一次的称量结束后就为下一次的称量作好了准备,在放完料后开始称量前补偿量就已经计算结束,及时调整了偏差,在入炉料称量上为高炉生产打下了坚实的基础,最大限度的减少了因为原料的波动而引起的成分波动。下面是在实际生产中的宣钢9#高炉的1#烧结称量的连续10次的抽样:

   

 

 


表1烧结随机抽样情况表

     从表1中可看出,参于自动补偿的1#烧结自动补偿调整非常及时,调整精度高,大部分称量都可以控制误差在20kg之内,即使有超过20kg误差的下次称量都及时得到了补偿。

3 称量补偿算法的软件实现
       称量系统和槽下各设备的动作均由西门子PCS7控制系统进行自动控制,各称量斗的电子秤信号通过模拟量输入模板测量并换算。称量过程按工艺顺序可分为备料过程和放料过程,这里分别对这2个过程的程序设计作一介绍。
3.1装料过程
      装料过程开始的条件:称量斗已放空料并且闸门已关闭。按照算法计算本次计划备料重量O_SP和料满停筛值SP_H_SJ,然后发出启动给料设备命令,给料设备工作,料仓中的原料不断地装入称量斗,当称量斗重量达到或超过料满停筛值SP_H_SJ时,程序发出"料满"信号,停止给料设备工作,延时数秒,等给料设备停止且余振下料完毕,结束备料过程。程序框图如图1所示:

 

图1、装料过程

3.2 放料过程
       装料过程已结束, 称量斗料满,给料设备已停止工作,按照上料程序执行轮到该称斗放料,炉顶发出要料信号,选中的称量斗闸门打开, 称量斗中的料经供料皮带和主皮带运入炉顶, 称量斗重量连续下降。当称量斗重量达到或低于料空值时,程序发出"料空"信号,延时数秒,关闭称量斗闸门。此时, 称量斗已放空料,该称量斗重量即为料空重量,然后,按照前述算法计算下次停筛值、偏差值。放料过程到此结束,等待开始下次备料过程。放料过程与备料过程总是交替进行,循环往复的。程序框图如图2所示:

 

 图2、放料过程
4、结束语
      应用PCS7系统对高炉槽下称量过程进行自动闭环控制,对其控制算法进行研究十分重要,一个好的算法可以起到简化控制过程,提高控制精度的作用。本文介绍的算法具有自动参数优化和误差补正的特点。在宣钢9#高炉以得到了实际的应用,实践证明,使用此算法参数优化快,不振荡,补偿精度高。这种算法在其它需要连续称量控制的场合也很有应用价值。
 

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