摘要：燒結(jié)配料作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序,，其自動化的作用日益突現(xiàn)。盡管大多數(shù)燒結(jié)廠都很重視,，也投資了自動配料,，有的甚至改造過不止一次，耗費了大量資金,。但最終能可靠運行,，性能投資比高的則為數(shù)極少。萊蕪鋼鐵廠針對工廠配料工藝要求,，采用基于現(xiàn)場儀表通信的集散控制系統(tǒng),，經(jīng)過一年多的實踐，實現(xiàn)了運行可靠,、性能投資比高的目標,，為燒結(jié)廠配料自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造設(shè)計積累了經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場通信 集散控制 燒結(jié)配料 HART 人工智能調(diào)節(jié)器
1,、萊鋼1#燒結(jié)機配料工藝設(shè)備概況
燒結(jié)配料工序是將生產(chǎn)燒結(jié)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)成分進行配料計算,，確定各種料的配料比例，通過重量檢測及控制給料設(shè)備,，實現(xiàn)配料,。萊鋼燒結(jié)機配料室共17個使用的料倉，詳情見下表：
2、設(shè)計方案的特點
針對傳統(tǒng)燒結(jié)配料自動控制系統(tǒng)存在的問題,，深入分析現(xiàn)場工藝及管理狀況,，結(jié)合最新測控實用先進技術(shù)，設(shè)計方案特點如下：
2.1 系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場儀表通訊的集散控制方式
本設(shè)計將皮帶秤,、沖板流量計,、雷達物位計、人工智能調(diào)節(jié)器等通過具備現(xiàn)場通信功能的宇電智能儀表與上位機通訊連接,，組成基于現(xiàn)場通訊的集散控制系統(tǒng)。
該現(xiàn)場儀表通訊采用的是基于主從協(xié)議原理的HART通信協(xié)議,。其特點為通訊只有讀寫兩條指令,，上位機軟件編寫容易，并可用PC機作上位機,，應(yīng)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(diào)試維護和更高精度的優(yōu)點,。
該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
（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路隔離,。當(dāng)通訊接口或線路發(fā)生故障時,，皮帶秤、調(diào)節(jié)器仍能正常工作,。由于采用低電平數(shù)字信號且相位連續(xù)平均值為零,，抗干擾能力強。接線簡單,、維護方便,，數(shù)據(jù)傳輸準確。單機間檢測控制設(shè)備之間故障不蔓延,，上下位機之間故障不擴散,，故障對整個系統(tǒng)的影響減至最小，大大提高系統(tǒng)的可靠性,。手,、自動轉(zhuǎn)換方式靈活多樣。既可在上位機,，也可在基本調(diào)節(jié)器,，還可在變頻器及操作箱上轉(zhuǎn)換，解決了故障時應(yīng)急慢的問題,。
（2）上位機數(shù)據(jù)處理能力強,，監(jiān)控程序功能更豐富。
由于以通訊方式采集數(shù)據(jù)，同時單機的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)由下位機完成,，使得上位機主要進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理,，可騰出更多的時間和內(nèi)存處理功能更豐富的應(yīng)用程序。
（3）投資省,。
上位機不用模擬量輸入輸出模塊及相應(yīng)盤柜,，也免去了熱備上位機。同時,，增加單機時無須再添公共部分硬件,，節(jié)省系統(tǒng)擴充費。另外,，節(jié)省信號電纜及安裝調(diào)試費,。還對使用和維護人員素質(zhì)要求低，節(jié)省培訓(xùn)費,。
2.2 硬件設(shè)備先進實用,，維護工作量小
（1） 針對一般皮帶秤維護工作量大，抗干擾能力差的問題,，選用秤架免維護,、稱重毫伏信號現(xiàn)場數(shù)字化和變?yōu)?-20mA信號的皮帶秤。
（2） 選用先進實用沖板秤檢測白灰,、熱返礦流量白灰,、熱返礦流量的連續(xù)檢測是燒結(jié)配料的一大難題。 過去,，一般用螺旋秤檢測白灰,，兩臺皮帶秤或核子秤檢測一個熱返礦下料點，均工作不穩(wěn)定,、維護工作量大,、精度低、投資高,。本設(shè)計選用先進實用的沖板秤檢測,。其差動放大器用高精度稱重傳感器代替，既提高了穩(wěn)定性及檢測精度,，又降低了維修工作量和技術(shù)要求,。同時，使用陶瓷耐磨沖板,，解決了鋼沖板壽命短的問題,。另外，其流量信號用皮帶秤稱重模塊處理,，解決了與上位機匹配問題,。
（3） 基本控制器選用先進的人工智能調(diào)節(jié)器能否實現(xiàn)高精度自動調(diào)節(jié),，正確選擇調(diào)節(jié)器是關(guān)鍵。本設(shè)計選用廈門宇電AI-808型具備現(xiàn)場通訊功能采用模糊規(guī)則進行PID調(diào)節(jié)的人工智能調(diào)節(jié)器,。與一般調(diào)節(jié)器相比,，它能在降低超調(diào)的同時又提高響應(yīng)速度。在誤差大時,，運用模糊算法進行調(diào)節(jié),，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差趨小時,，采用改進后的PID算法進行調(diào)節(jié),。具備自動學(xué)習(xí)系統(tǒng)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(shè)定方式,，既可直接在其面板按鍵上手動數(shù)字設(shè)定,，還可在其外給定端子上模擬量設(shè)定。為防止異常超調(diào),，還具有控制量上、下限預(yù)設(shè)定功能 ,。同時調(diào)試簡單,，對正常生產(chǎn)影響小。結(jié)構(gòu)型式為熱拔插式,，更換方便快捷,。
（4）選用先進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(tǒng)檢測方式為稱重式,、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(yīng)用程序功能新穎,、實用,、豐富
應(yīng)用程序采用可視化性能良好的VB6.0編寫。與一般配料監(jiān)控程序相比,，本系統(tǒng)監(jiān)控程序功能更新穎,、實用、豐富,，且人機對話能力強,，突出表現(xiàn)為：
（1）報警方式采用超差反時限語音報警
傳統(tǒng)報警大多為瞬時量或長期連續(xù)累積量聲光報警,。由于給料方式的限制（下料不均） 瞬時量報警要么頻繁誤報警（來不及處理就恢復(fù)了）；要么超差不報警（偏差大）而漏報警,。連續(xù)累積量報警,，也因累積時間過短或過長而誤報及漏報。同時,，確認報警對象時還要與顯示器畫面配合,。我們采用超差反時限報警。即以一定累積量（絕對誤差）及時間間隔（最短處理時間）為報警條件,，瞬時量誤差連續(xù)累積并以通訊方式傳至上位機,，其累積量在單位時間內(nèi)越大，則報警時限越短,，反之,，報警時限越長。同時,，瞬時量偏差過大時直接報警,。這樣既不誤報也不漏報。另外,，采用語音廣播系統(tǒng),，自動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間,，也不需要操作人員盯著畫面,，減輕了其疲勞程度。
（2）解決了料批控制難題
傳統(tǒng)模擬集中控制系統(tǒng)要實現(xiàn)變料料批控制,，上位機與調(diào)節(jié)器之間為模擬量設(shè)定,，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。我們采用在上位機預(yù)設(shè)定變料值后,，以現(xiàn)場通訊方式改變調(diào)節(jié)器設(shè)定值,，按料頭料尾對齊的原則自動發(fā)送，變料時間短,，最長時僅90秒（僅由混合料皮帶機速度及料倉間距決定）,，調(diào)節(jié)器不超調(diào)，減少了因變料波動帶來的惡性變料及生產(chǎn)不穩(wěn)問題,。在緩料停機時也不需與電氣聯(lián)鎖,。
（3）宇電AI-808真正實現(xiàn)手、自動無擾動快速切換
傳統(tǒng)手,、自動無擾動快速切換是指切換瞬間手﹑自動瞬時輸出值相等,。而在配料自動調(diào)節(jié)中，手,、自動無擾動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最小,，真正實現(xiàn)手,、自動無擾動切換。顯然,，傳統(tǒng)意義上的瞬時量手,、自動無擾動快速切換不適用于此。因此,，我們利用現(xiàn)場通訊在手動向自動切換時,，先在上位機跟蹤計算出當(dāng)時每分鐘被控量平均值；將此值作為自動初始時的給定值,；在自動向手動切換時,，先在上位機跟蹤計算出當(dāng)時每分鐘控制量平均值，將此值作為手動初始時的控制值,。再將它們設(shè)定到人工智能調(diào)節(jié)器上,，最后進行平均值的手、自動無擾動快速切換,。實現(xiàn)了一次轉(zhuǎn)換成功,，解決了以往手﹑自動切換時，須進行多次修改控制量或設(shè)定值,，仍很難達到切換要求值,，造成生產(chǎn)波動及延長達到穩(wěn)定時間的問題,。
2.3.4 自動修正各秤校零,、校秤后對應(yīng)調(diào)節(jié)器的原設(shè)定值根據(jù)校零、校秤前后零點變化量及精確度變化,，自動計算出與原設(shè)定值對應(yīng)的新設(shè)定值,，確保新設(shè)定值與原設(shè)定值實物量相等，避免了因校零,、校秤帶來的附加誤差,，保持了生產(chǎn)的連續(xù)性。而一般配料系統(tǒng)無此功能,。
2.3.5 實現(xiàn)了超差,、換倉、斷,、變,、緩料自動記錄及按時間查詢，解決了配料工序?qū)崟r監(jiān)督工藝紀律的難題,。
當(dāng)發(fā)生以上報警時,，顯示器自動彈出具有報警對象,、報警原因、處理方法,、值班人等內(nèi)容的對話框,，值班人逐項進行確認。明確了責(zé)任,，強化了操作人員的自律意識,，為正確分析波動原因打下了基礎(chǔ)，有利于工藝技術(shù)水平穩(wěn)定提高,。
2.3.6 歷史趨勢圖縱坐標分兩個比例段,，確保了大小流量在同一畫面均清晰分辨瞬時量變化趨勢。
2.3.7 在上位機顯示器集中查看,、修改各秤參數(shù),，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,，無須料位計也可較準確指示料位,。
2.3.9 以數(shù)據(jù)打包方式無誤差遠傳配料信息，并可異地查詢,，實現(xiàn)了配料信息共享,，提高了工藝管理水平。
2.3.10 配比設(shè)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，自動計算設(shè)定量,，也可手工計算后逐個輸入設(shè)定值,；既可在上位機上按料批控制要求統(tǒng)一預(yù)設(shè)定，也可在各基本調(diào)節(jié)器上分別設(shè)定,。
2.3.11 單機歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)存放在其相應(yīng)模塊中,，節(jié)省上位機時間及內(nèi)存，系統(tǒng)擴充余地增大,。
2.3.12 計量單位可在t/h及kg/m之間點擊互換,，方便現(xiàn)場驗證。
2.3.13 顯示畫面設(shè)有幫助菜單, 方便操作及維修人員學(xué)習(xí)掌握,。
3,、效果
經(jīng)兩年來的運行實踐表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,，減輕了操作及維修人員的勞動強度,。由于自動檢測調(diào)節(jié)，大大減少了人工跑盤稱料,，可以騰出更多的時間巡檢,，及時發(fā)現(xiàn)處理隱患,，進而減少了突發(fā)性事故及其處理工作量。同時,，報警準確及時,，也減少了干擾和處理故障的工作量。特別是變料及手,、自動轉(zhuǎn)換一次到位,，既增強了控制實時性，提高了控制精確度,，又減輕了反復(fù)稱料的勞動強度,。人機界面直觀，功能操作簡單,，還設(shè)有幫助菜單,，方便易學(xué)。監(jiān)控程序人機對話能力強,，方便工藝管理,，提高了操作人員的責(zé)任心，減少了異常波動,，促進了生產(chǎn)指標的提升,。
該系統(tǒng)實現(xiàn)了在圓盤給料方式下，控制穩(wěn)定性連續(xù)可調(diào)及每分鐘累積量控制精確度為±1.5%,。滿足了變,、緩料，手,、自動切換,，校秤前后平穩(wěn)過渡及配料信息準確及時遠傳的工藝要求。應(yīng)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、存在的問題及改進措施
4.1通信速度慢,。進一步完善下位機功能,，使上位機所取數(shù)據(jù)盡可能在下位機已統(tǒng)計好并存放在指定存儲單元。同時,，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),，減少數(shù)據(jù)傳輸量經(jīng)縮短通信時間。另外,，提高通信波特率,。
4.2 給料設(shè)備下料不均勻,。進一步改給料方式，將圓盤給料全部改為寬皮帶拖料,。
4.3 實物校驗困難,。在皮帶機落料點處增設(shè)移動料斗秤，隨時實物校秤,。
4.4 儀控與電控分離,。將儀控與電控結(jié)合，采用AI-301M型開關(guān)量輸入/輸出模塊,，實現(xiàn)系統(tǒng)全自動及配料信息入生產(chǎn)管理信息網(wǎng),。