摘要：燒結(jié)配料作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序,，其自動(dòng)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(dòng)配料,，有的甚至改造過不止一次，耗費(fèi)了大量資金,。但最終能可靠運(yùn)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(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行可靠,、性能投資比高的目標(biāo),，為燒結(jié)廠配料自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。
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(jī)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(jìn)行配料計(jì)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(shí)現(xiàn)配料,。萊鋼燒結(jié)機(jī)配料室共17個(gè)使用的料倉，詳情見下表：

2,、設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn) 
    
    針對傳統(tǒng)燒結(jié)配料自動(dòng)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(shí)用先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)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(jì)將皮帶秤,、沖板流量計(jì),、雷達(dá)物位計(jì)、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(jī)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(diǎn)為通訊只有讀寫兩條指令,，上位機(jī)軟件編寫容易,，并可用PC機(jī)作上位機(jī)，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(hù)和更高精度的優(yōu)點(diǎn),。
該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（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(shí),，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(qiáng),。接線簡單、維護(hù)方便,，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確,。單機(jī)間檢測控制設(shè)備之間故障不蔓延，上下位機(jī)之間故障不擴(kuò)散,，故障對整個(gè)系統(tǒng)的影響減至最小,，大大提高系統(tǒng)的可靠性。手,、自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式靈活多樣,。既可在上位機(jī)，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(shí)應(yīng)急慢的問題。

（2）上位機(jī)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),，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(shí)單機(jī)的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由下位機(jī)完成,，使得上位機(jī)主要進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理,，可騰出更多的時(shí)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(jī)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(jī)。同時(shí),，增加單機(jī)時(shí)無須再添公共部分硬件,，節(jié)省系統(tǒng)擴(kuò)充費(fèi)。另外,，節(jié)省信號電纜及安裝調(diào)試費(fèi),。還對使用和維護(hù)人員素質(zhì)要求低，節(jié)省培訓(xùn)費(fèi),。

2.2 硬件設(shè)備先進(jìn)實(shí)用,，維護(hù)工作量小

（1） 針對一般皮帶秤維護(hù)工作量大，抗干擾能力差的問題,，選用秤架免維護(hù),、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(jìn)實(shí)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(gè)熱返礦下料點(diǎn)，均工作不穩(wěn)定,、維護(hù)工作量大,、精度低、投資高,。本設(shè)計(jì)選用先進(jìn)實(shí)用的沖板秤檢測,。其差動(dòng)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(shí)，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(jī)匹配問題,。

（3） 基本控制器選用先進(jìn)的人工智能調(diào)節(jié)器能否實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)調(diào)節(jié)，正確選擇調(diào)節(jié)器是關(guān)鍵,。本設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)又提高響應(yīng)速度。在誤差大時(shí),，運(yùn)用模糊算法進(jìn)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(shí),，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié),。具備自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(jìn)的雷達(dá)物位計(jì)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(hù)難及維修工作量大,、不可靠,。我們選用準(zhǔn)確、可靠,、免維護(hù)的雷達(dá)物位計(jì)檢測,。

2.3 應(yīng)用程序功能新穎、實(shí)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(shí)用,、豐富，且人機(jī)對話能力強(qiáng),，突出表現(xiàn)為：

（1）報(bào)警方式采用超差反時(shí)限語音報(bào)警
    
    傳統(tǒng)報(bào)警大多為瞬時(shí)量或長期連續(xù)累積量聲光報(bào)警,。由于給料方式的限制（下料不均） 瞬時(shí)量報(bào)警要么頻繁誤報(bào)警（來不及處理就恢復(fù)了）；要么超差不報(bào)警（偏差大）而漏報(bào)警。連續(xù)累積量報(bào)警,，也因累積時(shí)間過短或過長而誤報(bào)及漏報(bào),。同時(shí)，確認(rèn)報(bào)警對象時(shí)還要與顯示器畫面配合,。我們采用超差反時(shí)限報(bào)警,。即以一定累積量（絕對誤差）及時(shí)間間隔（最短處理時(shí)間）為報(bào)警條件，瞬時(shí)量誤差連續(xù)累積并以通訊方式傳至上位機(jī),，其累積量在單位時(shí)間內(nèi)越大，則報(bào)警時(shí)限越短,，反之,，報(bào)警時(shí)限越長。同時(shí),，瞬時(shí)量偏差過大時(shí)直接報(bào)警,。這樣既不誤報(bào)也不漏報(bào)。另外,，采用語音廣播系統(tǒng),，自動(dòng)直接報(bào)出報(bào)警對象并提示原因和處理措施。既縮短了報(bào)警確認(rèn)及處理時(shí)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(shí)現(xiàn)變料料批控制,，上位機(jī)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(jī)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(dòng)發(fā)送，變料時(shí)間短,，最長時(shí)僅90秒（僅由混合料皮帶機(jī)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(dòng)帶來的惡性變料及生產(chǎn)不穩(wěn)問題,。在緩料停機(jī)時(shí)也不需與電氣聯(lián)鎖,。

（3）宇電AI-808真正實(shí)現(xiàn)手、自動(dòng)無擾動(dòng)快速切換
    
    傳統(tǒng)手,、自動(dòng)無擾動(dòng)快速切換是指切換瞬間手﹑自動(dòng)瞬時(shí)輸出值相等,。而在配料自動(dòng)調(diào)節(jié)中，手,、自動(dòng)無擾動(dòng)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(jì)算切換前控制量或被控量平均值，然后再切換，才能達(dá)到對工藝的影響最小,，真正實(shí)現(xiàn)手,、自動(dòng)無擾動(dòng)切換。顯然,，傳統(tǒng)意義上的瞬時(shí)量手,、自動(dòng)無擾動(dòng)快速切換不適用于此。因此,，我們利用現(xiàn)場通訊在手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí),，先在上位機(jī)跟蹤計(jì)算出當(dāng)時(shí)每分鐘被控量平均值；將此值作為自動(dòng)初始時(shí)的給定值,；在自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí),，先在上位機(jī)跟蹤計(jì)算出當(dāng)時(shí)每分鐘控制量平均值，將此值作為手動(dòng)初始時(shí)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(jìn)行平均值的手、自動(dòng)無擾動(dòng)快速切換,。實(shí)現(xiàn)了一次轉(zhuǎn)換成功,，解決了以往手﹑自動(dòng)切換時(shí)，須進(jìn)行多次修改控制量或設(shè)定值,，仍很難達(dá)到切換要求值,，造成生產(chǎn)波動(dòng)及延長達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的問題。

2.3.4 自動(dòng)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(diǎn)變化量及精確度變化，自動(dòng)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)了超差,、換倉,、斷、變,、緩料自動(dòng)記錄及按時(shí)間查詢,，解決了配料工序?qū)崟r(shí)監(jiān)督工藝紀(jì)律的難題。
    
    當(dāng)發(fā)生以上報(bào)警時(shí),，顯示器自動(dòng)彈出具有報(bào)警對象,、報(bào)警原因、處理方法、值班人等內(nèi)容的對話框,，值班人逐項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn),。明確了責(zé)任，強(qiáng)化了操作人員的自律意識,，為正確分析波動(dòng)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(biāo)分兩個(gè)比例段,，確保了大小流量在同一畫面均清晰分辨瞬時(shí)量變化趨勢,。

2.3.7 在上位機(jī)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(jì)也可較準(zhǔn)確指示料位,。

2.3.9 以數(shù)據(jù)打包方式無誤差遠(yuǎn)傳配料信息，并可異地查詢,，實(shí)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(jì)算公式,，輸入有關(guān)成份及總量后，自動(dòng)計(jì)算設(shè)定量,，也可手工計(jì)算后逐個(gè)輸入設(shè)定值,；既可在上位機(jī)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(jī)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存放在其相應(yīng)模塊中,，節(jié)省上位機(jī)時(shí)間及內(nèi)存，系統(tǒng)擴(kuò)充余地增大,。

2.3.12 計(jì)量單位可在t/h及kg/m之間點(diǎn)擊互換,，方便現(xiàn)場驗(yàn)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(yùn)行實(shí)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(dòng)強(qiáng)度,。由于自動(dòng)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(shí)間巡檢,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理隱患，進(jìn)而減少了突發(fā)性事故及其處理工作量。同時(shí),，報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí),，也減少了干擾和處理故障的工作量。特別是變料及手,、自動(dòng)轉(zhuǎn)換一次到位,，既增強(qiáng)了控制實(shí)時(shí)性，提高了控制精確度,，又減輕了反復(fù)稱料的勞動(dòng)強(qiáng)度,。人機(jī)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(jī)對話能力強(qiáng),，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(dòng),，促進(jìn)了生產(chǎn)指標(biāo)的提升,。
    該系統(tǒng)實(shí)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(dòng)切換,，校秤前后平穩(wěn)過渡及配料信息準(zhǔn)確及時(shí)遠(yuǎn)傳的工藝要求。應(yīng)用程序功能集測,、控,、管于一體，達(dá)到了性能投資比高的目標(biāo),。
 
4,、存在的問題及改進(jìn)措施 

    4.1通信速度慢。進(jìn)一步完善下位機(jī)功能,，使上位機(jī)所取數(shù)據(jù)盡可能在下位機(jī)已統(tǒng)計(jì)好并存放在指定存儲單元,。同時(shí)，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(shí)間,。另外，提高通信波特率,。
    4.2 給料設(shè)備下料不均勻,。進(jìn)一步改給料方式,，將圓盤給料全部改為寬皮帶拖料。
    4.3 實(shí)物校驗(yàn)困難,。在皮帶機(jī)落料點(diǎn)處增設(shè)移動(dòng)料斗秤,，隨時(shí)實(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)及配料信息入生產(chǎn)管理信息網(wǎng),。