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介紹電子秤的稱(chēng)重原理和一般組成，以及210t轉爐煉鋼副原料自動(dòng)稱(chēng)量控 制系統的結構設計、編程、數據處理方法，分析了強振速度、弱振速度、弱振值、落差值等 參數對稱(chēng)量精度的影響。該系統運用PLC下掛PROFIBUS子站的通訊技術(shù)實(shí)現稱(chēng)量 值反饋，可以完成幾種副原料連續稱(chēng)量過(guò)程。

1 .前言

在轉爐煉鋼生產(chǎn)中，副原料主要用來(lái)形成一 定堿度的爐渣，達到去除鐵水中的雜質(zhì)以及保護 爐襯的作用，以及降低爐內的溫度，達到終點(diǎn)的 溫度和碳含量的平衡。副原料加的過(guò)多、過(guò)少都 會(huì )對煉鋼造成重大的影響。有些煉鋼廠(chǎng)為了保證 生產(chǎn)質(zhì)量，一直采用人工稱(chēng)量副原料的方法。隨 著(zhù)計算機技術(shù)及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi) 發(fā)、應用一套轉爐煉鋼副原料自動(dòng)化稱(chēng)量控制系 統取代人工稱(chēng)量，對促進(jìn)煉鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要意義。新余鋼鐵集團公司第二煉鋼廠(chǎng)于2009年 2月建成投產(chǎn)，目前有2座210t轉爐，單爐產(chǎn)鋼 量210t。其副原料加料采用了自動(dòng)化加料技術(shù)， 只須通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標簡(jiǎn)單操縱就能完成。自動(dòng)稱(chēng) 量控制系統主要采用電氣室安裝PLC柜通過(guò)西門(mén) 子PROFIBUS通訊技術(shù)下掛現場(chǎng)子站讀取現場(chǎng)稱(chēng) 量數據，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行數據采集及反 饋控制，自動(dòng)調節振動(dòng)給料機的頻率。另外通過(guò) 調整相關(guān)參數，終極達到副原料的設定值和稱(chēng)量 實(shí)際值相等的目的。

2.工藝設備概況

目前新余鋼鐵集團公司第二煉鋼廠(chǎng)210t轉爐 的副原料加料系統。由12個(gè)高位料倉，每個(gè)料倉 對應一個(gè)振動(dòng)給料機。下面對應10個(gè)稱(chēng)量斗，其 中2#、3#，與9#、10#共用一個(gè)稱(chēng)量斗。每個(gè)稱(chēng) 量斗下裝有稱(chēng)重傳感器及插板閥。通過(guò)振動(dòng)給料機、稱(chēng)重傳感器通過(guò)插板閥實(shí)現副原料的精確稱(chēng) 量。再通過(guò)兩個(gè)匯總斗加人到轉爐中煉鋼。

3.電子料斗秤概述

電子料斗秤的工作原理是：秤臺上的重物作 用于傳感器，傳感器把物體的重量轉換為mV級電 壓信號，由傳感器輸出的信號經(jīng)接線(xiàn)盒匯總后進(jìn) 人稱(chēng)重儀表，儀表對稱(chēng)重信號電壓進(jìn)行放大，濾 波、A/D轉換，然后再進(jìn)行數字處理，最后把重量 信號顯示到數字顯示器上。一臺電子秤主要由秤 臺及傳力機構、傳感器、接線(xiàn)盒、稱(chēng)重儀表等組 成。目前新鋼公司第二煉鋼廠(chǎng)副原料秤采用的傳 感器和接線(xiàn)盒均為中國航天科技集團公司四院四 十四所產(chǎn)品。型號分別為：GKCT15-1A (傳感 器）、DB-3 (接線(xiàn)盒）。而稱(chēng)重顯示儀表為珠海長(cháng) 陸工業(yè)自動(dòng)化控制系統有限公司產(chǎn)品型號為：U- NI800。

4.控制系統結構設計

為保證煉鋼生產(chǎn)的連續性，副原料自動(dòng)稱(chēng)量 控制系統采用西門(mén)子公司的S7400系列PLC系統。 來(lái)自現場(chǎng)設備的聯(lián)鎖信號和稱(chēng)重傳感器信號通過(guò) 現場(chǎng)稱(chēng)重顯示表輸出至300遠程站，再通 過(guò)PR0FIBUS通訊技術(shù)至PLC，經(jīng)過(guò)CPU運算后 直接控制現場(chǎng)的振動(dòng)給料機。而作為人機接口 (HMI)的操縱站采用客戶(hù)機一服務(wù)器模式，選擇 intmich上位監控軟件，由1臺專(zhuān)用的容錯服務(wù)器 通過(guò)高速以太網(wǎng)和西門(mén)子PLC進(jìn)行數據通訊。來(lái) 完成稱(chēng)量的連鎖和振動(dòng)給料機頻率的精確控制。

5.自動(dòng)稱(chēng)量程序

稱(chēng)量程序編寫(xiě)分：手動(dòng)程序與集中程序，而 集中程序又分集中手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種。而 目前正常生產(chǎn)時(shí)主要運行自動(dòng)程序。半自動(dòng)和手 動(dòng)程序只是在事故狀態(tài)或檢修時(shí)運行。

5.1操作方式

現場(chǎng)手動(dòng)和集中。操作方式切換地點(diǎn)：振 動(dòng)給料機操作箱集中操作方式又分為集中手動(dòng)、半自動(dòng)、 自動(dòng)。操作方式切換地點(diǎn)：轉爐主操作室HMI操作站。

5.2現場(chǎng)手動(dòng)操作方式

(1)操作地點(diǎn)：振動(dòng)給料機操作箱。

(2)功能描述：在此操作方式下設備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其他設備均無(wú)聯(lián)鎖關(guān)系。通過(guò)操 作箱上按鈕完成相應的動(dòng)作即振動(dòng)給料機的起停。

5.3集中手動(dòng)操作方式

操作地點(diǎn)：轉爐主操作室HMI操作站。

功能描述：在此操作方式下設備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設備均無(wú)聯(lián)鎖關(guān)系。通過(guò) HMI上按鈕完成相應的動(dòng)作即振動(dòng)給料機的起停 及高低速切換。

5.4半自動(dòng)操作方式

操作地點(diǎn)：轉爐主操作室HMI操作站。

半自動(dòng)前提條件：

給料機起動(dòng)時(shí)對應稱(chēng)量斗閘門(mén)必須關(guān)到位。

此高位料倉內物料 > 設定的稱(chēng)量重量。

共用此稱(chēng)量斗的其它高位料倉給料機必須處 于停止狀態(tài)且停止時(shí)間為5秒以上。

每一種物料的設定稱(chēng)重值 > 相應的高位料倉 振動(dòng)給料機停止給料后的落差量。

每一種物料的設定稱(chēng)重重量值 < 對應稱(chēng)量斗 的稱(chēng)量量程。

功能描述：在此操作方式下設備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設備和信號有聯(lián)鎖關(guān)系。一 個(gè)典型的運行過(guò)程如下：操作員在HMI上輸入此 料倉稱(chēng)重值—程序對輸人值進(jìn)行效驗證進(jìn)并計算 出變速點(diǎn)和停振點(diǎn)(計算方式見(jiàn)儀表部分的說(shuō)明)— 起動(dòng)振動(dòng)給料機—振動(dòng)給料機高速運行—到達變 速點(diǎn)振動(dòng)給料機低速運行—到達停振點(diǎn)停止運行。

5.5自動(dòng)加料方式

(1)操作地點(diǎn)：轉爐主操作室HMI操作站。

⑵自動(dòng)前提條件：

自動(dòng)加料開(kāi)始時(shí)，所有相關(guān)設備(高位料倉振 動(dòng)給料機，稱(chēng)量斗閘門(mén)，匯總斗閘門(mén))必須處于停 止狀態(tài)，閘門(mén)必須關(guān)到位。三通分料器已旋轉到 需要位置并處于停止狀態(tài)。

高位料倉內物料 > 設定的稱(chēng)量重量總合。

吹煉過(guò)程尚未開(kāi)始。

每一種物料的設定稱(chēng)重重量值 > 相應的高位 料倉振動(dòng)給料機停止給料后的落差量。

每個(gè)稱(chēng)量斗每次加料需稱(chēng)量的各種物料總重 量<對應稱(chēng)量斗的稱(chēng)量量程。

各匯總斗，稱(chēng)量斗為空。

(3)功能描述：在此操作方式下設備除與自身 的電氣聯(lián)鎖外與其它設備和信號有聯(lián)鎖關(guān)系。操 作人員將需要此次參與稱(chēng)量的各個(gè)料倉的稱(chēng)重值/ 輸人稱(chēng)量二維表內，程序根據稱(chēng)量二維表實(shí)現自 動(dòng)稱(chēng)量過(guò)程。二維表在L1內儲存5組，在煉鋼前 操作員可根據實(shí)際情況選擇這5組數據中的一組 為當前全自動(dòng)稱(chēng)量模型，模型輸入并確定后，自 動(dòng)排料過(guò)程開(kāi)始，此后模型數據不可改變直至整 個(gè)過(guò)程結束。不同稱(chēng)量斗的物料可以同時(shí)開(kāi)始稱(chēng) 量，如果兩臺給料機對應同一稱(chēng)量斗而言，稱(chēng)量 采用累計稱(chēng)量的方法，即一個(gè)稱(chēng)量斗如果有1種 以上物料需要稱(chēng)量，必須按照先后順序進(jìn)行（稱(chēng) 量順序可按料倉號進(jìn)行簡(jiǎn)單的排列），待一種物料 稱(chēng)量完畢，不必放空稱(chēng)量斗，馬上開(kāi)始第二種物 料的稱(chēng)量，重量累計。全部物料稱(chēng)量完成后延時(shí) 10s，稱(chēng)量各閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)將物料投入匯總斗，排 料完成后閘門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，所有物料排料結束后， 匯總斗自動(dòng)打開(kāi)將物料全部加人轉爐，投料結束 后匯總斗閘門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，稱(chēng)量斗在排完料以后延 時(shí)10s后，根據二維表進(jìn)行判斷是否還有下一次加 料，如有則高位料倉振動(dòng)給料機啟動(dòng)開(kāi)始下一次 稱(chēng)量D

編寫(xiě)自動(dòng)稱(chēng)量程序采用的是模塊化的下位編 程，在本程序的編寫(xiě)中，采用了大量的DB數據塊 用于模塊化編程。由于振動(dòng)給料機具有相同的控 制和連鎖條件以及輸出動(dòng)作，所以首先編寫(xiě)通用 的功能塊，如給料機運行DB1、自動(dòng)稱(chēng)量DB2等 等。編程中可以頻繁地調用這些功能塊，就像調 用一個(gè)普通的函數，只需修改一下輸進(jìn)參數和輸 出參數的變量名稱(chēng)。模塊化編程節約了大量的程 序空間，提高了程序的運行速度并且更加方便了 軟件的移植性和可擴展性。稱(chēng)量精度是衡量稱(chēng)量 系統好壞的一個(gè)重要指標。為了提高該系統的稱(chēng) 量精度，振動(dòng)給料機主回路采用變頻器控制，輸 出頻率0Hz~ 50Hz,實(shí)現振動(dòng)給料機以不同的轉速 運行。本系統主要通過(guò)控制振動(dòng)給料機先高速、 后低速運行，由大到小間接控制副原料的流量。 由于在振動(dòng)給料機停止的瞬間，副原料的流量越 小，稱(chēng)量的精確程度越高。為此，程序設計中引 用了弱振值、落差值、強振速度、弱振速度的概 念。數據處理是副原料自動(dòng)稱(chēng)量控制系統的重點(diǎn) 與難點(diǎn)。由于它與系統的稱(chēng)量精度息息相關(guān)，即 稱(chēng)量值是否是設定值。只有這樣，系統才能滿(mǎn)足 生產(chǎn)工藝要求，自動(dòng)稱(chēng)量系統才有利用價(jià)值?，F 在來(lái)看，對每一種副原料料，影響其稱(chēng)量精度的 參數主要有4個(gè)：強振速度、弱振速度、弱振值 和落差值。強振速度、弱振速度是振動(dòng)給料機的 輸進(jìn)頻率，直接參與控制給料機的振動(dòng)速度。設 定這兩個(gè)參數的主要依據是副原料的比重、副原 料顆粒的大小及振動(dòng)給料機的機械性能。強振速 度、弱振速度調整及時(shí)，就能保證給料機停車(chē)點(diǎn) 這一時(shí)刻抓取的稱(chēng)量值正確，而且能節約稱(chēng)量時(shí) 間，提高生產(chǎn)率。弱振值、落差值2個(gè)參數在程 序中參與計算，經(jīng)過(guò)計算得出振動(dòng)給料機高速到 低速、低速到停止的速度轉換點(diǎn)。當操縱職員在 操縱畫(huà)面中設定好本爐鋼水要加的副原料量后， 速度轉換點(diǎn)是稱(chēng)量過(guò)程中經(jīng)過(guò)不斷計算得出的每 種副原料的剩余料量。假如轉換點(diǎn)計算不正確， 或者說(shuō)弱振值、落差值設定不正確，易產(chǎn)生下列 幾種現象：①弱振值太大，延長(cháng)了稱(chēng)量時(shí)間。② 弱振值太小，在振動(dòng)給料機弱振過(guò)程很短時(shí)，就 要停機，很難保證稱(chēng)量精確。③落差值太大，輕 易造成少下料。落差值是振動(dòng)給料機停止后，在 余振的作用下進(jìn)進(jìn)稱(chēng)量斗的合金料，假如落差值 大于給料機余振過(guò)程中實(shí)際下的合金，就造成了 少料。④落差值太小，容易造成多下料，原理與 ③相反。

一個(gè)典型的運行過(guò)程如下：操作員在HMI上 把需要稱(chēng)量料倉的稱(chēng)重值一次性輸入—第一次加 料過(guò)程啟動(dòng)，程序對每個(gè)料倉的稱(chēng)重輸入值進(jìn)行 效驗并分別計算出變速點(diǎn)和停振點(diǎn)—起動(dòng)自動(dòng)配 料程序—振動(dòng)給料機高速運行—到達變速點(diǎn)振動(dòng) 給料機低速運行—到達停振點(diǎn)停止運行—(一稱(chēng)量 斗對應2個(gè)高位料倉時(shí))延時(shí)5s起動(dòng)下一個(gè)料倉給 料機（重復以上過(guò)程至所有參與稱(chēng)量的料倉稱(chēng)量 完畢）—稱(chēng)量全部結束延時(shí)5s打開(kāi)有料的稱(chēng)量斗 將物料投入匯總斗中—吹氧量達到第一次設定加 料值后打開(kāi)匯總斗閘門(mén)—匯總斗排空后自動(dòng)關(guān) 閉—延時(shí)10s開(kāi)始第二次加料過(guò)程—重復以上加料過(guò)程直至完成二維表中所有步驟，自動(dòng)加料過(guò)程結束。其流程圖如圖1所示。

6.結束語(yǔ)

新余鋼鐵集團公司第二煉鋼廠(chǎng)副原料自動(dòng)稱(chēng) 量系統采用目前國內和國際先進(jìn)的控制技術(shù)，是 自動(dòng)化煉鋼系統的一個(gè)重要組成部分。目前該系 統運行穩定，并配合自動(dòng)化煉鋼技術(shù)在現代化煉 鋼大生產(chǎn)中發(fā)揮著(zhù)及其重要的作用。