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案例頻道 高爐冶煉對入爐原料要求稱重準(zhǔn)確配比合理，但在高速裝料的情況下，由于物料料流量的不穩(wěn)定以及機(jī)械慣性所造成的純滯后存在一個(gè)過沖量，給控制的準(zhǔn)確度帶來了很大困難。且由于開環(huán)稱量其誤差的產(chǎn)生是單方向的，日積月累的頻繁稱量，其積累起來的誤差非常可觀，直接影響到對爐況的控制和冶煉成本，為此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)控制方法，應(yīng)用PLC對稱量過程進(jìn)行閉環(huán)控制，通過軟件實(shí)行稱量參數(shù)的自動修正和稱量誤差補(bǔ)償，一是根據(jù)每次稱最產(chǎn)生的誤差值調(diào)整下次稱量料滿控制值，即提前停給料設(shè)備的時(shí)間，使實(shí)際裝料最盡量按近設(shè)定重量，減少每次稱最產(chǎn)生的誤差；二是根據(jù)每次稱量的誤差值，修正下次稱量目標(biāo)值，對稱量誤差進(jìn)行補(bǔ)償[1]。
（1）每次備料前自動計(jì)算出計(jì)劃備料重量W計(jì)和料滿控制值W控 。
稱量漏斗每次備料前，根據(jù)該稱斗的設(shè)定重量W 設(shè)（此值由高爐工長根據(jù)冶煉工藝計(jì)算出來并以料單形式輸入PLC中），和需要給上次稱量誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹亓浚ㄋ惴ㄓ蒔LC 自動計(jì)算），計(jì)算出本次計(jì)劃備料重量。
W計(jì)=W設(shè)-W補(bǔ) （1）
為了減少機(jī)械慣性和給料設(shè)備余振下料等因素所造成的裝料偏差，PLC必須提前發(fā)出料滿信號停止給料設(shè)備，料滿信號在秤斗重量達(dá)到料滿控制值W 控時(shí)發(fā)出。只有這樣，才能確保產(chǎn)生稱量誤差最小。料滿控制值W控由式（2）得出。
W控=W計(jì)+W空-W提 （2）
（2）每次秤斗放空料后自動計(jì)算出實(shí)際凈裝料量W凈和裝料偏差ΔW。
稱斗內(nèi)裝滿料后，備料過程便告結(jié)束。當(dāng)上料程序選中該秤斗放料時(shí)，開啟稱量漏斗閘門放料，并自動跟蹤電子稱重量。料放空后，發(fā)出料空信號，關(guān)閉稱量漏斗閘門。放料過程結(jié)束后測得電子稱內(nèi)殘余掛料重量，即稱斗的空稱重量，以W 空表示。秤斗備滿料時(shí)，可以測得稱斗滿秤重量W 滿。故可計(jì)算出凈裝料重量W凈和裝料偏差ΔW。
W凈=W滿-W空 （3）
ΔW=W凈-W計(jì) （4）
其中，ΔW為“＋”時(shí)表示多裝，為“－”表示少裝。
（3）自動優(yōu)化下次料滿提前量W提。
為了降低誤差補(bǔ)償幅度，關(guān)鍵是選擇合適的料滿提前量，使每次稱量產(chǎn)生的誤差盡可能小。在一次稱量結(jié)束后，可以計(jì)算出裝料偏差ΔW ，用這次的裝料偏差來修正下次的各料料滿提前量W 提。如果因意外發(fā)生的非正常因素，致使偏差超出正常允許的范圍，那么仍以上次的提前量來作為下次的提前量，即若｜ΔW｜≥C，責(zé)令ΔW＝0。
上式中，C 為設(shè)定常數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中視不同設(shè)備、不同品種而不同，可以人工設(shè)定。這樣就可以用本次裝料偏差去修正下次備料料滿提前量，以便更合理、準(zhǔn)確地計(jì)算出料滿控制值，從而使實(shí)際裝料量接近計(jì)劃裝料量。下式為料滿提前量計(jì)算公式。
W提n+1=W提n+a ΔWn （5） 其中，a為校正系數(shù)，取值范圍為0
在每次秤斗放空，裝料結(jié)束后，自動計(jì)算積累誤差W 誤，根據(jù)積累誤差計(jì)算下次補(bǔ)償量W 補(bǔ)。原則是本次的稱量積累誤差應(yīng)盡量從下次稱量中得到補(bǔ)償。但一次補(bǔ)償量過大，可能會超過稱斗所允許的極限裝料能力，并且在工藝上也不允許，遇到此種情況時(shí)，先按最大補(bǔ)償量W 補(bǔ)MAX（可人工預(yù)先約定W 補(bǔ)MAX的值）進(jìn)行，而剩下的（稱之為欠補(bǔ)值W 欠）從以后各秤中逐稱補(bǔ)償回來。其數(shù)學(xué)模型可表示為： 其中W誤n為“＋”時(shí)表示多裝，為“－”表示少裝。 綜上所述，各種因素所形成的誤差，通過以上的補(bǔ)償和控制措施，便能達(dá)到所需要的稱量精度。若干次裝料后形成稱量誤差累計(jì)量等于最后一秤的稱量積累誤差。即 因此，隨著稱量次數(shù)的增加，其總的稱量誤差不會越積越多。通過不斷優(yōu)化料滿提前量，準(zhǔn)確計(jì)算裝料控制值，使每次的稱量偏差降低到最低限度，對產(chǎn)生的誤差及時(shí)予以補(bǔ)償，從而達(dá)到了自動稱量補(bǔ)償?shù)哪康模ＷC了連續(xù)稱量的精度。
W誤n=W凈n-W設(shè)n+W誤n-1 （6）
當(dāng)料斗稱處在空料狀態(tài)時(shí)，通過稱重儀表發(fā)出的零位信號并經(jīng)判斷料斗放料閘門確定處在關(guān)閉狀態(tài)，通過PLC控制振動篩或電磁給料機(jī)開啟料斗送料（同時(shí)相應(yīng)設(shè)備同時(shí)動作，如皮帶等）當(dāng)物料達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，PLC控制停止上料。當(dāng)料斗處在滿值狀態(tài)時(shí)，根據(jù)程序控制指令，若需要該料時(shí)，通過PLC控制開啟閘門，同時(shí)啟動輸料系統(tǒng)，向中間倉送料，當(dāng)出現(xiàn)料空狀態(tài)時(shí)，閘門關(guān)閉送料停止工作。
稱量過程按工藝順序可分為備料過程和放料過程，這里分別對這兩個(gè)過程的程序設(shè)計(jì)作一介紹。
（1）備料過程
備料過程開始的條件：稱斗已放空料并且閘門已關(guān)閉（放料過程結(jié)束）。按照算法計(jì)算本次計(jì)劃備料重量W 計(jì)和料滿控制值W 控，然后發(fā)出啟動給料設(shè)備命令，給料設(shè)備工作，料倉中的原料不斷地裝入秤斗，當(dāng)秤斗重最達(dá)到或超過料滿控制值W 控時(shí)，程序發(fā)出“料滿”信號。停止給料設(shè)備工作，延時(shí)數(shù)秒，等給料設(shè)備停止且余振下料完畢，將此時(shí)的稱斗重量讀入秤斗滿稱重量寄存器，結(jié)束備料過程。程序框圖如圖1 所示。
（2）放料過程
備料過程已結(jié)束，稱斗滿稱，給料設(shè)備己停止工作，按照上料程序執(zhí)行輪到該秤斗放料，程序發(fā)出開啟秤斗閘門命令，驅(qū)動外部控制回路打開閘門，秤斗中的原料通過閘門直接或經(jīng)運(yùn)料皮帶裝入上料小車中，秤斗重量連續(xù)下降。當(dāng)稱斗重量達(dá)到或低于料空控制值時(shí)（此控制值為一常數(shù)，由人工設(shè)定并輸入PLC寄存器），程序發(fā)出“料空”信號，延時(shí)數(shù)秒，關(guān)閉稱斗閘門。此時(shí)，稱斗已放空料，該稱斗重量即為空稱重量，然后，按照前述算法計(jì)算下次料滿提前量W 提、積累誤差W 誤和下次補(bǔ)償W 補(bǔ)。程序框圖如圖2所示。3 結(jié)語
本文通過設(shè)計(jì)PLC軟件程序，實(shí)現(xiàn)了對上料系統(tǒng)稱量補(bǔ)償?shù)墓に嚫倪M(jìn)，具有實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王華強(qiáng), 李少東. 高爐槽下輸配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電氣時(shí)代, 2003, 23(12): 45-47.
高苗苗（1977-）
女，山東濟(jì)南人，本科，助理工程師，主要研究方向?yàn)樽詣由狭戏Q技術(shù)，現(xiàn)就職于章丘市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局。
摘自《自動化博覽》2011年
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號