1 概述
燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程是把粉礦加入一定比例的熔劑,燃料經(jīng)過(guò)混合后,在一定溫度下燒結(jié)成高爐需要的原料。主要生產(chǎn)工藝包括燃料破碎系統(tǒng)、配料室供料系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、成品礦倉(cāng)儲(chǔ)等。燒結(jié)工藝是一個(gè)連續(xù)性的生產(chǎn)過(guò)程,環(huán)節(jié)多,控制對(duì)象復(fù)雜、滯后時(shí)間長(zhǎng)且受干擾影響大,為了保證燒結(jié)礦品質(zhì)穩(wěn)定,提高產(chǎn)量和降低燃料消耗,必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)燒結(jié)工藝過(guò)程對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)自動(dòng)化,按“三電一體化”的原則考慮。上位監(jiān)控系統(tǒng)由六臺(tái)工控機(jī)組成,現(xiàn)場(chǎng)控制站由四套QUANTUM PLC組成,分別完成對(duì)燃料破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。
圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖
燒結(jié)機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)采用與QUANTUM PLC相配套的Concept 2.6編程軟件實(shí)現(xiàn)硬件組態(tài)配置與程序編制;采用Montor PRO 7.2監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)庫(kù)與監(jiān)控畫(huà)面的開(kāi)發(fā)。通訊網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng),通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖1所示。
2.2 系統(tǒng)功能
(1)設(shè)備的聯(lián)鎖控制
根據(jù)燒結(jié)工藝要求,燒結(jié)燃料破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品系統(tǒng)等整條生產(chǎn)料線的控制方式分為:自動(dòng)控制、集中手動(dòng)控制、機(jī)旁手動(dòng)控制。控制方式的選擇設(shè)在集中操作室內(nèi)的主操作臺(tái)上或通過(guò)機(jī)旁箱選擇。
(2)重點(diǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)
?按配比關(guān)系自動(dòng)配料,保證堿度需求
配料的目的是將燒結(jié)礦的品位、含碳量和堿度控制在指定的范圍內(nèi)。本工程配料系統(tǒng)由寬帶給料機(jī)、配料秤;螺旋給料機(jī)、螺旋給料秤組成。PLC對(duì)參與燒結(jié)的各種含鐵原料、溶劑和燃料根據(jù)高爐冶煉的要求進(jìn)行精確的配料計(jì)算,對(duì)下料量和配比系數(shù)進(jìn)行設(shè)定,通過(guò)給料機(jī)變頻實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各配料下料量,以保證燒結(jié)礦的含鐵量、CaO含量、堿度、MgO、Al2O3及含硫量等主要成分控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
配料量由上位機(jī)統(tǒng)一設(shè)定,可進(jìn)行采集和處理各配料控制回路來(lái)的稱量信號(hào)與開(kāi)關(guān)量狀態(tài),實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的給料、稱量檢測(cè)、料量調(diào)節(jié),選擇和切換料倉(cāng)等配料過(guò)程的自動(dòng)控制。
?對(duì)燒結(jié)重點(diǎn)參數(shù)如圓輥給料機(jī)、燒結(jié)機(jī)、環(huán)冷機(jī)速度聯(lián)鎖控制,控制燒結(jié)料層厚度。
?自動(dòng)控制點(diǎn)火爐爐膛溫度
點(diǎn)火器燃燒控制系統(tǒng)是燒結(jié)工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié),點(diǎn)火爐爐溫為主調(diào)參數(shù),煤氣流量和空氣流量為輔調(diào)參數(shù),以溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。
?燒結(jié)機(jī)速通過(guò)畫(huà)面設(shè)定機(jī)速給定值調(diào)節(jié)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn),所有操作都通過(guò)燒結(jié)調(diào)節(jié)畫(huà)面進(jìn)行。
?主抽風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行控制
主抽風(fēng)機(jī)的軸承溫度、定子溫度、軸承振動(dòng)、潤(rùn)滑油壓、潤(rùn)滑油溫等過(guò)程參數(shù)均設(shè)置報(bào)警、連鎖信號(hào),保證風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)監(jiān)控畫(huà)面
系統(tǒng)采用Montor PRO 7.2監(jiān)控軟件完成燒結(jié)數(shù)據(jù)采集與工藝監(jiān)控。充分應(yīng)用Montor PRO 7.2的可視化功能和動(dòng)態(tài)屬性,使監(jiān)控畫(huà)面形象生動(dòng),簡(jiǎn)單易懂。圖形系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的集中起停、選擇、數(shù)據(jù)輸出等操作,系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)和過(guò)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)分析,故障顯示,報(bào)警。畫(huà)面劃分為:總貌畫(huà)面(模擬屏畫(huà)面)、分組畫(huà)面、狀態(tài)畫(huà)面、儀表操作畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面、打印報(bào)表等。同時(shí)還具有生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)報(bào)警、記錄;重要設(shè)備事故按優(yōu)先級(jí)顯示報(bào)警信息等功能。
(4)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸
監(jiān)控站與PLC,PLC與PLC之間通過(guò)光纖以太環(huán)網(wǎng)通訊,PLC與現(xiàn)場(chǎng)變頻器采用MB+網(wǎng)通訊。從根本上解決了總線傳輸控制的弱點(diǎn):
① 監(jiān)控層:采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì),而且?guī)缀踔С炙辛餍械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
② 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng):通常的遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)采用總線結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易組建,但當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)可能引起全局癱瘓。而自愈環(huán)網(wǎng)在節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換線路,不會(huì)影響設(shè)備通訊控制,保證控制的實(shí)時(shí)性與連續(xù)性。
2.3 現(xiàn)場(chǎng)儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、控制、顯示、報(bào)警等功能由PLC完成。除各別操作外,不設(shè)二次儀表盤(pán)。
2.3.1 儀表選型
根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的要求,現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備選型以經(jīng)濟(jì)、適用、先進(jìn)、安全為原則,充分考慮生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際需要。儀表防護(hù)按IP65考慮,煤氣區(qū)域采用防爆儀表。壓力/差壓變送器選用E+H系列智能產(chǎn)品,水流量測(cè)量選用橫河電機(jī)有限公司的電磁流量計(jì)。煤氣流量測(cè)量選用內(nèi)藏式節(jié)流裝置。調(diào)節(jié)閥采用蝶閥或單/雙座閥,執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用模塊化智能電子式產(chǎn)品。料位測(cè)量采用雷達(dá)式料位計(jì)。溫度測(cè)量采用熱電偶和熱電阻。配料秤采用徐州拉姆齊產(chǎn)品。
(1)水流量測(cè)量
由于水為導(dǎo)電液體,所以最理想的流量測(cè)量方法就是采用電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁流量計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn):
?測(cè)量管內(nèi)無(wú)突出部件,因此無(wú)附加壓力損失。
?由于信號(hào)在整個(gè)充滿磁場(chǎng)的空間中形成,它是管道截面上的平均值,因此,從電極平面至傳感器上游端平面間所需直管段相對(duì)較短,約為5倍的導(dǎo)管內(nèi)徑。
?傳感器信號(hào)是一個(gè)與平均流速成精確的線性關(guān)系的電壓信號(hào)。
測(cè)量結(jié)果與液體的溫度、壓力、密度、粘度、導(dǎo)電率(不小于最低導(dǎo)電率)等物理參數(shù)無(wú)關(guān),所以測(cè)量精度高,工作可靠。
(2)壓力測(cè)量
壓力測(cè)量主要是對(duì)介質(zhì)壓力進(jìn)行測(cè)量。為了減少電磁信號(hào)對(duì)壓力檢測(cè)的干擾,采用SIEMENS壓力變送器進(jìn)行壓力檢測(cè)。
輸出信號(hào):4~20mA,2線制;HART 通訊;防護(hù)等級(jí):IP65;按鍵操作;高精度;先進(jìn)的診斷功能。
(3)料位測(cè)量
料位采用雷達(dá)式料位計(jì)進(jìn)行測(cè)量。能量很低的極短的微波脈沖通過(guò)天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。微波以光速運(yùn)行,微波運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)電子部件轉(zhuǎn)換成物位信號(hào),一種特殊的時(shí)間延伸方法可以確保計(jì)短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測(cè)量。
(4)煤氣流量測(cè)量
焦?fàn)t煤氣流量測(cè)量采用內(nèi)藏式節(jié)流裝置和差壓變送器配合。
內(nèi)藏式節(jié)流裝置是在工藝管道內(nèi)設(shè)有一圓錐體,錐體最大橫截面處形成喉部。它的主要特點(diǎn)是可以用來(lái)測(cè)量各種比較臟的氣體流量。另外,該節(jié)流裝置的流動(dòng)阻力小,所以產(chǎn)生的流動(dòng)損失小,節(jié)約能量。
該流量計(jì)以流體力學(xué)的理論為基礎(chǔ),經(jīng)過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),確定和校核流量公式,所以就保證了該節(jié)流裝置的可靠性和可信性。
(5)溫度測(cè)量
熱電阻電阻值隨測(cè)量溫度的變化而發(fā)生變化,所以熱電阻的電阻值大小便可反映出測(cè)量溫度的高低。熱電偶的電極由二根不同導(dǎo)體材質(zhì)組成。當(dāng)測(cè)量端與參比端存在溫差時(shí),就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),PLC便會(huì)顯示出熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電阻、熱電偶信號(hào)直接連接到具有變送功能的PLC的模擬量輸入模塊上,所以這種測(cè)溫變送方法測(cè)量精度高、工作穩(wěn)定可靠。
對(duì)燒結(jié)風(fēng)箱的溫度檢測(cè),由于被測(cè)介質(zhì)對(duì)保護(hù)管有一定的磨損性,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)較大,采用帶耐振動(dòng)、耐磨損保護(hù)管。
2.3.2 主要檢測(cè)內(nèi)容
生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)和控制儀表以滿足生產(chǎn)要求為原則,并與工藝整體裝備水平和工廠的自動(dòng)化技術(shù)水平相適應(yīng)。為此,主要設(shè)置以下檢測(cè)和控制項(xiàng)目:
?各燃料、熔劑、配料、成品礦料倉(cāng)料位檢測(cè);
?配料室配料量檢測(cè);
?燃?xì)狻崃艿肋^(guò)程參數(shù)檢測(cè);
?燒冷系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè);
?主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè);
?燃料除塵、機(jī)頭除塵、機(jī)尾除塵、配料除塵、整粒除塵系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。
3 結(jié)束語(yǔ)
萊鋼銀山前區(qū)265