（四川機電職業(yè)技術學院電子電氣工程系，四川攀枝花 617064）

1 引言

氧化釩生產是由很多復雜的工序有機組成，如原料系統(tǒng)，配混料焙燒系統(tǒng)，沉淀系統(tǒng)，還原系統(tǒng)等工序構成。其中配混料焙燒系統(tǒng)是將釩渣、純堿經進料、稱量、配料、混料后，進入焙燒爐進行焙燒。釩渣和純堿的配比精確度以及混合程度，是氧化釩提取生產的源頭工序，其地位非常重要。如果能對配料進行精確控制，就可以使釩渣在焙燒爐中的反應程度提高，提高釩的轉化率，從而提高氧化釩的產量。

2 氧化釩焙燒配混料原系統(tǒng)工藝簡介

某廠氧化釩焙燒工序配混料系統(tǒng)采用間歇式配混料方式，PLC設定的配料比例，進料螺旋將釩精渣和純堿送入電子秤分別計量后，由配料螺旋輸送機將釩精渣和純堿送入混料螺旋中進行混料，混料完成后再經斗提輸送機加入焙燒爐進行焙燒，如圖1所示。

圖1 配混料系統(tǒng)工藝圖Fig.1 Process map of mixed batching system

通過調試，發(fā)現原焙燒配混料系統(tǒng)主要存在3點缺陷。

1）由于物料下料時產生的動能作用于電子秤上，造成實際下料物料未達到設定下料物料重量就停止下料，致使配料量不足。

2）3個稱量斗的下料口不在同一位置，造成精渣、純堿不能充分混合。根據現場實測，1#純堿計量倉的物料到達2#精渣秤出料處需55 s，而1#純堿計量倉的物料到達1#精渣秤出料處也需25 s，也就是說，1#精渣計量下料時，30 s內精渣內根本就沒有摻入純堿，3#精渣計量下料時，55 s內精渣內也沒有摻入純堿，從而造成混合料中堿比波動較大。

3）由于物料的特性，料倉中物料存在滑料現象，尤其是精渣料倉滑料現象更為明顯。即物料重量達到PLC設定的數值后，PLC發(fā)出指令停止進料螺旋運動，但由于物料流動性較好，在進料螺旋停止運動后物料卻繼續(xù)向下流動，從而使最終進入稱量料倉的實際物料重量超過設定的高限重量值。從現場跟蹤情況看，精渣稱量斗的設定高限為840 kg，在36次配料中，有3次稱量斗內的精渣重量達到1 100～1 200 kg，有7次達到920～940 kg，其余26次精渣誤差重量均在10 kg左右，而這些超重的部分物料均會進入物料輸送螺旋。此結果精渣的消耗跟蹤情況一致，顯示的精渣配料總量較實際的精渣消耗量低約23%。因此出現混合料中碳酸鈉含量較設定值低得較多。

焙燒配混料系統(tǒng)出來的混合料計量不準確、混合不均勻，從而導致堿比在9%至21%之間大范圍波動。堿比低則焙燒轉化率低、回收率低，堿比高則對爐況影響大，焙燒轉化率也一直在60%至80%之間波動，尾渣中全釩含量經常處于超標狀況，嚴重影響了達效工作的推進。

3 控制系統(tǒng)設計

通過對工藝、機械設備、生產現場及配混料系統(tǒng)控制程序的綜合分析，原進料系統(tǒng)主要以控制渣稱、純堿的重量來控制配料質量，精渣配料輸送螺旋電機和純堿配料輸送螺旋電機按固定速度運行，渣稱由于物料下料時產生的動能過大使配料量不足導致配料比例達不到要求。同時由于工藝設計原因還至使釩渣、純堿混合不均。本方案在不改變現有工藝模式、盡量不增加現場設備的情況下對混配料控制系統(tǒng)進行改造。

3.1 進料比值控制系統(tǒng)設計

改造后的進料系統(tǒng)采用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。

比值控制有開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制3種類型。開環(huán)比值控制是最簡單的控制方案［1］。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的缺點而設計的，這種方案的不足之處是主流量沒有構成閉環(huán)控制，進料電機速度恒定，造成動能誤差和超限現象。

本系統(tǒng)采樣雙閉環(huán)比值控制方案，用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于它不但能實現副變量跟隨主變量的變化而變化，結構形式簡單，實施起來比較方便，進料控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示。

圖2 進料控制系統(tǒng)方框圖Fig.2 Block diagram of feeding control system

控制系統(tǒng)以精釩渣的重量作為比值控制的主控量，純堿的重量作為比值控制的副控量，以此達到穩(wěn)定比值的控制，克服渣稱誤差，從而得到高精度的配比。精釩渣輸入給定值與重量檢測反饋送入控制器，控制精釩渣進料電機運行速度；純堿進料輸送螺旋電機的速度給定值以精釩渣進料電機運行速度的K倍為標準，與純堿進料輸送螺旋電機速度反饋值送入副控制器，控制純堿進料電機的運行速度，進料螺旋運輸機的初始運行較快，但當快達到給定時運行速度很低，有效地避免了運行動能和滑料所帶來的誤差。

為保證配比的精度，系統(tǒng)還設計了純堿補料閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以比值控制系統(tǒng)硬件為基礎，當進料輸送螺旋電機停轉1 s后且精釩渣的重量與純堿的重量配比誤差大于5%時，補料閉環(huán)控制系統(tǒng)啟動。

純堿重量控制以精釩渣實際重量乘以配比系數為給定值，副控制器、變頻器、純堿重量檢測反饋構成的閉環(huán)系統(tǒng)控制純堿進料螺旋運行，完成純堿補料。補料控制系統(tǒng)方框圖如圖3所示。

圖3 補料控制系統(tǒng)方框圖Fig.3 Block diagram of feeding control system

3.2 配料控制系統(tǒng)設計

配料系統(tǒng)仍采用系統(tǒng)原有開環(huán)比值控制系統(tǒng)，即用控制器按比例控制精釩渣配料變頻器、純堿配料變頻器運行速度。控制系統(tǒng)方框圖如圖4所示。為克服由于工藝設計使純堿到達混料口時間滯后的問題，系統(tǒng)首先啟動純堿配料電機，待純堿到達精釩渣配料口時啟動精釩渣配料電機。

圖4 配料控制系統(tǒng)方框圖Fig.4 Block diagram of batching control system

4 系統(tǒng)硬件配置

本方案配混料比值控制系統(tǒng)硬件仍沿用老系統(tǒng)設備，控制器為一臺西門子315-2PN/DP PLC，CPU其帶有DP接口和以太網接口［2］。DP總線上主要設備為：總線型ET-200M、變頻器。PLC輸出數字信號直接控制變頻器，作為輸出啟停、固定頻率控制；模擬輸出作為變頻器速度給定。系統(tǒng)螺旋運輸機型號為LSY300，功率7.5 kW，數量8臺；變頻器型號選擇為MM 440［3］，數量8臺；系統(tǒng)中接有3個XK2123稱重秤，在同一平面內互差120°，輸出4～20 mA標準電流信號，送入PLC模量模塊。

本系統(tǒng)對位置、零位無嚴格要求，因此在電機非負載軸端安裝了4臺增量式旋轉編碼器作為速度檢測單元［4］。螺旋軸旋轉時，編碼器輸出脈沖傳送到PLC的高速計數器，經CPU單元運算處理后，得到速度檢測信號。

由于本文主要介紹的是焙燒配料控制系統(tǒng)的設計改造，系統(tǒng)硬件變化不大，所以對硬件配置、設備線路不做過多的介紹。

5 軟件設計

5.1 程序結構

焙燒配料系統(tǒng)采用分塊化編程方式進行程序設計來進行混料控制。在FC中建立DB數據塊，而在FB塊中則建立FB背景DB數據塊，具體如表1所示［5］。

表1 FC，FB，DB功能表Tab.1 Function table of FC，FB and DB

5.2 程序流程

CPU啟動時，OB100自動執(zhí)行初始化操作。OB100執(zhí)行結束后，操作系統(tǒng)調用OB1塊（需要PLC執(zhí)行的順序控制程序），執(zhí)行順序控制，系統(tǒng)控制程序流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)控制程序流程圖Fig.5 Flow chart of system control program

6 結論

配混料系統(tǒng)控制程序經過了4周的使用，該系統(tǒng)設備運行正常，達到了配料準確、混料均勻的目的，改進前后的數據如表2～表3所示。

表2 項目改進前熟料轉化率情況統(tǒng)計表Tab.2 Clinker conversion tables of improvement projects before

表3 項目改進后熟料轉化率情況統(tǒng)計表Tab.3 Clinker conversion tables of improvement projects after

從表2、表3中可以看出：熟料轉化率從80.24%提高到82.04%，釩收率提高了1.80%。實踐證明，改造后配混料系統(tǒng)的配料精度大大提高，使釩的轉化率大幅度提高，取得了良好的經濟效益。

［1］劉凡才.自動控制原理與系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.

［2］程龍泉.可編程控制器應用技術（西門子）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［3］西門子公司.MICROMASTER 440通用型變頻器0.12～250 kW使用大全版本［Z］.2000.

［4］梁森，王侃夫，黃杭美.自動檢測與轉換技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［5］西門子公司.S7-300編程手冊［Z］.2004.