張華東++王杰

摘 要：某4*180燒結機污泥池自動加水項目自2015年8月投入使用以來，運行18個月，運行穩(wěn)定，本文介紹了加水閥門系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的原理及總體狀況，據(jù)生產(chǎn)反應燒結機前的水分較以前有了較大提高，燒結機的利用系數(shù)也提高了。此外降低了操作工的勞動強度。

關鍵詞：自動加水；節(jié)約成本；工藝提升

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.001

0 引言

隨著節(jié)能降耗，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、廢物利用技術取得突飛猛進的發(fā)展，煉鋼污泥稀釋后供燒結重新利用已經(jīng)投入運行。 污泥的利用即節(jié)約了能源又減輕了環(huán)境的污染，受到了鋼鐵行業(yè)的歡迎，但污泥成分復雜且管道易堵塞，造成燒結水分的不穩(wěn)定，

因此如何保證加水的穩(wěn)定性成為污泥能否長期利用的關鍵，結合日鋼的實際情況2015年8月投資建設了污泥自動加水系統(tǒng)，運行18個月以來，運行穩(wěn)定，為燒結礦成分的穩(wěn)定及提高燒結機利用系數(shù)做出了突出貢獻。

1 主要工藝及系統(tǒng)描述

1.1 燒結工藝（通用）

1.1.1 燒結工藝線示意圖

1.1.2 混合配水的重要性

燒結生產(chǎn)理是一個復雜的物理化學過程，屬于鐵前的前端工序，在這一過程影響燒結礦質(zhì)量的因素很多，其中污泥系統(tǒng)為混合系統(tǒng)供水量具有舉足輕重的地位，其穩(wěn)定的水量對燒結礦的產(chǎn)量和質(zhì)量有重大關聯(lián)，將直接影響燒結的透氣性，影響燒結過程中脫硫效果，影響燒結礦的強度，對高爐鐵水的質(zhì)量和煉鐵的效率也有深遠的影響，因此，對混合水的成分和水量的自動控制，是實現(xiàn)燒結生優(yōu)質(zhì)高效的必要保證。

1.1.3 自動加水的控制與組成

水分的自動控制實際上是整個配料、混料的系統(tǒng)共同控制的結果，簡單的進行對水量的控制是達不到最佳的效果，不僅要精確的控制加水的流量，還要了解水分的測量值，生石灰消化器消化的加水量、膠帶機的長度、膠帶機的速度、加水滯后的時間，這些參數(shù)在自動加水的系統(tǒng)中都要考慮，只有從配料、混料系統(tǒng)中通過網(wǎng)絡通訊得到以上參數(shù)，結合流量計和調(diào)節(jié)閥的閉環(huán)控制才能達到較好的效果。

（1）加水控制實現(xiàn)的過程。燒結自動加水控制系統(tǒng)的建立和完善，需要：

1）通過工業(yè)網(wǎng)絡通訊讀取配料、混合系統(tǒng)中測水儀分析水分的準確數(shù)值；

2）根據(jù)燒結礦多礦種配料的實際情況，計算出配料料種種水分含量，計算輕燒粉及生石灰消化器消化加水的含量；

3）根據(jù)配重重量及水分含量計算出一次混合前混合料的水分含量；

4）根據(jù)一次加水前膠帶機的長度和速度，計算出一次加水前混合料的滯后時間，根據(jù)二次自動加水前膠帶機的長度和速度，計算出二次加水前混合料的滯后時間；

5）建立混合料自動加水的模型，進行編程，如下：

6）解決測量的峰值問題，所有程序均做濾波和中值處理。

1.2 方案概述

本技術方案是以同類燒結建設經(jīng)驗為基礎，結合國內(nèi)外現(xiàn)代燒結的先進技術和發(fā)展趨勢以及日鋼工程實際和所提要求進行設計的。同時，考慮到日照鋼鐵現(xiàn)場水質(zhì)的實際情況，在保證加水精度的前提下考慮到設備的成本問題，從而獲得滿足現(xiàn)場需求的最優(yōu)設計方案，并且能夠保證成功地實施?？刂葡到y(tǒng)設計范圍：第二燒結工場污泥系統(tǒng)加水共計2加水口，現(xiàn)有加水管道管徑為?108。在現(xiàn)有加水管道上增加污水電動調(diào)節(jié)閥及流量計。上述系統(tǒng)需安裝電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計；操作箱、PLC模塊；電纜的鋪設、接線；PLC程序的編制和監(jiān)控畫面的制作、自動化系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試。

1.2.1 控制系統(tǒng)的基本特征

整個控制系統(tǒng)的基本特征如下：

改造增添的電控設備、儀表設備要與控制計算機構成統(tǒng)一信息集中，控制分散的EIC一體化系統(tǒng)；

系統(tǒng)采用計算機分級控制，除基礎自動化級（設備級的自動控制）外，還設有過程自動化級（監(jiān)控級），建立生產(chǎn)報警與操作數(shù)據(jù)庫，為提高生產(chǎn)技術創(chuàng)造條件；

系統(tǒng)盡可能收集當前最先進的控制技術，使得操作畫面更加簡單，實現(xiàn)一鍵操作，同時增加加水的歷史曲線，實現(xiàn)對加水整個過程的查詢，實現(xiàn)歷史追憶。

自動化系統(tǒng)采用開放式結構，為今后系統(tǒng)的擴展創(chuàng)造條件，留有區(qū)域級計算機及全廠管理計算機通訊的接口能力；

整個三電系統(tǒng)以全自動操作為重點，但在設計上充分考慮在自動出現(xiàn)異常時的如何操作加水閥門的正常運行，在現(xiàn)場有手操器，切換到本地操作后可以實現(xiàn)本地控制，以保證各種情況下生產(chǎn)的正常進行。

1.2.2 控制系統(tǒng)的設計思想

整個系統(tǒng)采用最新設計思想：

自動計算分水含量以及自動控制調(diào)節(jié)閥門，按照計算的水量進行調(diào)節(jié)控制；

建立故障報警、歷史以及實時趨勢；

一體化的IE設備（儀表和電控設備），使維護方便、設備最少；

低成本自動化（LCA），基礎自動化級采用最新型功能最強大的西門子系統(tǒng)；

過程級采用工業(yè)控制計算機，內(nèi)裝通用的支持軟件，功能緊湊和有效；

采取新技術和多媒體技術（自然語言報警等）和智能控制技術等。

整個自動化系統(tǒng)由通訊網(wǎng)絡構成。保證系統(tǒng)的完整性、合理性，確保系統(tǒng)自動運行。

2 技術方案

燒結自動加水改造項目的目的主要是保證生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的的燒結礦：保證原料與成品的及時輸送、精確穩(wěn)定地配料、優(yōu)化的燃燒控制、更安全地控制設備。

自動化系統(tǒng)采用控制站、上位計算機操作站及工業(yè)以太網(wǎng)絡組成?？刂普究刂乒に囋O備的運行，檢測系統(tǒng)中各個生產(chǎn)設備的狀態(tài)及工藝參數(shù)，并按規(guī)定的控制原則對各個設備進行控制和調(diào)節(jié)。操作站主要功能是操作人員通過CRT上的實時動態(tài)畫面監(jiān)視現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況；根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對生產(chǎn)過程中的參數(shù)進行必要的修改；以及進行趨勢分析等。上位計算機記錄、處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，打印報表和數(shù)據(jù)通訊。西門子是新型的、功能強大的產(chǎn)品，在各種自動化系統(tǒng)中及世界范圍內(nèi)已有廣泛的應用，本次控制系統(tǒng)方案我們采用這兩者。燒結配料改造基礎自動化系統(tǒng)沿用原設計的西門子系列產(chǎn)品。該兩種系列產(chǎn)品經(jīng)濟實用，對數(shù)據(jù)的處理精確快速，能較強的滿足現(xiàn)場的實際需要，主要特點如下：endprint

快速：在程序執(zhí)行方面，極短的指令執(zhí)行時間在競爭中脫穎而出。

堅固：即使在惡劣、不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境下，全封閉的模板依然可正常工作；無風扇操作降低了安裝費用；在運行過程中，模板可插拔。

功能完善、強大：允許多CPU配置，功能更強、速度更快。同時，配有品種齊全的功能模板，充分滿足用戶各種類型的現(xiàn)場需求。

強通訊能力：分布式的內(nèi)部總線允許在CPU與中央I/O間進行非?？斓耐ㄓ崱?/p>

3 燒結配料斷料改造的自動化功能

工控機中用的是OPEN VIEW監(jiān)控畫面與控制站中的控制程序用通訊網(wǎng)絡組合在一起，實現(xiàn)了自動化控制系統(tǒng)的總體功能、特性，在中控室用電腦顯視器直觀動態(tài)顯示相關工藝數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供實時動態(tài)的數(shù)據(jù)，崗位操作方便。

其功能包括：

（1）參數(shù)的設定與調(diào)整；（2）工藝參數(shù)的人工調(diào)整；（3）參數(shù)自適應；（4）參數(shù)給定和各種測量數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；（5）及時收集各種工況參數(shù)，形成各種綜合報表，具有靈活的打印方式。

系統(tǒng)監(jiān)視功能是自動化控制系統(tǒng)的重要功能，它對整個系統(tǒng)硬件、軟件的維護起著重要作用。系統(tǒng)監(jiān)視功能包括：

（1）故障報警的時間及原因；（2）工藝設備故障報警與記錄；（3）工藝控制參數(shù)顯示與記錄；（4）電氣設備故障預報和自動化控制系統(tǒng)自檢（主要指控制計算機系統(tǒng)和過程計算機系統(tǒng)）。

3.1 人機接口（HMI）

人機接口配置高性能工業(yè)控制計算機，圖形軟件采用正在原用的OPEN VIEW組態(tài)軟件，更多的組件與控件方便構成強大的系統(tǒng)，集成化的開發(fā)環(huán)境，增強的圖形功能，可以方便的生產(chǎn)自己的圖庫，具有實時動態(tài)顯示，歷史追憶，生成日報表、月報表、年報表功能，故障具體信息，友好的人機界面，過程控制PID調(diào)節(jié)功能塊，豐富的函數(shù)等功能。

3.1.1 監(jiān)控畫面風格特征

操作系統(tǒng)沿用原來的系統(tǒng)軟件；

編程軟件沿用原有系統(tǒng)，組態(tài)軟件沿用OPEN VIEW組態(tài)軟件；

現(xiàn)場設備的所有狀態(tài)全部用顏色的變化直觀的顯示；

常用操作顯示畫面簡潔明了，重要的參數(shù)顯示到主畫面；

報警信息出現(xiàn)時彈出報警畫面，并進行閃爍，同時可以與主控室的報警器連接并可進行連鎖解鎖切換，正常狀態(tài)時報警畫面隱藏；

所有設備設置完善的自動、手動自由切換及操作功能。

3.1.2 操作站功能和畫面

操作站主要功能和畫面有：

菜單畫面：通過菜單可實現(xiàn)畫面的自由切換，實現(xiàn)不停區(qū)域設備的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

系統(tǒng)總體主畫面：該畫面顯示主要設備的運行狀態(tài)及工藝參數(shù)，通過該畫面可以直觀系統(tǒng)的了解當前生產(chǎn)的狀態(tài)是否正常。

系統(tǒng)局部監(jiān)視畫面：對工藝流程中局部區(qū)域的設備或者某個設備參數(shù)進行監(jiān)控。

系統(tǒng)選擇操作畫面：首先確認準備啟動的設備是否在自動位，然后選擇單啟或者是聯(lián)動，實現(xiàn)設備的遠程控制；

參數(shù)設定畫面：操作人員可根據(jù)工藝的需要對系統(tǒng)運行參數(shù)的設定值進行設定或修改 ，并對設定的參數(shù)進行確認，控制系統(tǒng)會按照目標值與實際值的誤差自動顯現(xiàn)對加水閥門的動態(tài)控制。

控制回路調(diào)節(jié)畫面：溫度控制、壓力控制、加水量控制等具有系統(tǒng)調(diào)節(jié)要求的控制回路，在顯示畫面中會實時顯示出設定參數(shù)和反饋參數(shù)的動態(tài)數(shù)據(jù)，使中控工能清晰地看實時的過程參數(shù)變化。

動態(tài)實時及歷史趨勢畫面：對重要的檢測參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行采集并繪制成曲線進行直觀的顯示和對比，并可進行歷史數(shù)據(jù)追憶。

報警畫面：在程序中做出報警的條件，畫面會實時的采集參數(shù)與報警值進行比較，當出現(xiàn)異常時，會在畫面中直觀的顯示出報警狀態(tài)及報警原因，中控工會根據(jù)報警的點位及影響的大小作出相應處理，以確保故障能及時處理并把影響降到最低；

操作指導畫面：對畫面的操作方法及注意事項做一個詳細的說明，以方便中控工掌握操作的方法及遇到問題的處理方法。

3.2 操作方式

全線的操作系統(tǒng)由中控室操作站和現(xiàn)場操作箱構成。

操作站：主要用于工藝和電氣參數(shù)設定、運行方式選擇、實現(xiàn)對設備的集中控制。

操作箱：主要用于在自動異常時，通過操作箱的手操器實現(xiàn)對閥門的控制，是對自動控制方式的補充及應急處理方法。

操作方式：現(xiàn)場手動操作，工藝設備自動單獨啟動，工藝設備連鎖啟動。

3.2.1 現(xiàn)場手動運行

“現(xiàn)場手動運行”，即本地操作方式，是指現(xiàn)場崗位操作人員在現(xiàn)場的機旁箱上進行的設備的啟/停操作以及設備運轉速度設定。

當一臺設備處于現(xiàn)場手動運行狀態(tài)時，這臺設備就完全處于獨立運行狀態(tài)，設備的啟動、停止完全受現(xiàn)場操作人員的控制，中控室工控機已經(jīng)不再具備對這臺設備的控制權，那末，這臺設備原來通過PLC的連鎖也就不能起到作用。出現(xiàn)異常時一些連鎖保護不能起到作用。

在這種方式下要想進行與其他設備的連鎖，只能通過電氣的連鎖來實現(xiàn)，通過電氣控制回路的修改及完善來實現(xiàn)連鎖保護的功能。

3.2.2 計算機聯(lián)鎖運行

“計算機聯(lián)鎖運行”是指處于自動運行的所有設備只要是連鎖投入，時時刻刻都參加各自的所有的條件連鎖，例如運行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)連鎖、順啟順停連鎖等等。當系統(tǒng)處于聯(lián)鎖狀態(tài)時，它的啟動、停止既受別的與其進行連鎖運行設備狀態(tài)的影響，它本身的運行狀態(tài)也會影響別的設備的啟動、停止，連鎖的設備組成一個系統(tǒng)相互影響，不再獨立運行；

對于燒結這樣的物料輸送系統(tǒng)來說，連鎖運行可以有效地防止因下游設備故障而引起上游皮帶的壓料，有效的對設備進行保護，同時也減輕崗位的勞動強度。

3.2.3 計算機解鎖運行endprint

“計算機解鎖運行”是指處于自動運行的所有設備不再隨時判斷它的運行和停止條件，該臺設備的啟動、停止僅僅受操作人員在CRT上對他發(fā)出的啟停命令的影響，操作人員通過一臺CRT就可以隨意控制接入計算機的所有設備。這種運行方式，為設備的試車、檢修等針對單臺設備的操作提供了極大的方便。

但是要注意，從系統(tǒng)安全角度來說，“計算機解鎖運行”方式具有一定的危險性，特別是當整個系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，如果系統(tǒng)解鎖，各個設備處于獨立運行的狀態(tài)，出現(xiàn)異常時不能實現(xiàn)保護行連鎖停機，就很有可能造成物料堆積、設備損壞等現(xiàn)象的發(fā)生。造成停機處理故障時間的延長及維修費用及勞動強度的增加，所以，除非特殊情況，一般不要采用“計算機解鎖運行”方式，而應該把系統(tǒng)長時間的置于“計算機聯(lián)鎖運行”狀態(tài)。使得所有設備處于動態(tài)的保護中。

3.3 基礎級的控制說明

3.3.1 控制功能

利用計算機控制系統(tǒng)配套帶來的編程軟件、監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等完成控制功能組態(tài)、模型建立與計算、過程控制及報警、畫面生成及顯示、報表生成等，主要包括：

（1）電控部分。

運行狀態(tài)的監(jiān)視畫面；

故障狀態(tài)、設定操作的監(jiān)視畫面；

移動設備與閥門的位置顯示；

運行條件的確認與操作順序顯示；

故障報警（聲、光），記錄；

系統(tǒng)流程選擇；

系統(tǒng)聯(lián)鎖起動前的系統(tǒng)檢查；

設備的集中起?？刂啤?/p>

（2）儀控部分。

配料槽料位管理；

動態(tài)工藝流程圖畫面及過程參數(shù)顯示；

過程參數(shù)越限聲光報警；

實時采集生產(chǎn)參數(shù)報表的自動生成及打印；

實時、歷史趨勢記錄圖；

與配料秤及皮帶秤儀表模擬量傳輸。

4 結論

近年來，PLC的結構和性能的不斷改進推動者自動化技術的進步，而自動化技術的進步又將極大的解放和發(fā)展生產(chǎn)力。PID（比例-積分-微分控制器）控制技術是一個在工業(yè)控制中常見地比例控制方案積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加超調(diào)；微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應速度以及減弱超調(diào)趨勢。有效的利用PLC（可編程控制器）中的PID功能將會節(jié)省人力物力提高生產(chǎn)效率。

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