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基于现场仪表通讯的集散控制系统在烧结自动配料中的应用
摘自《世界仪表与自动化》2006年第三期
山东莱芜钢铁股份有限公司烧结厂 山东莱芜 271104 作者：王如旭工程师
编者按：烧结配料作为钢铁生产的基础工序 ，其自动化的作用日益突现 。尽管大大都烧结厂都很重视 ，也投资了自动配料 ，有的甚至革新过不止一次 ，泯灭了大宗资金 。但zui终能可靠运行 ，性能投资比高的则为数少少 。莱芜钢铁厂针对工厂配料工艺要求 ，接纳基于现场仪表通信的集散控制系统 ，经过一年多的实践 ，实现了运行可靠、性能投资比高的目标 ，为烧结厂配料自动调理系统的革新设计积累了经验 。
要害词：现场通信 集散控制 烧结配料 HART 人工智能调理器
1、莱钢1#烧结机配料工艺设备概况
烧结配料工序是将生产烧结矿所需的混匀铁矿粉、燃料（焦粉）、溶剂（石灰石、白云石、生石灰）及冷、热返矿 ，凭据高炉冶炼要求及种种料的化学身分进行配料盘算 ，确定种种料的配料比例 ，通过重量检测及控制给料设备 ，实现配料 。莱钢烧结机配料室共17个使用的料仓 ，详情见下表：
| 仓号 | 1#-5# | 6# | 7# | 8# | 10# | 11# 12# | 13# 14# | 15# 16# | 17# 18# |
| 物料名称 | 混匀矿粉 | 焦粉 | 焦粉 | 煤粉 | 石灰石 | 白云石 | 生石灰 | 冷返矿 | 热返矿 |
| 给料方法 | 圆盘 | 圆盘 | 拖料 | 圆盘 | 圆盘 | 圆盘 | 螺旋 | 拖料 | 圆盘 |
| 控制方法 | 变频器改变给料量 | ||||||||
2、设计计划的特点
针对古板烧结配料自动控制系统保存的问题 ，深入剖析现场工艺及治理状况 ，结合测控实用先进技术 ，设计计划特点如下：
2.1 系统接纳基于现场仪表通讯的集散控制方法
本设计将皮带秤、冲板流量计、雷达物位计、人工智能调理器等通过具备现场通信功效的3377体育智能仪表与上位机通讯连接 ，组成基于现场通讯的集散控制系统 。
该现场仪表通讯接纳的是基于主从协议原理的HART通信协议 。其特点为通讯只有读写两条指令 ，上位机软件编写容易 ，并可用PC机作上位机 ，应用其软件资源富厚 ，生长极快的优势 。与模拟传输相比 ，具有易于调试维护和更高精度的优点 。
该系统具有以下优点：
（1）可靠性高 。
接纳光电隔离技术将通讯接口与仪表其他部分线路隔离 。当通讯接口或线路爆发故障时 ，皮带秤、调理器仍能正常事情 。由于接纳低电平数字信号且相位连续平均值为零 ，抗滋扰能力强 。接线简单、维护便当 ，数据传输准确 。单机间检测控制设备之间故障不蔓延 ，上下位机之间故障不扩散 ，故障对整个系统的影响减至zui小 ，大大提高系统的可靠性 。手、自动转换方法灵活多样 。既可在上位机 ，也可在基本调理器 ，还可在变频器及操作箱上转换 ，解决了故障时应急慢的问题 。
（2）上位机数据处理能力强 ，监控程序功效更富厚 。
由于以通讯方法收罗数据 ，同时单机的部分统计数据由下位机完成 ，使得上位机主要进行系统数据的处理 ，可腾出更多的时间和内存处理功效更富厚的应用程序 。
（3）投资省 。
上位机不必模拟量输入输出�？榧跋嘤ε坦� ，也免去了热备上位机 。同时 ，增加单机时无须再添公共部分硬件 ，节省系统扩充费 。另外 ，节省信号电缆及装置调试费 �；苟允褂煤臀と嗽彼刂室蟮� ，节省培训费 。
2.2 硬件设备先进实用 ，维护事情量小
（1） 针对一般皮带秤维护事情量大 ，抗滋扰能力差的问题 ，选用秤架免维护、称重毫伏信号现场数字化和变为4-20mA信号的皮带秤 。
（2） 选用先进实用冲板秤检测白灰、热返矿流量
白灰、热返矿流量的连续检测是烧结配料的一浩劫题 。 已往 ，一般用螺旋秤检测白灰 ，两台皮带秤或核子秤检测一个热返矿下料点 ，均事情不稳定、维护事情量大、精度低、投资高 。本设计选用先进实用的冲板秤检测 。其差动放大器用高精度称重传感器取代 ，既提高了稳定性及检测精度 ，又降低了维修事情量和技术要求 。同时 ，使用陶瓷耐磨冲板 ，解决了钢冲板寿命短的问题 。另外 ，其流量信号用皮带秤称重�？榇� ，解决了与上位机匹配问题 。
（3） 基本控制器选用先进的人工智能调理器
能否实现高精度自动调理 ，正确选择调理器是要害 。本设计选用厦门3377体育AI-808型具备现场通讯功效接纳模糊规则进行PID调理的人工智能调理器 。与一般调理器相比 ，它能在降低超调的同时又提高响应速度 。在误差大时 ，运用模糊算法进行调理 ，以*消除PID饱和积分现象；当误差趋小时 ，接纳革新后的PID算法进行调理 。具备自动学习系统特性及给定值和丈量值的改变划分处理的功效 。具有多种设定方法 ，既可直接在其面板按键上手动数字设定 ，还可在其外给定端子上模拟量设定 。为避免异常超调 ，还具有控制量上、下限预设定功效 。同时调试简单 ，对正常生产影响小 。结构型式为热拔插式 ，更换便当快捷 。
（4）选用先进的雷达物位计检测白灰、热返矿仓料位
白灰、热返矿仓料位古板检测方法为称重式、重锤式、手工探尺 ，均维护难及维修事情量大、不可靠 。我们选用准确、可靠、免维护的雷达物位计检测 。
2.3 应用程序功效新颖、实用、富厚
应用程序接纳可视化性能良好的VB6.0编写 。与一般配料监控程序相比 ，本系统监控程序功效更新颖、实用、富厚 ，且人机对话能力强 ，突出体现为：
（1）报警方法接纳超差反时限语音报警
古板报警大多为瞬时量或恒久连续累积量声光报警 。由于给料方法的限制(下料不均) 瞬时量报警要么频繁误报警(来缺乏处理就恢复了)；要么超差不报警(偏差大)而漏报警 。连续累积量报警 ，也因累积时间过短或过长而误报及漏报 。同时 ，确认报警工具时还要与显示器画面配合 。我们接纳超差反时限报警 。即以一定累积量（误差）实时间间隔（zui弊端理时间）为报警条件 ，瞬时量误差连续累积并以通讯方法传至上位机 ，其累积量在单位时间内越大 ，则报警时限越短 ，反之 ，报警时限越长 。同时 ，瞬时量偏差过大时直接报警 。这样既不误报也不漏报 。另外 ，接纳语音广播系统 ，自动直接报出报警工具并提示原因和处理步伐 。既缩短了报警确认及处理时间 ，也不需要操作人员盯着画面 ，减轻了其疲劳水平 。
（2）解决了料批控制难题
古板模拟集中控制系统要实现变料料批控制 ，上位机与调理器之间为模拟量设定 ，硬件结构庞大 。我们接纳在上位机预设定变料值后 ，以现场通讯方法改变调理器设定值 ，按料头料尾对齐的原则自动发送 ，变料时间短 ，zui长时仅90秒（仅由混淆料皮带机速度及料仓间距决定） ，调理器不超调 ，减少了因变料波动带来的恶性变料及生产不稳问题 。在缓料�；币膊恍栌氲缙� 。
（3）3377体育AI-808真正实现手、自动无扰动快速切换
古板手、自动无扰动快速切换是指切换瞬间手﹑自动瞬时输出值相等 。而在配料自动调理中 ，手、自动无扰动快速切换要求的是切换前后控制量或被控量平均值相等 ，这就必须先盘算切换前控制量或被控量平均值 ，然后再切换 ，才华抵达对工艺的影响zui小 ，真正实现手、自动无扰动切换 。显然 ，古板意义上的瞬时量手、自动无扰动快速切换不适用于此 。因此 ，我们利用现场通讯在手动向自动切换时 ，先在上位机跟踪盘算出其时每分钟被控量平均值；将此值作为自动初始时的给定值；在自动向手动切换时 ，先在上位机跟踪盘算出其时每分钟控制量平均值 ，将此值作为手动初始时的控制值 。再将它们设定到人工智能调理器上 ，zui后进行平均值的手、自动无扰动快速切换 。实现了一次转换乐成 ，解决了以往手﹑自动切换时 ，须进行多次修改控制量或设定值 ，仍很难抵达切换要求值 ，造成生产波动及延长抵达稳准时间的问题 。
2.3.4 自动修正各秤校零、校秤后对应调理器的原设定值
凭据校零、校秤前后零点变革量及度变革 ，自动盘算出与原设定值对应的新设定值 ，确保新设定值与原设定值实物量相等 ，制止了因校零、校秤带来的附加误差 ，坚持了生产的连续性 。而一般配料系统无此功效 。
2.3.5 实现了超差、换仓、断、变、缓料自动纪录及准时间盘问 ，解决了配料工序实时监管工艺纪律的难题 。
当爆发以上报警时 ，显示器自转动出具有报警工具、报警原因、处理要领、值班人等内容的对话框 ，值班人逐项进行确认 。明确了责任 ，强化了操作人员的自律意识 ，为正确剖析波动原因打下了基础 ，有利于工艺技术水平稳定提高 。
2.3.6 历史趋势图纵坐标分两个比例段 ，确保了巨细流量在同一画面均清晰区分瞬时量变革趋势 。
2.3.7 在上位机显示器集中检察、修改各秤参数 ，校秤便当 。
2.3.8 料仓料位虚拟指示初始料量减下料量为剩余量 ，无须料位计也可较准确指示料位 。
2.3.9 以数据打包方法*远传配料信息 ，并可异土地问 ，实现了配料信息共享 ，提高了工艺治理水平 。
2.3.10 配比设置灵活多样 。既可按工艺配料盘算公式 ，输入有关成份及总量后 ，自动盘算设定量 ，也可手工盘算后逐个输入设定值；既可在上位机上按料批控制要求统一预设定 ，也可在各基本调理器上划分设定 。
2.3.11 单机历史统计数据存放在其相应�？橹� ，节省上位机时间及内存 ，系统扩充余地增大 。
2.3.12 计量单位可在t/h及kg/m之间点击交换 ，便当现场验证 。
2.3.13 显示画面设有资助菜单, 便当操作及维修人员学习掌握 。
3、效果 经两年来的运行实践标明 ，系统事情稳定可靠 ，减轻了操作及维修人员的劳动强度 。由于自动检测调理 ，大大减少了人工跑盘称料 ，可以腾出更多的时间巡检 ，实时发明处理隐患 ，进而减少了突发性事故及其处理事情量 。同时 ，报警准确实时 ，也减少了滋扰和处理故障的事情量 。特别是变料及手、自动转换一次到位 ，既增强了控制实时性 ，提高了控制度 ，又减轻了重复称料的劳动强度 。人机界面直观 ，功效操作简单 ，还设有资助菜单 ，便当易学 。监控程序人机对话能力强 ，便当工艺治理 ，提高了操作人员的责任心 ，减少了异常波动 ，增进了生产指标的提升 。
该系统实现了在圆盘给料方法下 ，控制稳定性连续可调及每分钟累积量控制度为±1.5% 。满足了变、缓料 ，手、自动切换 ，校秤前后平稳过渡及配料信息准确实时远传的工艺要求 。应用程序功效集测、控、管于一体 ，抵达了性能投资比高的目标 。
4、保存的问题及革新步伐 4.1通信速度慢 。进一步完善下位机功效 ，使上位机所取数据尽可能在下位机已统计好并存放在存储单位 。同时 ，接纳数据压缩技术 ，减少数据传输量经缩短通信时间 。另外 ，提高通信波特率 。
4.2 给料设备下料不均匀 。进一步改给料方法 ，将圆盘给料全部改为宽皮带拖料 。
4.3 实物校验困难 。在皮带机落料点处增设移动料斗秤 ，随时实物校秤 。
4.4 仪控与电控疏散 。将仪控与电控结合 ，接纳AI-301M型开关量输入/输出�？� ，实现系统全自动及配料信息入生产治理信息网 。
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