摘要：燒結(jié)配料作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)工序,，其自動(dòng)化的作用日益突現(xiàn),。盡管大多數(shù)燒結(jié)廠(chǎng)都很重視，也投資了自動(dòng)配料,，有的甚至改造過(guò)不止一次,，耗費(fèi)了大量資金。但最終能可靠運(yùn)行,，性能投資比高的則為數(shù)極少,。萊蕪鋼鐵廠(chǎng)針對(duì)工廠(chǎng)配料工藝要求，采用基于現(xiàn)場(chǎng)儀表通信的集散控制系統(tǒng),，經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)踐,，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行可靠、性能投資比高的目標(biāo),，為燒結(jié)廠(chǎng)配料自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn),。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)通信 集散控制 燒結(jié)配料 HART 人工智能調(diào)節(jié)器 

1、萊鋼1#燒結(jié)機(jī)配料工藝設(shè)備概況 
    
    燒結(jié)配料工序是將生產(chǎn)燒結(jié)礦所需的混勻鐵礦粉,、燃料（焦粉）,、溶劑（石灰石、白云石,、生石灰）及冷,、熱返礦，按照高爐冶煉要求及各種料的化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算,，確定各種料的配料比例,，通過(guò)重量檢測(cè)及控制給料設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配料,。萊鋼燒結(jié)機(jī)配料室共17個(gè)使用的料倉(cāng),，詳情見(jiàn)下表：

2、設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn) 
    
    針對(duì)傳統(tǒng)燒結(jié)配料自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，深入分析現(xiàn)場(chǎng)工藝及管理狀況,，結(jié)合最新測(cè)控實(shí)用先進(jìn)技術(shù),，設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)如下：

2.1 系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場(chǎng)儀表通訊的集散控制方式
    
    本設(shè)計(jì)將皮帶秤、沖板流量計(jì),、雷達(dá)物位計(jì),、人工智能調(diào)節(jié)器等通過(guò)具備現(xiàn)場(chǎng)通信功能的宇電智能儀表與上位機(jī)通訊連接，組成基于現(xiàn)場(chǎng)通訊的集散控制系統(tǒng),。
    
    該現(xiàn)場(chǎng)儀表通訊采用的是基于主從協(xié)議原理的HART通信協(xié)議,。其特點(diǎn)為通訊只有讀寫(xiě)兩條指令，上位機(jī)軟件編寫(xiě)容易,，并可用PC機(jī)作上位機(jī),，應(yīng)用其軟件資源豐富，發(fā)展極快的優(yōu)勢(shì),。與模擬傳輸相比,，具有易于調(diào)試維護(hù)和更高精度的優(yōu)點(diǎn)。
該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可靠性高,。
     
    采用光電隔離技術(shù)將通訊接口與儀表其他部分線(xiàn)路隔離,。當(dāng)通訊接口或線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，皮帶秤,、調(diào)節(jié)器仍能正常工作,。由于采用低電平數(shù)字信號(hào)且相位連續(xù)平均值為零，抗干擾能力強(qiáng),。接線(xiàn)簡(jiǎn)單,、維護(hù)方便，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確,。單機(jī)間檢測(cè)控制設(shè)備之間故障不蔓延,，上下位機(jī)之間故障不擴(kuò)散，故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響減至最小,，大大提高系統(tǒng)的可靠性,。手、自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式靈活多樣,。既可在上位機(jī),，也可在基本調(diào)節(jié)器，還可在變頻器及操作箱上轉(zhuǎn)換,，解決了故障時(shí)應(yīng)急慢的問(wèn)題,。

（2）上位機(jī)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，監(jiān)控程序功能更豐富,。
     
    由于以通訊方式采集數(shù)據(jù),，同時(shí)單機(jī)的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由下位機(jī)完成,，使得上位機(jī)主要進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理，可騰出更多的時(shí)間和內(nèi)存處理功能更豐富的應(yīng)用程序,。

（3）投資省,。
     
    上位機(jī)不用模擬量輸入輸出模塊及相應(yīng)盤(pán)柜，也免去了熱備上位機(jī),。同時(shí),，增加單機(jī)時(shí)無(wú)須再添公共部分硬件，節(jié)省系統(tǒng)擴(kuò)充費(fèi),。另外,，節(jié)省信號(hào)電纜及安裝調(diào)試費(fèi)。還對(duì)使用和維護(hù)人員素質(zhì)要求低,，節(jié)省培訓(xùn)費(fèi),。

2.2 硬件設(shè)備先進(jìn)實(shí)用，維護(hù)工作量小

（1） 針對(duì)一般皮帶秤維護(hù)工作量大,，抗干擾能力差的問(wèn)題，選用秤架免維護(hù),、稱(chēng)重毫伏信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化和變?yōu)?-20mA信號(hào)的皮帶秤,。

（2） 選用先進(jìn)實(shí)用沖板秤檢測(cè)白灰、熱返礦流量白灰,、熱返礦流量的連續(xù)檢測(cè)是燒結(jié)配料的一大難題,。 過(guò)去，一般用螺旋秤檢測(cè)白灰,，兩臺(tái)皮帶秤或核子秤檢測(cè)一個(gè)熱返礦下料點(diǎn),，均工作不穩(wěn)定、維護(hù)工作量大,、精度低,、投資高。本設(shè)計(jì)選用先進(jìn)實(shí)用的沖板秤檢測(cè),。其差動(dòng)放大器用高精度稱(chēng)重傳感器代替,，既提高了穩(wěn)定性及檢測(cè)精度，又降低了維修工作量和技術(shù)要求,。同時(shí),，使用陶瓷耐磨沖板，解決了鋼沖板壽命短的問(wèn)題,。另外,，其流量信號(hào)用皮帶秤稱(chēng)重模塊處理，解決了與上位機(jī)匹配問(wèn)題,。

（3） 基本控制器選用先進(jìn)的人工智能調(diào)節(jié)器能否實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)調(diào)節(jié),，正確選擇調(diào)節(jié)器是關(guān)鍵,。本設(shè)計(jì)選用廈門(mén)宇電AI-808型具備現(xiàn)場(chǎng)通訊功能采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的人工智能調(diào)節(jié)器。與一般調(diào)節(jié)器相比,，它能在降低超調(diào)的同時(shí)又提高響應(yīng)速度,。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié),，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象,；當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié),。具備自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)特性及給定值和測(cè)量值的改變分別處理的功能,。具有多種設(shè)定方式，既可直接在其面板按鍵上手動(dòng)數(shù)字設(shè)定,，還可在其外給定端子上模擬量設(shè)定,。為防止異常超調(diào)，還具有控制量上,、下限預(yù)設(shè)定功能 ,。同時(shí)調(diào)試簡(jiǎn)單，對(duì)正常生產(chǎn)影響小,。結(jié)構(gòu)型式為熱拔插式,，更換方便快捷。

（4）選用先進(jìn)的雷達(dá)物位計(jì)檢測(cè)白灰,、熱返礦倉(cāng)料位白灰,、熱返礦倉(cāng)料位傳統(tǒng)檢測(cè)方式為稱(chēng)重式、重錘式,、手工探尺,，均維護(hù)難及維修工作量大、不可靠,。我們選用準(zhǔn)確,、可靠、免維護(hù)的雷達(dá)物位計(jì)檢測(cè),。

2.3 應(yīng)用程序功能新穎,、實(shí)用、豐富
    
    應(yīng)用程序采用可視化性能良好的VB6.0編寫(xiě),。與一般配料監(jiān)控程序相比,，本系統(tǒng)監(jiān)控程序功能更新穎、實(shí)用,、豐富,，且人機(jī)對(duì)話(huà)能力強(qiáng)，突出表現(xiàn)為：

（1）報(bào)警方式采用超差反時(shí)限語(yǔ)音報(bào)警
    
    傳統(tǒng)報(bào)警大多為瞬時(shí)量或長(zhǎng)期連續(xù)累積量聲光報(bào)警,。由于給料方式的限制（下料不均） 瞬時(shí)量報(bào)警要么頻繁誤報(bào)警（來(lái)不及處理就恢復(fù)了）,；要么超差不報(bào)警（偏差大）而漏報(bào)警,。連續(xù)累積量報(bào)警，也因累積時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)而誤報(bào)及漏報(bào),。同時(shí),，確認(rèn)報(bào)警對(duì)象時(shí)還要與顯示器畫(huà)面配合。我們采用超差反時(shí)限報(bào)警,。即以一定累積量（絕對(duì)誤差）及時(shí)間間隔（最短處理時(shí)間）為報(bào)警條件,，瞬時(shí)量誤差連續(xù)累積并以通訊方式傳至上位機(jī)，其累積量在單位時(shí)間內(nèi)越大,，則報(bào)警時(shí)限越短,，反之，報(bào)警時(shí)限越長(zhǎng),。同時(shí),，瞬時(shí)量偏差過(guò)大時(shí)直接報(bào)警。這樣既不誤報(bào)也不漏報(bào),。另外,，采用語(yǔ)音廣播系統(tǒng)，自動(dòng)直接報(bào)出報(bào)警對(duì)象并提示原因和處理措施,。既縮短了報(bào)警確認(rèn)及處理時(shí)間,，也不需要操作人員盯著畫(huà)面，減輕了其疲勞程度,。

（2）解決了料批控制難題 
    
    傳統(tǒng)模擬集中控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)變料料批控制，上位機(jī)與調(diào)節(jié)器之間為模擬量設(shè)定,，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,。我們采用在上位機(jī)預(yù)設(shè)定變料值后，以現(xiàn)場(chǎng)通訊方式改變調(diào)節(jié)器設(shè)定值,，按料頭料尾對(duì)齊的原則自動(dòng)發(fā)送,，變料時(shí)間短，最長(zhǎng)時(shí)僅90秒（僅由混合料皮帶機(jī)速度及料倉(cāng)間距決定）,，調(diào)節(jié)器不超調(diào),，減少了因變料波動(dòng)帶來(lái)的惡性變料及生產(chǎn)不穩(wěn)問(wèn)題。在緩料停機(jī)時(shí)也不需與電氣聯(lián)鎖,。

（3）宇電AI-808真正實(shí)現(xiàn)手,、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換
    
    傳統(tǒng)手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換是指切換瞬間手﹑自動(dòng)瞬時(shí)輸出值相等,。而在配料自動(dòng)調(diào)節(jié)中,，手、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換要求的是切換前后控制量或被控量平均值相等,，這就必須先計(jì)算切換前控制量或被控量平均值,，然后再切換,，才能達(dá)到對(duì)工藝的影響最小，真正實(shí)現(xiàn)手,、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換,。顯然，傳統(tǒng)意義上的瞬時(shí)量手,、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換不適用于此,。因此，我們利用現(xiàn)場(chǎng)通訊在手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí),，先在上位機(jī)跟蹤計(jì)算出當(dāng)時(shí)每分鐘被控量平均值,；將此值作為自動(dòng)初始時(shí)的給定值；在自動(dòng)向手動(dòng)切換時(shí),，先在上位機(jī)跟蹤計(jì)算出當(dāng)時(shí)每分鐘控制量平均值,，將此值作為手動(dòng)初始時(shí)的控制值。再將它們?cè)O(shè)定到人工智能調(diào)節(jié)器上,，最后進(jìn)行平均值的手,、自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)快速切換。實(shí)現(xiàn)了一次轉(zhuǎn)換成功,，解決了以往手﹑自動(dòng)切換時(shí),，須進(jìn)行多次修改控制量或設(shè)定值，仍很難達(dá)到切換要求值,，造成生產(chǎn)波動(dòng)及延長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的問(wèn)題,。

2.3.4 自動(dòng)修正各秤校零、校秤后對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)器的原設(shè)定值根據(jù)校零,、校秤前后零點(diǎn)變化量及精確度變化,，自動(dòng)計(jì)算出與原設(shè)定值對(duì)應(yīng)的新設(shè)定值，確保新設(shè)定值與原設(shè)定值實(shí)物量相等,，避免了因校零,、校秤帶來(lái)的附加誤差，保持了生產(chǎn)的連續(xù)性,。而一般配料系統(tǒng)無(wú)此功能,。

2.3.5 實(shí)現(xiàn)了超差、換倉(cāng),、斷,、變、緩料自動(dòng)記錄及按時(shí)間查詢(xún),，解決了配料工序?qū)崟r(shí)監(jiān)督工藝紀(jì)律的難題,。
    
    當(dāng)發(fā)生以上報(bào)警時(shí)，顯示器自動(dòng)彈出具有報(bào)警對(duì)象,、報(bào)警原因,、處理方法,、值班人等內(nèi)容的對(duì)話(huà)框，值班人逐項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn),。明確了責(zé)任,，強(qiáng)化了操作人員的自律意識(shí)，為正確分析波動(dòng)原因打下了基礎(chǔ),，有利于工藝技術(shù)水平穩(wěn)定提高,。

2.3.6 歷史趨勢(shì)圖縱坐標(biāo)分兩個(gè)比例段，確保了大小流量在同一畫(huà)面均清晰分辨瞬時(shí)量變化趨勢(shì),。

2.3.7 在上位機(jī)顯示器集中查看,、修改各秤參數(shù)，校秤方便,。

2.3.8 料倉(cāng)料位虛擬指示初始料量減下料量為剩余量,，無(wú)須料位計(jì)也可較準(zhǔn)確指示料位。

2.3.9 以數(shù)據(jù)打包方式無(wú)誤差遠(yuǎn)傳配料信息,，并可異地查詢(xún),，實(shí)現(xiàn)了配料信息共享，提高了工藝管理水平,。

2.3.10 配比設(shè)置靈活多樣,。既可按工藝配料計(jì)算公式，輸入有關(guān)成份及總量后,，自動(dòng)計(jì)算設(shè)定量,，也可手工計(jì)算后逐個(gè)輸入設(shè)定值；既可在上位機(jī)上按料批控制要求統(tǒng)一預(yù)設(shè)定,，也可在各基本調(diào)節(jié)器上分別設(shè)定,。

2.3.11 單機(jī)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存放在其相應(yīng)模塊中，節(jié)省上位機(jī)時(shí)間及內(nèi)存,，系統(tǒng)擴(kuò)充余地增大。

2.3.12 計(jì)量單位可在t/h及kg/m之間點(diǎn)擊互換,，方便現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,。

2.3.13 顯示畫(huà)面設(shè)有幫助菜單, 方便操作及維修人員學(xué)習(xí)掌握。
 
3,、效果 
    
    經(jīng)兩年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐表明,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，減輕了操作及維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,。由于自動(dòng)檢測(cè)調(diào)節(jié),，大大減少了人工跑盤(pán)稱(chēng)料，可以騰出更多的時(shí)間巡檢,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理隱患,，進(jìn)而減少了突發(fā)性事故及其處理工作量,。同時(shí)，報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí),，也減少了干擾和處理故障的工作量,。特別是變料及手、自動(dòng)轉(zhuǎn)換一次到位,，既增強(qiáng)了控制實(shí)時(shí)性,，提高了控制精確度，又減輕了反復(fù)稱(chēng)料的勞動(dòng)強(qiáng)度,。人機(jī)界面直觀(guān),，功能操作簡(jiǎn)單，還設(shè)有幫助菜單,，方便易學(xué),。監(jiān)控程序人機(jī)對(duì)話(huà)能力強(qiáng)，方便工藝管理,，提高了操作人員的責(zé)任心,，減少了異常波動(dòng)，促進(jìn)了生產(chǎn)指標(biāo)的提升,。
    該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在圓盤(pán)給料方式下,，控制穩(wěn)定性連續(xù)可調(diào)及每分鐘累積量控制精確度為±1.5%。滿(mǎn)足了變,、緩料,，手、自動(dòng)切換,，校秤前后平穩(wěn)過(guò)渡及配料信息準(zhǔn)確及時(shí)遠(yuǎn)傳的工藝要求,。應(yīng)用程序功能集測(cè)、控,、管于一體,，達(dá)到了性能投資比高的目標(biāo)。
 
4,、存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施 

    4.1通信速度慢,。進(jìn)一步完善下位機(jī)功能，使上位機(jī)所取數(shù)據(jù)盡可能在下位機(jī)已統(tǒng)計(jì)好并存放在指定存儲(chǔ)單元,。同時(shí),，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，減少數(shù)據(jù)傳輸量經(jīng)縮短通信時(shí)間,。另外,，提高通信波特率。
    4.2 給料設(shè)備下料不均勻。進(jìn)一步改給料方式,，將圓盤(pán)給料全部改為寬皮帶拖料,。
    4.3 實(shí)物校驗(yàn)困難。在皮帶機(jī)落料點(diǎn)處增設(shè)移動(dòng)料斗秤,，隨時(shí)實(shí)物校秤,。
    4.4 儀控與電控分離。將儀控與電控結(jié)合,，采用AI-301M型開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)及配料信息入生產(chǎn)管理信息網(wǎng)。