中間倉(cāng)智能自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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摘要:當(dāng)前燒結(jié)機(jī)與高爐之間設(shè)置了中間倉(cāng)，作為高爐燒結(jié)礦的緩沖倉(cāng)，崗位工人在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)目測(cè)觀察中間倉(cāng)的料位，根據(jù)料位手動(dòng)控制前進(jìn)后退來(lái)控制小車的位置，實(shí)現(xiàn)定位下料。崗位工人工作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，危險(xiǎn)性高。為此安裝雷達(dá)料位儀和小車位置檢測(cè)設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，根據(jù)各個(gè)倉(cāng)的料位智能判斷下料順序，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

關(guān)鍵詞:燒結(jié)機(jī);中間倉(cāng);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);位置檢測(cè);料位檢測(cè)

酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興股份有限公司4#燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)出的成品燒結(jié)礦經(jīng)過(guò)整粒運(yùn)輸，送到中間倉(cāng)，經(jīng)過(guò)中間倉(cāng)緩存后再送到高爐，所以燒結(jié)中間倉(cāng)儲(chǔ)是一個(gè)不可或缺的中間環(huán)節(jié)，4#燒結(jié)中間倉(cāng)給7#高爐儲(chǔ)備成品燒結(jié)礦，共有3個(gè)倉(cāng)，每班配崗位工一個(gè)。成3膠帶機(jī)及成3小車是將燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的成品燒結(jié)礦輸送到3個(gè)中間倉(cāng)。裝料設(shè)備主要由在軌道上移動(dòng)的小車及小車上的膠帶機(jī)組成，小車在軌道上可以前進(jìn)、后退，膠帶機(jī)可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運(yùn)行。當(dāng)前是通過(guò)人工手動(dòng)控制小車前進(jìn)、后退、膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別給3個(gè)倉(cāng)下料。由于設(shè)計(jì)施工時(shí)限于技術(shù)和資金等原因，至今中間倉(cāng)裝料依然是人工手動(dòng)控制裝料，未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位控制?，F(xiàn)場(chǎng)崗位工提燈觀察每個(gè)倉(cāng)的料位情況，人工手動(dòng)控制小車前進(jìn)后退給各倉(cāng)下料。在中間倉(cāng)上粉塵較大，崗位工必須時(shí)時(shí)刻刻觀察料位情況，防止料空或料滿堆料。崗位勞動(dòng)強(qiáng)度較大，工作環(huán)境差，易患矽肺職業(yè)病，甚至可能發(fā)生機(jī)械傷害。在當(dāng)前國(guó)家倡導(dǎo)的綠色化、信息化、智能化的思想引導(dǎo)下，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的中間倉(cāng)裝料勢(shì)在必行。

1實(shí)現(xiàn)中間倉(cāng)裝料自動(dòng)控制的條件

首先是要求解決下料小車的定位的問(wèn)題，只有解決小車的位置檢測(cè)，才能判定小車是否前進(jìn)或后退，這是達(dá)到智能控制的前提。料倉(cāng)料位的檢測(cè)將料倉(cāng)的料位信號(hào)送到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)該倉(cāng)的料位分析、判斷是否應(yīng)該繼續(xù)下料或換倉(cāng)下料，實(shí)現(xiàn)料空、料將滿報(bào)警提示、料滿自動(dòng)停機(jī)的自動(dòng)控制功能的前提判斷條件。

1.1位置檢測(cè)設(shè)備的選擇

位置檢測(cè)經(jīng)典的方法是利用限位信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，近來(lái)大量地采用編碼器實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)，將編碼器安裝在電機(jī)軸上，電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)送到PLC高速計(jì)數(shù)器模塊上，計(jì)算出小車的位置，但是對(duì)安裝要求較高。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)打滑時(shí)將無(wú)法準(zhǔn)確定位小車的位置，PLC+編碼器的定位系統(tǒng)并不是真正的實(shí)際位置，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出的間接位置。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)前普遍使用的編碼電纜能很好地解決小車定位的問(wèn)題。編碼電纜位置檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，其特點(diǎn)是：①無(wú)接觸工作方式：編碼電纜位移傳感器是通過(guò)安裝在移動(dòng)站的天線箱和敷設(shè)在移動(dòng)機(jī)車軌道旁的編碼電纜進(jìn)行電磁耦合來(lái)傳遞信息的，無(wú)直接接觸磨損；②位置檢測(cè)準(zhǔn)確連續(xù)：檢測(cè)精度達(dá)1mm，能滿足移動(dòng)小車精確定位的要求；③抗干擾能力強(qiáng)可靠性高：由于編碼電纜不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在粉塵高地惡劣環(huán)境條件中長(zhǎng)期可靠地工作；④適應(yīng)性強(qiáng)：能安裝在各種嚴(yán)酷的環(huán)境中。綜合以上特點(diǎn)選用編碼電纜作為定位檢測(cè)的設(shè)備。

1.2中間倉(cāng)料位檢測(cè)

料位檢測(cè)有兩種檢測(cè)方式，用稱重檢測(cè)作為倉(cāng)里的料量檢測(cè)是最好的檢測(cè)方式，但是不能應(yīng)用在固定倉(cāng)上，尤其是大型的水泥倉(cāng)體。另外一種是選用雷達(dá)料位計(jì)，其特點(diǎn)為：①測(cè)量連續(xù)準(zhǔn)確，雷達(dá)料位計(jì)的優(yōu)勢(shì)就是能夠連續(xù)續(xù)準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，能夠在各種環(huán)境中精確、快速地測(cè)量不同的介質(zhì)，并且不受環(huán)境因素的影響，保證了測(cè)量的持續(xù)性和準(zhǔn)確性；②抑制干擾波，具有抑制回波干擾的能力，可以在內(nèi)部對(duì)這些干擾的回波進(jìn)行不同程度的抵御和抑制；③操作簡(jiǎn)單方便，維護(hù)也十分簡(jiǎn)單，使用者根據(jù)代碼的提示進(jìn)行障礙分析排除，最終確定故障，并解決，保證儀表的正常運(yùn)作；④適用范圍廣，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。

2中間倉(cāng)智能自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及要求

1）機(jī)旁手動(dòng)控制模式：保留現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁操作，當(dāng)自動(dòng)定位系統(tǒng)故障或者其他電氣故障無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制時(shí)轉(zhuǎn)入現(xiàn)場(chǎng)控制，或在設(shè)備檢修期間單體試車時(shí)使用。此時(shí)設(shè)備連鎖狀態(tài)解除，可任意啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備，控制權(quán)限設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁操作箱上；

2）遠(yuǎn)程手動(dòng)控制模式（軟手動(dòng)）：將機(jī)旁箱的手自動(dòng)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)，中控室崗位工可采用計(jì)算機(jī)上位畫(huà)面手動(dòng)控制小車的前進(jìn)、后退，膠帶機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，能遠(yuǎn)程手動(dòng)控制小車，能準(zhǔn)確地將物料卸在指定的倉(cāng)內(nèi)，控制權(quán)限在上位機(jī)操作員；

3）實(shí)現(xiàn)與原膠帶機(jī)系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)與膠帶機(jī)系統(tǒng)聯(lián)鎖控制功能，能根據(jù)每個(gè)倉(cāng)的料位高低，自行判斷向優(yōu)先級(jí)高的倉(cāng)裝料，在確保中間倉(cāng)不斷料的情況下，最長(zhǎng)時(shí)間地向中間倉(cāng)裝料，減少倒倉(cāng)次數(shù)，減少機(jī)械磨損，提高裝倉(cāng)效率，其全部的控制權(quán)限在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和要實(shí)現(xiàn)的最終的目標(biāo)。上位機(jī)操作站具備槽上卸料車動(dòng)畫(huà)顯示、工藝流程監(jiān)視、料位顯示、小車實(shí)時(shí)位置、手動(dòng)操作畫(huà)面、記錄報(bào)表畫(huà)面、通信監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置等，能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間調(diào)閱崗位操作記錄報(bào)表及報(bào)警記錄報(bào)表等信息；最終實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人值守。皮帶卸料小車的自動(dòng)要能達(dá)到全自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制（計(jì)算機(jī)上人工操作）、機(jī)旁手動(dòng)控制。當(dāng)某個(gè)倉(cāng)缺料時(shí)，根據(jù)中間倉(cāng)的料位或操作員在中控室的計(jì)算機(jī)上發(fā)出的指令卸料小車自動(dòng)定位到該倉(cāng)下料口，當(dāng)料倉(cāng)的料接近滿倉(cāng)時(shí)報(bào)警提示中控室崗位注意減料或準(zhǔn)備停機(jī)，當(dāng)所有倉(cāng)的料位均達(dá)到倉(cāng)滿時(shí)，立即實(shí)現(xiàn)停止裝料，停燒結(jié)機(jī)運(yùn)行。

2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路

生產(chǎn)工藝及程序設(shè)計(jì)流程如圖1所示：中間倉(cāng)是為高爐煉鐵儲(chǔ)備燒結(jié)礦的，首先不能斷料，持續(xù)保證每個(gè)倉(cāng)供料充足；第二是倒轉(zhuǎn)次數(shù)盡可能少，過(guò)多的倒倉(cāng)對(duì)設(shè)備的磨損影響較大，增加設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和故障時(shí)間，影響設(shè)備的使用壽命；第三要求能夠繼續(xù)保留原有的手動(dòng)倒轉(zhuǎn)的功能，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)仍然能切換到人工手動(dòng)控制，繼續(xù)人工操作，同時(shí)增加計(jì)算機(jī)畫(huà)面手動(dòng)控制，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)立即切換到計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面上手動(dòng)控制小車的位置及膠帶機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)控制；第四增設(shè)必要的報(bào)警及歷史趨勢(shì)，以及手自動(dòng)、事故開(kāi)關(guān)、料倉(cāng)高限位、料倉(cāng)低限位等連鎖，提示報(bào)警或停機(jī)等故障信息，提醒崗位工關(guān)注異常的信號(hào)并及時(shí)處理。中間倉(cāng)設(shè)置兩套料位數(shù)據(jù)采集裝置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)研：1#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)；2#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)；3#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)。根據(jù)觀察1#倉(cāng)、3#倉(cāng)下料，小車不動(dòng)，位置數(shù)據(jù)是9660，3#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)，1#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)。2#倉(cāng)下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)，小車位置是12040。通過(guò)對(duì)人工下料過(guò)程的分析，以每個(gè)中間倉(cāng)兩個(gè)料位中一個(gè)料位作為基準(zhǔn)料位，實(shí)現(xiàn)料位分析判斷。第二小車實(shí)時(shí)定位檢測(cè)信息的采集，根據(jù)編碼電纜送過(guò)來(lái)小車位置信息，控制小車前進(jìn)、后退及停止，實(shí)現(xiàn)判斷最低倉(cāng)下料。對(duì)每一個(gè)中間倉(cāng)的料位設(shè)置四個(gè)限位即最低限位、低限位、高限位、最高限位，可以根據(jù)需要手動(dòng)修正報(bào)警參數(shù)，當(dāng)中間倉(cāng)料位最低時(shí)，馬上會(huì)斷料，需緊急給該中間倉(cāng)下料；當(dāng)料位達(dá)到高限位時(shí)，表示該倉(cāng)已滿，即滿倉(cāng)，需要立即停止給該中間倉(cāng)裝料，倒倉(cāng)給另外一個(gè)倉(cāng)在三個(gè)中間倉(cāng)最低的料倉(cāng)下料；當(dāng)中間倉(cāng)料位到達(dá)最高限位時(shí)，表示需要停機(jī)，否則會(huì)爆倉(cāng)導(dǎo)致事故。當(dāng)兩個(gè)倉(cāng)同時(shí)抵近最低限位時(shí)，哪個(gè)倉(cāng)最先達(dá)到最低限位先給哪個(gè)倉(cāng)下料，持續(xù)下料一段時(shí)間（如設(shè)定一分鐘）后再給另一個(gè)最低限位倉(cāng)下料，防止來(lái)回頻繁倒轉(zhuǎn)下料。直到兩個(gè)倉(cāng)料量離開(kāi)低限位后，先給一個(gè)倉(cāng)下料到滿倉(cāng)后再給另個(gè)倉(cāng)下料直到滿倉(cāng)。設(shè)置每個(gè)倉(cāng)的選擇信號(hào)，當(dāng)該中間倉(cāng)檢修時(shí)可以選擇系統(tǒng)連鎖控制切除，檢修完畢后可以選擇該中間倉(cāng)投入到系統(tǒng)連鎖控制。當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏或撕裂、打滑時(shí)，料位始終不能上升時(shí)，根據(jù)料量計(jì)算料滿的時(shí)間，周期性檢測(cè)正在下料的倉(cāng)料量持續(xù)不升反降，或當(dāng)前料量應(yīng)該大于下料前的值，否則視為跑偏撒料或不正常下料，立即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面上報(bào)警提示或語(yǔ)音報(bào)警，提示崗位人員注意。

2.3自動(dòng)控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)

1）編寫最小限位料倉(cāng)查詢子程序，主要功能是針對(duì)3個(gè)中間倉(cāng)實(shí)時(shí)循環(huán)查找哪個(gè)倉(cāng)的料量降到最低限位的料倉(cāng)，一旦發(fā)現(xiàn)有最低限料倉(cāng)時(shí)，立即發(fā)出向該倉(cāng)下料的倒倉(cāng)指令，如果該倉(cāng)通過(guò)下料退出最低倉(cāng)限位時(shí)，有檢測(cè)到有一個(gè)中間倉(cāng)的料量達(dá)到最低限位倉(cāng)時(shí)，延續(xù)1分鐘，轉(zhuǎn)向下一個(gè)最低限位倉(cāng)下料的指令，該指令優(yōu)先級(jí)最高。

2）編寫最低料位倉(cāng)查詢子程序，主要功能是通過(guò)3個(gè)倉(cāng)的料數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比較，查詢最低料位倉(cāng)，最低料位不是最低限位料倉(cāng)，并不會(huì)立即斷料，一般料量高于最低限位料量，任何時(shí)刻總會(huì)有最低位倉(cāng)，并作出標(biāo)記，等待正在下料地倉(cāng)結(jié)束后給該倉(cāng)下料，如果某一個(gè)倉(cāng)檢修，則選掉該倉(cāng)，不參與查詢比較，其他倉(cāng)繼續(xù)比較查詢最低料位倉(cāng)。

3）編寫料位高觸發(fā)停止下料倒倉(cāng)子程序，主要的功能是檢測(cè)正在下料的倉(cāng)的料位情況，當(dāng)正在下料地倉(cāng)的料量大于設(shè)定值時(shí)立即發(fā)出指令停止下料，轉(zhuǎn)到下一個(gè)最低料位的倉(cāng)。同時(shí)也要兼顧手動(dòng)切換自動(dòng)時(shí)，檢測(cè)料量是否高于設(shè)定值，是否需要停止下料轉(zhuǎn)到下一個(gè)最低倉(cāng)下料。

4）倒轉(zhuǎn)指令控制子程序，收集以上三個(gè)程序的指令分析判斷，哪幾個(gè)皮帶需要倒轉(zhuǎn)，那幾個(gè)皮帶需要停止，通過(guò)組合發(fā)出正轉(zhuǎn)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的指令，確保配倉(cāng)皮帶按順序啟動(dòng)，向指定的料倉(cāng)下料。5）監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)，在原有的畫(huà)面上設(shè)計(jì)3個(gè)中間倉(cāng)的選擇按鈕，程序主要控制流程圖如圖2所示：

2.4控制系統(tǒng)主要硬件配置

位置檢測(cè)信號(hào)主要有游尺指針、刻度生成儀、刻度標(biāo)尺（編碼電纜）、刻度分析儀、網(wǎng)關(guān)。如圖3所示：PLC控制系統(tǒng)硬件是美國(guó)羅克韋爾公司ControlLogix5000系列產(chǎn)品，硬件配置有1756-PA75、1756-L73、1756-EN2T、1756-IB32等。下位軟件用與硬件相匹配的Rslogix5000v16.03，上位軟件是FactoryTalkViewSE6.0，通訊軟件為Rslinx2.56。

3燒結(jié)中間倉(cāng)智能自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及完善

系統(tǒng)改造投入使用，首先將成3膠帶機(jī)、成3小車設(shè)置遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行計(jì)算機(jī)手動(dòng)測(cè)試，確認(rèn)計(jì)算機(jī)手動(dòng)設(shè)備運(yùn)行正常后。再試驗(yàn)全自動(dòng)測(cè)試，試驗(yàn)成功，交付崗位工試運(yùn)行。使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)常有自動(dòng)定位不準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確地將小車定位到所要的下料口位置，總有些偏差，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)小車軌道不平，小車速度有些快，因?yàn)樾≤嚨膽T性，小車停穩(wěn)后已經(jīng)過(guò)了下料口。針對(duì)小車定位困難的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)作了以下調(diào)整，首先確定偏移量，料口位置數(shù)據(jù)=實(shí)際下料口位置±偏移量，確定小車提前停機(jī)，等停穩(wěn)后正好在下料口的位置。適當(dāng)加大下料口，最后增加手動(dòng)定位和自動(dòng)位置校正程序，當(dāng)首次自動(dòng)定位失敗后，系統(tǒng)保留3次自動(dòng)定位的機(jī)會(huì)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)或后退，直到小車停到預(yù)定的下料口的位置。3次自動(dòng)定位過(guò)后則報(bào)警提示，自動(dòng)定位失敗，需人工干預(yù)檢查現(xiàn)場(chǎng)是否有其他問(wèn)題。安全報(bào)警、安全聯(lián)鎖及其他意外情況等關(guān)于安全的方面需要更加考慮，增加倉(cāng)滿報(bào)警響鈴，并鎖定程序不再給該倉(cāng)打料，直到該倉(cāng)的料下降到該倉(cāng)料位的80%時(shí)，自動(dòng)解鎖該倉(cāng)的鎖定程序，防止倉(cāng)滿溢出大量的燒結(jié)礦的情況出現(xiàn)，增加小車軌道終端控制程序，防止小車意外撞出軌道脫軌。

4結(jié)束語(yǔ)

燒結(jié)中間倉(cāng)智能自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成后，通過(guò)不斷的實(shí)際驗(yàn)證，能夠完全替代人工崗位監(jiān)守，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)崗位的無(wú)人值守功能，該系統(tǒng)與燒結(jié)機(jī)主控制系統(tǒng)相銜接，與現(xiàn)有的控制工藝形成一個(gè)整體。當(dāng)前成熟的崗位工缺乏，減下來(lái)的崗位工可以填補(bǔ)其他的空缺，或做一些其他的環(huán)境好、比較輕松安全的工作，極大地提高了燒結(jié)廠的工作效率。

參考文獻(xiàn)

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作者:朱忠旺 單位:酒鋼（集團(tuán)）宏興鋼鐵股份有限公司