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技术改造与改进 第3 4 卷2 0 1 6 年第2 期 总第 1 8 2 期 P L C 在烧结氯化钙喷洒装置中的应用 钱建国崔树文张永 鞍钢股份鲅鱼 圈钢铁分公司设备检修 中心营口 1 1 5 0 0 7 【 摘要】 针对烧结成品矿氯化钙液体喷洒装置存在的缺陷提出了改进方案， 将原来笨拙的人工操作改为 由P L C控制， 提高了设备的工作效率和 自 动化程度， 产品的质量得到了 提高， 生产事故率也大大降低。 【 关键词】 烧结矿氯化钙自动控制 Ap p l i c a t i o n o f P LC o n S p r a y i n g De v i c e o f S i n t e r i n g Ca l c i u m Ch l o r i d e Q I A N J i a n g u o ， C U I S h u - w e n ， Z HA N G Y o n g E q u i p me n t M a i n t e n a n c e C e n t e r o f A n g a n g B a y u q u a n I r o nS t e e l C o ． ． Y i n g k o u l 1 ．5 O o z 【 A b s t r a c t 】 P u t f o r w a r d a n i m p r o v i n g p l a n f o r t h e d e f e c t s i n t h e s p r a y i n g d e v ic e o f t h e c a l c i u m c h l o rid e l i q u i d f o r f i n i s h e d s i n t e r i n g o r e ． T h e i n c o n v e n i e n t ma n u a l o p e r a t i o n wa s r e p l a c e d b y P L C c o n - t r o 1 ． T h u s ， t h e wo r k i n g e ffic i e n c y ， a u t o ma t i c l e v e l ， a n d p r o d u c t q u a l i t y a r e i mp r o v e d ， wh i l e p r o d u c t i o n a c c i d e n t r a t e i s g r e a t l y l o w e r e d ． 【 K e y w o r d s ] S i n t e r i n g o r e ， c a l c iu m c h l o ri d e ， a u t o m a t i c c o n tr o l 1 前言 烧结是将各种粉状含铁原料配人适量的燃 料 、 熔剂 、 加入适量 的水 ， 经混合 和造球 后在烧结 设备上发生一系列物理化学变化， 使矿粉颗粒黏 结成块的过程 。 烧结矿低温还原粉化 的主要因素是 F e O ， ， 骸 晶体的F e O 。 在高炉上部与还原气体接触， 六方菱 形赤铁矿转变为立方体的磁铁矿时体积扩大， 导 致烧结矿产生内应力， 进而导致强度减弱破坏， 在 机械力的作用下产生粉化。这一粉化现象直接影 响高炉的透气性 ， 影响铁水的冶炼。为了给高炉 提供优质的原料， 保护高炉的透气性， 烧结矿质量 尤为重要 。 氯化钙溶液在烧结矿中的作用是向一定温度 的烧结矿喷洒氯化钙溶液 ， 水分蒸发后 ， 溶质结 晶， 晶体吸附在烧结矿的表面及空隙中形成一层 保护膜 ， 其一方面阻碍了还原气体与烧结矿表面 的接触， 从而抑制了烧结矿表面的还原； 另一方面 薄膜堵塞了还原气体进入烧结矿的通道 ， 阻碍了 烧结矿内部的继续还原， 减缓了烧结矿的低温还 原速度 ， 从而有效地抑制了烧结矿的低温还原粉 化。所以采用了在烧结成品矿中喷洒氯化钙溶液 来抑制烧结矿的低温还原粉化的生产工艺。 鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司烧结区域为提高 烧结矿质量， 有效地抑制烧结矿低温还原粉化， 采 用的是喷洒氯化钙技术。但先期的操作方式较笨 拙且精度也不高， 经常产生各种问题， 影响了成品 矿的正常产出 ， 由于采用单独的两 台电控水泵 ， 人 工控制阀门 ， 时常 因联系不 当， 阀门开关不及时 ， 而造成现场跑水或成品矿加水不及时 ， 造成设备 损坏和能源损失， 并且严重影响烧结成品矿的质 量。由于无法控制的人为不确定因素， 因此考虑 采用计算机控制氯化钙水溶液的自动喷洒， 通过 加水 自动化提高劳动生产率、 减少能源浪费、 提高 操作精度。 2 存在问题 1 设备概况 药池容积 2 0 m 两个 ， 水泵 1 3 ．2 t ／ h 两台 ， 喷洒点在成品皮带6 转一 1 A B 头尾 各一处， 喷洒溶液总量2 ． 1 t ／ h 。 2 喷洒方法 氯化钙喷洒装置由两台普通小 型水泵及电动机组成， 采用一工一备的方式 ， 当成 品皮带启动后 ， 烧结主控室通知氯化钙岗位人员 启动氯化钙水泵， 将手动阀门开度开至2 0 ％， 待成 品皮带出料时， 烧结主控室再根据出料情况通知 岗位人员手动控制水阀开度， 控制氯化钙水溶液 流量。在停机时， 烧结主控室监控画面看到成品 皮带上如没有矿料时， 便通知氯化钙岗位人员关 ． 4 3 ． 第3 4 卷2 0 1 6 年第2 期 总第 1 8 2 期 技术改造与改进 闭手动 阀门， 然后停止氯化钙水泵 。 3 存在 问题 成 品皮 带运 转后人 工启 动水 泵， 根据观察和询问调控出料多少， 人为控制阀门 对成品矿进行喷洒。由于是人工操作 ， 所以水流 量大小是控制不准确的， 造成矿低温还原粉化率 高低不等， 直接影响了高炉冶炼 ， 对炉况顺行和高 产十分不利。在联络方面时常出现不及时现象 ， 尤其是在事故停机时， 烧结主控室人员忙于处理 事故现场 问题 ， 来不及通知氯化钙 岗位人员关 阀 停泵， 从而常常会出现跑水现象 ， 若发现不及时就 会造成皮带头部各种电气设备腐蚀 、 烧损。有时 紧急事故停机 ， 烧结主控室通知氯化钙岗位人员 关阀停泵 ， 但在故障处理完后转车时， 烧结主控室 由于工作忙乱联系不当， 没有及时通知氯化钙岗 位人员起泵开 阀 ， 造成一部分成品矿没有加入氯 化钙水溶液 ， 使前后烧结成品矿的低温还原粉化 程度不同， 影响了烧结矿的质量 ， 进而影响了高炉 透气性的稳定 。 3 改进方案 针对原来不科学的生产方式 ， 结合现场的工 艺特点及生产要求， 在原有设备的基础上加入小 型P L C 系统 ， 通过采集现场数据 ， 利用P L C 进行实 时监控来实现烧结矿喷洒氯化钙的自动控制。 3 ． 1 工作原理 采用现场手动和自动控制两种控制功能。 1 现场手动 选择开关打至“ 手动” 位， 与主 控室联络， 机旁手动停启水泵及阀门 原先的控制 方式用于应急状态 。 2 自动控制 选择开关打至“ 自动” 位 ， 此 时 P L C 读取成品矿输出皮带 6 转皮带 启停状态来 控制水泵的启停 ， 并且通过控制切断阀门来控制 水路， 根据现场需求控制调节阀， 调节氯化钙水溶 液流量大小 。 首先把原料皮 带秤上料流量 通过 电流方式 输入 4 ～ 2 0 m A 送到P L C ， P L C 算出可能产出的成 品矿流量 ， 通过成品矿流量的大小再计算出所需 氯化钙的流量， 然后P L C 控制切断阀门开 ， 输出给 调节阀一个预置开度。成品烧结矿输出后根据成 品矿的实际流量通过P L C 控制调节阀进行微调。 然后根据成品矿的实际流量值通过各点的反馈数 据给计算机， 计算机给出相应的调节阀开度来进 行氯化钙的喷洒。氯化钙液体的流量数据通过电 磁流量计反馈给P L C ， P L C 将反馈数据与实际开度 一 4 4 一 进行比较， 实现对调节阀的微调， 通过这种反复的 调节来满足氯化钙在成品矿生产中的实际需要。 3 ． 2控 制过 程 当成品矿皮带启动时 ， 将启动信号输入到 P L C ， P L C 处理数据等待启动氯化钙水泵。同时将 原料上料量输入P L C ， P L C 根据上料量计算出成品 矿流量 按成品出矿率8 5 ％计算 。例如原料上料 电子秤显示的原料矿为8 0 0 t ／ h ， 那么计算得成品矿 为8 0 0 8 5 ％ 6 8 0 t／ h ， 并根据计算的成品矿流量计 算出氯化钙水溶液的喷洒量为 1 ％， 即6 8 0 t 的成品 矿需要氯化钙水溶液为6 ． 8 m 。／ h ， 计算机根据计算 出的流量值给定调节阀开度。另外P L C 通过成品 皮带秤反馈值检测成品矿是否有流量， 当有流量 信号时将切断阀打开， 启动氯化钙水溶液水泵， 并 跟踪成品矿流量变化， P L C 根据各项数据的反馈对 喷洒量进行调整， 达到最佳。成品皮带停机时， 切 断阀 自动关闭， 待阀门关闭后 自动将水泵停下。 如果成品皮带运行信号再次启动， 氯化钙水溶液 水泵继续跟踪启泵 ， 并 按成品矿 流量 调节氯化钙 水溶液流量。运行中， 当1 号水泵机组故障停机时 或现场流量降低时， 2 号水泵机组 自动追启， 来满 足氯化钙水溶液的供应量 ， 电气控 制原理见图 1 ， 工艺流程见图2 。 ss K M- 为 1 号泵接 触器 ， KMz 为 2 号 泵接 触 器， Q A ． 为手 动启动 1 号泵 ， Q A z 为手动启动 2号泵， KA ， 为 自动启动 1 号泵 ， K A 为 自动启 动 2 号泵 ， s S 为手 自动选择 开关。 图 l 电气控制原理 4 控制系统设计 4 ． 1 硬 件 的选 用 1 P L C选 用 S 7 2 0 0 。模 块 选 用 C P U 2 2 6 ， EM2 31， EM23 2。 C P U 2 2 6 模块 的I ／ O总数为4 0 点。其 中输入2 4 点， 输出1 6 点。可带7 个扩展模块， 用户程序存储 容量为 6 ． 6 K， 具有 P I D控制器 的功能。 模拟量输入模块 E M2 3 1 具有 4 ／ i, - 模拟量输入 通道 。电流输入范 围0 ～ 2 0 m A。模拟量 到数字量 技术改造与改进 第3 4 卷2 0 1 6 年第2 期 总第 1 8 2 期 图2 氯化钙喷洒工艺 的最大转换时间为2 5 0 s 。该模块需要2 4 V 直流 供电。可由C P U内部电源供电， 也可由用户提供 外部电源。模拟量输入模块分辨率通常以A ／ I 转 换后在二进制数字量的位数来表示。 模拟量输出模块E M 2 3 2 具有 2 个模拟量输出 通道。该模块输出的电流信号范围为0 ～ 2 0 m A 。 电流输出的设置时间为2 m s 。该模块需要D C 2 4 V 供 电。 2 检测仪表的选用 。电磁流量计是 M F ／ E 6 5 0 1 6 1 1 1 0 0 E R1 1 型 ， 流量 0 2 0 0 m ／ h ， 4 2 0 0 mA可 调 。 调 节 阀 是 P S L 2 0 8 ～2 2 0 ／ 5 0 一WS 一5 0 一P O T P S A P 4 型 ， 给定 4 2 0 0 m A， 开度 0 。 ～ 9 O 。 ， 管径 6 c m。 切断阀是P S Q 2 0 0 2 2 0 ／ 5 0 2 7 一 F 0 7 型。 3 P L C 外部接线见图3 。 l 原料 矿 流 确 流量 l成品矿流量 I 调节阀 f [{] 输出控制[ ] ] ’1 _____ l I I I l l l 。0 V 1 0 I L Q 0 ． 0 Q 1 ． 1 A A - B B C C C PU 2 2 6 EM2 31 EM2 3 2 1 M I O ． 0 1 0 ． 1 I 1 ． 5 I l I j lI M I I 半 卜 卜一 输入控制 J- 图 3 P L C 外部接线 4 ． 2自动 控制 方 法 除 了用 自动连锁式启动水 泵外 ， 还要根据 成 品矿流量的大小来调节氯化钙水溶液流量的变 化， 故在控制程序中采用P I D 控制算法控制氯化钙 水溶液流量。 P I D 调节 P I D 控制器是比例一 积分一 微分控制 P r o p o r t i o n a l I n t e g r al D e r iv a ti v e 的简称， 其优点是 不需要精确的控制系统数学模型， 有较强的灵活 性和适应性。 比例调节作用 是按比例反应系统的偏差， 系 统一旦出现了偏差， 比例调节立即产生调节作用 用以减少偏差。 积分调节作用 是使系统消除稳态误差， 提高 无差度。因为有误差 ， 积分调节就进行 ， 直至无 ．． 4 5 第3 4 卷2 0 1 6 年第2 期 总第 1 8 2 期 技术改造与改进 差， 积分调节停止， 积分调节输出一常值。 微分调节作用 微分作用反映系统偏差信号 的变化率， 具有预见性 ， 能预见偏差变化的趋势， 因此 ， 能产生超前的控制作用， 在偏差还没有形成 之前 ， 已被微分调节作用消除 ， 可以改善系统 的动 态性能 。 P L C的P I D控制器 的设计 是 以连续 的P I D控 制规律为基础， 将其数字化 ， 写成离散形式的P I D 方程 ， 再 根据离散 方程进行控 制程序 的设计 ， 见 图 4 。 图4 P 】 D 数字量闭环控制系统结构 P I D功能指令 S 7 2 0 0 提供 了P I D控制用 的功 能指令 ， 与模拟量输入／ 输 出模块一起使用 ， 正确编 排P I D指令回路表可方便地实现P I D控制算法 。 s 7 2 0 0 系列 中 C P U 2 2 6 具 有 P I D调 节运算指令等 特殊功能。使用时 ， 只需在P L C内存中填写相应 的P I D控制参数表 ， 再执行指令 P I D T A B L E和 L O O P， 即可完成 P I D运算 。 部分控制程序如下。 O B I 主程序 Ne t wo r k 1 LD S M0． 1 MOVB 1 O． S MB3 d ATCH I NT 0 ． 1 0 ENI N e t w o r k 2 L D S M0． O L PS A 1 0． O S M0 ． O． 1 LRD A I O ． 1 R M0． 0 ． 1 LPP A MO． 0 LPS 0 o ． 1 I N T 0 P I D 控制算法 Ne t wo r k 1 L D M0 ． O 4 6 S M0． 5 AI W O． AC0 ACO， AC0 AC0， VD0 3 2 0 0 0． 0， VD0 VB0 0 VD8 ， AC0 1 6 00 0 ． 0 AC0 AC0 ， AC0 AC0， AC0 1 6 0 0 0． VW 41 6 5结束 语 通过对氯化钙水溶液喷洒控制系统的改进 ， 提高了烧结生产工 艺的精 准度 ， 提高 了烧 结成 品 矿的质量。在多次故障停车的情况下能够实现氯 化钙水溶液喷洒装置的自动启停 ， 避免了各种设 备事故和能源损失， 达到了设计的要求， 从烧结成 品矿生产角度是成功 的。但也存在不足之处 ， 没 有采用变频器控制电动机速度来调节氯化钙水溶 液的流量大小， 而是通过计算机内部的P I D 运算控 制调 节 阀的开 度 ， 从 而调节 氯化 钙水 溶液 的 流 量。也没有将氯化钙水池液位参数加入到程序中 进行参与监控。 2 0 1 5 - 0 9 0 9 收稿 R R A 叫 眦 啪 叫 删