莱钢265 m2烧结机综合自动化控制系统.pdf

第32卷 第4期 2010年8月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.4 August 2010 􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀧜 􀥜􀧜 􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀥜􀧜 􀥜􀧜 信息化建设信息化建设 摘要 莱钢在原2台265 m2烧结机三电一体自动控制的基础上， 通过数据处理及误差矫正技术、 下料流量恒定控制策略、 混合料水分自动控制、 烧结透气率的检测及判断等， 对基础自动化进行了完善优化， 同时， 在过程控制中， 将图像判断烧结 终点与在线模糊控制烧结终点有机结合， 形成了烧结终点的过程控制模型， 终点控制精确度高， 预报性强。系统优化后， 每 吨烧结矿可节省固体燃料消耗1 kg以上， 烧结机利用系数提高10％左右。 关键词 烧结； 综合自动控制； 基础自动化； 终点控制； 过程控制 中中图分类号号 TP293文献标识码 A文章编号 1004-4620 （2010） 04-0053-03 莱钢银山型钢炼铁厂2台265 m2烧结机的控制 均采用施耐德QUANTUM系列PLC， 虽然基础自动 化的硬件配置和控制比较先进， 但仍停留在一级定 值控制上。为此， 在后续的生产中， 通过探讨过程 控制方式方法， 逐步完善优化基础自动化， 建立智 能控制， 形成了综合自动化控制系统。 1基础自动化的完善优化 1.1数据处理及误差矫正技术 为保证数据准确反映现场实际情况， 配料控制 选用移动平均值滤波技术， 以防止配料过程检测中 主要的周期性干扰和突变的脉冲性干扰， 保护了异 常情况下数据的真实性。动态误差一般在软件中 很难发现， 但有部分动态误差可通过分析历史数据 进行修正。静态误差系统从2方面来处理， 一是通 过分析历史数据进行修正， 二是在系统设计时引用 矫正值技术， 即在系统中为每台配料秤设置手动矫 正值， 操作员可以输入该值， 系统把输入的矫正值 作为每台配料秤的测量值， 从而保证该秤静态误差 的消除。 1.2下料流量恒定控制策略 宽带给料PID调节主要通过变频器调节宽带速 度， 以改变下料量。采取大滞后闭环控制， 一是为 避免系统超调， 确定系统响应时间大于宽带机械响 应时间与物料从下料口到称量段时间之和； 二是在 PID运算输出之前加一限定值， 当输出量变化值超 过该限定值时， 用限定值代替PID运算输出， 以克服 输出量变化影响宽带转动的稳定性； 三是实现无扰 动投入， 先确定好宽带转速初值， 宽带启动时经3～ 5周期的运行， 当瞬时流量在PID调节范围内输出 时， 自动切换到PID调节； 四是当工况不稳时， 如瞬 时流量波动较大且无规律， 可采用累计调节方式， 即取单位时间 （5 s） 累计流量的平均值作为PV值与 设定量进行比较调节。 1.3混合料水分自动控制 一、 二期265 m2烧结机混合料最初没有任何水 分采样分析装置， 优化升级后， 一混、 二混分别采用 “前馈反馈串级” 的自动控制方案。来自上位 机的加水量预先计算值作为系统的前馈信号， 将混 合料的水分与设定值进行比较， 并对前馈计算值加 以修正， 主环为混合料水分率反馈控制， 副环为加 水量控制由调节回路完成。一混加水量的前馈信 号为进料总量和进料温度， 反馈信号由红外水分测 试仪检测一混后的含水量并与设定值进行比较， 修 正一混机上的加水量； 二混加水量的计算与进料量 有关， 但应考虑从一混到二混的胶带输送机的实际 长度。由于系统存在大滞后， 故应综合考虑一混温 度、 胶带机运行时间， 混合料总重量以及一混到二 混的水分蒸发等问题。反馈信号为来自二混的水 分测试仪检测信号， 与二混的设定值进行比较后修 正前馈信号， 对二混加水量进行反馈校正。系统的 控制方案如图1所示。 水分 调节器 流量 对象 混合料 流量 调节器 水分 对象 目标水分 - 电磁流量计 水分测试仪 透气率控制系统原料透气率检测 实测水分 - 图1系统水分控制方案 1.4烧结透气率的检测及判断 根据烧结生产经验进行透气性判断。当垂直 烧结速度较高， 烧结终点预报值超前和主管负压较 低时， 透气性好； 当垂直烧结速度较低， 烧结终点预 报值滞后和主管负压较高时， 透气性差。基于这一 思想， 建立通过垂直烧结速度、 烧结终点预报值和 主管负压来综合判断透气性的规则库。 莱钢265 m2烧结机综合自动化控制系统 许贵成 1， 邵 勇 1， 王玉山2， 田 伟 1， 张佃平1 （1 莱芜钢铁集团有限公司， 山东 莱芜 271104； 2 济南新江环保技术研究所， 山东 济南 250013） 收稿日期 2010-03-31 作者简介 许贵成， 男， 1970年生， 1995年毕业于中南工业大学冶金 机械专业。现为莱钢银山型钢炼铁厂高级工程师， 从事管理工作。 53 山东冶金2010年8月第32卷 烧结料层透气性的控制。透气性好时， 通过调 整台车速度和料层厚度来稳定烧结终点； 当透气性 差时， 一方面要通过控制混合料水分、 混合料温度、 点火温度和焦粉配比来改善料层透气性， 另一方面 要调整台车速度和料层厚度来稳定烧结终点。台 车速度和料层厚度的调整规则是以调整台车速度 为主， 只有原料性质和设备发生较大的变化时才调 整料层厚度。 2烧结过程终点控制 烧结过程是一个典型的多变量、 大滞后、 非线 形和强耦合的复杂被控对象， 全自动、 高质量地实 现烧结过程控制， 无论在理论上还是在实践上都存 在诸多难点， 综合考虑控制方案的先进性和工程可 实现性， 采用烧结终点 （BTP） 的控制与烧结矿温升 曲线变化趋势的调节进行有机结合的控制技术 ［1］。 2.1烧结生产过程终点的判断 采用烧结机尾部风箱温度与风箱位置模拟函 数的BTP判断模型， 中部风箱温度变化、 烟道总管压 力变化为目标预报和烧结矿断面图像分析的综合 解决方案， 应用模糊控制和数据库推理来判断控制 烧结生产的终点。烧结终点是从烧结点火器点燃 物料开始， 通过烧结机抽风烧结， 到烧结矿全部被 烧透所处的位置， 可以表示为 式中 V （t） 是烧结机水平速度； T是终点时间， Th/u； h是烧结混合料的铺料厚度； u是烧结过程的垂直燃 烧速度。 由上式可知， 终点位置实际上是由烧结矿垂直 烧结速度和台车水平前进速度决定的， 然而烧结过 程的垂直燃烧速度与混合料的铺料层厚度、 燃料、 水分、 透气性、 烧结机风箱负压等多种因素有关。 各种参数相互作用、 相互制约， 难以通过数模来准 确动态描述， 并且烧结机始终处于连续运动中， 所 以目前尚没有能够在线检测垂直烧结速度即检测 烧结终点位置的有效方法。在实际生产中， 根据烧 结机尾风箱的温度和负压来判断烧结终点位置。 2.2机尾烧结矿断面图像终点判断系统 烧结矿断面图像判断分析系统是通过安装在 烧结机尾的CCD摄像机， 在线检测烧结矿断面及红 火层的图像， 通过计算机图像分析处理， 来判断烧 结终点， 其组成如下 1） 计算机图像检测系统。应用CCD摄像机在 线检测烧结矿断面及红火层的图像， 并由同轴电缆 将图像信号传输给计算机图像采集卡， 经高速A/D 转换将数字图像信号采集到计算机， 同时， 计算机 可以通过远程数据通讯 （RS485） 调整监控摄像机。 2） 计算机图像分析处理系统。应用计算机图 像处理技术对烧结矿断面图像信号进行分析处理， 包括信号的平滑滤波、 彩色处理、 灰度、 锐度处理、 自适应阙值分割处理。图像处理都采用灰度图， 可 将RGB图像通过转化算法转换为灰度图。 3） 特征辨识与提取。根据烧结工艺原理和生 产操作人员的经验来选择能够有效辨识判断烧结 终点位置的图像特征， 并应用计算机图像分析处理 技术来提取特征参数， 一是烧结矿断面红火层的面 积及面积比， 二是红火层几何尺寸D、 厚度H、 相对 位置Y， 并通过分级滤光获得不同等级的近红外图 像， 通过离线标定计算机伪彩色处理获得的红火层 温度分布、 温度分布面积百分比。 4） 建立样本数据库， 定性分析判断烧结终点。 根据经验和图像特征， 从在线检测的烧结矿断面图 像中抽取典型定性的烧结终点状态图像， 经特征辨 识与提取特征参数， 建立样本数据库和知识库， 并 将典型图像、 数据与生产操作状态的正常、 欠烧、 过 烧进行对应关联， 离散为多个隶属度， 这样可以为 烧结终点图像判断系统 （见图2） 与在线模糊控制系 统所引用。 图像检测 知识库维护系统 特征辨识 图像样本知识库推理机 数据库管理系统 图像分析系统 图2烧结终点图像判断系统 2.3烧结终点BTP的模糊控制 烧结终点判断模型可在线计算结果， 一是进行 在线显示， 记录BTP的动态数据、 画面和曲线， 并和 烧结矿断面图像分析结果一起构成烧结过程控制 模型， 并最终形成烧结终点监控系统， 实现生产操 作指导； 二是为BTP模糊控制提供反馈信号， 与生产 工艺要求的烧结终点设定值进行比较， 产生终点偏 差以及偏差变化率， 作为BTP模糊控制的输入， 实现 烧结终点闭环控制， 前馈部分采用中部风箱废气的 温度变化率作为前馈输入， 中部风箱废气的温度变 化率能够超前反映出烧结生产的状态和程度 （过 烧、 欠烧） ， 具有一定的预测预报功能。反馈、 前馈 控制分别通过输入变量的模糊化、 模糊推理和量化 输出， 将反馈、 前馈输出控制量进行判断叠加， 并与 主烟道压力变化相配合， 共同作用来控制被控对象。 反馈控制的输入是终点位置偏差， 根据实际生 产测量统计得出， 终点位置偏差E以及偏差变化率， 54 变化取值范围在0.6～0.3 m之间， 其离散化取 值为[-3， 3]之间的整数， 并将论域分为7档， 对应7 个模糊语言变量， 分为 “正大” （PL） 、“正中” （PM） 、 “正小”（PS） 、“零”（Z） 、“负小”（NS） 、“负中”（NM） 和 “负大”（NL） 以构成模糊子集， 烧结终点预报器的输 出作为模糊控制器的输入， 经过计算， 得到输入变 量偏差和偏差变化。 烧结终点模糊控制器的控制规则是基于手动 控制策略， 即基于操作者的经验， 如 “若终点超前且 终点有继续超前的趋势， 则加快机速。 ” 将这些经验 用模糊集合来描述出来。取烧结终点偏差E的语言 变量词集为{NB， NM， NS， NO， PO， PS， PM， PB}； 偏差 变化EC和机速调节量UC的语言变量词集为{NB， NM， NS， O， PS， PM， PB}。 将烧结过程操作者在控制终点时遇到的各种 可能出现的情况以及相应的控制策略， 用21条模糊 条件语句来描述， 构成了描述烧结终点控制的模糊 模型， 汇总为烧结终点模糊控制规则表， 并据此确 定模糊比例因子K1、 K2、 K3、 K4。根据烧结生产操 作的规则和特点， 通过收集、 总结归纳生产操作专 家的经验和知识， 构建起BTP模糊控制的控制规则， 其中每一条规则对应一种实际控制操作。 3结语 经过对烧结矿质量的检验和现场运行情况证 明， 在完善优化基础自动化控制的同时， 将图像判 断烧结终点与在线模糊控制烧结终点有机结合， 终 点控制精确度高， 预报性强。系统优化后， 每吨烧 结矿可节省固体燃料消耗1 kg以上， 烧结机利用系 数提高10％左右， 烧结矿FeO降低2％～3％， 烧结 矿ISO转鼓强度提高2％， 烧结矿中＜10 mm粒级明 显减少。 参考文献 ［1］ 杨春雨， 杨东晓， 宋宝宇， 等.烧结生产过程信息化、 智能化集 成技术研究 ［C］ //中国金属学会.2008年全国炼铁生产技术会 议暨炼铁年会文集 （下册） .2008 194. Integrated Automation Control System for 265 m2Sinter Machine in Laiwu Steel XU Gui-cheng1, SHAO Yong1, WANG Yu-shan2, TIAN Wei1, ZHANG Dian-ping1 （1 Laiwu Iron and Steel Group Corporation, Laiwu 271104, China; 2 Jinan Xinjiang Environmental Technology Institute, Jinan 250013, China） AbstractAbstract Based on EIC integration automation control for two 265 m2sinter machines, Laiwu Steel perfected and optimized the basic automation by data processing and error correction technology, the control strategy of constant discharge rate, the mix moisture automatic control and the check and judgment of sinter bed permeability and so on. At the same time, in process control, they combined judging the burn-through point by image with by fuzzy control online, ing the process control model of sinter burn-through. Then the control accuracy of the end was high and the predictability was good. After the system optimization, the solid fuel consumption was saved by 1 kg every ton sinter and the utilization coefficient was increased by 10. Key wordsKey words sinter; integrated automation control; basic automation; terminal control; process control 莱钢265 m2烧结机综合自动化控制系统许贵成等2010年第4期 莱钢焦化厂对3套干熄焦系统开展特护以来， 通过 不断科技创新和完善， 余热余压利用效率显著提高， 保障 了干熄焦系统高效低耗运行， 月平均干熄率保持在98 以上， 产生的蒸汽用于发电， 每年达4亿kW h， 可节约 14.6万t标准煤。近年来， 莱钢焦化厂以科技创新为依 托， 全面推动企业低碳经济效益的提升， 达到节能、 减排、 增效三重功效， 为企业可持续发展提供了坚实保障。 创新反渗透技术， 优化水循环系统， 实现低碳经济源 头控制。莱钢3套干熄焦系统运行至今实现了连续稳定 生产， 并逐步向大型化、 自动化和低能耗方向发展， 但由 于干熄焦系统复杂， 运行控制要求较高， 在实际生产过程 中存在诸多影响高效运行的问题和因素。对此， 焦化厂 加大干熄焦系统特护力度， 对影响干熄焦系统顺行的瓶 颈进行系统攻关， 最大限度地稳定干熄率、 提高蒸汽发生 量， 为莱钢高炉生产稳定顺行创造良好条件。优化水循 环系统是提高热能循环利用及蒸汽发电的重中之重， 也 是实现降本增效加快低碳经济步伐的重要措施。针对这 一问题,该厂成立专题攻关组， 在利用3套干熄焦系统年 修时机对水汽系统进行特护同时， 进行反渗透技术改造， 彻底攻克除盐水产生量低的瓶颈。除盐水系统产水率由 60提高到65。按除盐水系统产水90 m3/h计算， 可节 约新水11.5 m3/h， 1 a可节约新水消耗成本49.68万元。 利用科技创新， 减少材料消耗， 促进低碳经济持续发 展。近年来， 随着莱钢各道工序限产量变大， 导致蒸汽供 应紧张， 尤其是进入冬季取暖， 蒸汽供应更是严重不足， 为确保莱钢蒸汽供应， 焦化厂克服各种不利因素， 大胆利 用新材料、 新技术， 保证蒸汽输送系统高效率、 低消耗运 行。对2号干熄焦锅炉入口拱顶浇注料进行技术改进， 将以往的耐火和保温浇注料， 用高铝致密浇注料代替。 同时， 把在锅炉入口的两层陶瓷纤维石棉毡， 用 “U” 型不 锈钢与上部铁板焊接， 紧紧卡住石棉毡， 保证不脱落， 这 样不但可以起到代替保温浇注料的作用， 还确保了干熄 焦循环气体系统的正常运行。目前3套干熄焦系统年可 减少51万t的CO2排放量、 产生蒸汽逾160万t， 为推进莱 钢低碳经济发展打下了坚实基础。 （摘自2010年6月15日 世界金属导报 ） 莱钢焦化厂打好创新牌 算好低碳账 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 信息园地 55