中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計

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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，作為高爐燒結(jié)礦的緩沖倉，崗位工人在現(xiàn)場通過目測觀察中間倉的料位，根據(jù)料位手動控制前進(jìn)后退來控制小車的位置，實現(xiàn)定位下料。崗位工人工作環(huán)境差，勞動強(qiáng)度大，效率低，危險性高。為此安裝雷達(dá)料位儀和小車位置檢測設(shè)備，對現(xiàn)有的計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，根據(jù)各個倉的料位智能判斷下料順序，實現(xiàn)無人值守。

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

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)過整粒運輸，送到中間倉，經(jīng)過中間倉緩存后再送到高爐，所以燒結(jié)中間倉儲是一個不可或缺的中間環(huán)節(jié)，4#燒結(jié)中間倉給7#高爐儲備成品燒結(jié)礦，共有3個倉，每班配崗位工一個。成3膠帶機(jī)及成3小車是將燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)出來的成品燒結(jié)礦輸送到3個中間倉。裝料設(shè)備主要由在軌道上移動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)運行。當(dāng)前是通過人工手動控制小車前進(jìn)、后退、膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別給3個倉下料。由于設(shè)計施工時限于技術(shù)和資金等原因，至今中間倉裝料依然是人工手動控制裝料，未實現(xiàn)自動定位控制?，F(xiàn)場崗位工提燈觀察每個倉的料位情況，人工手動控制小車前進(jìn)后退給各倉下料。在中間倉上粉塵較大，崗位工必須時時刻刻觀察料位情況，防止料空或料滿堆料。崗位勞動強(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)自動化水平，減少工人的勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)無人值守的中間倉裝料勢在必行。

1實現(xiàn)中間倉裝料自動控制的條件

首先是要求解決下料小車的定位的問題，只有解決小車的位置檢測，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。料倉料位的檢測將料倉的料位信號送到計算機(jī)控制系統(tǒng)，對該倉的料位分析、判斷是否應(yīng)該繼續(xù)下料或換倉下料，實現(xiàn)料空、料將滿報警提示、料滿自動停機(jī)的自動控制功能的前提判斷條件。

1.1位置檢測設(shè)備的選擇

位置檢測經(jīng)典的方法是利用限位信號進(jìn)行檢測，近來大量地采用編碼器實現(xiàn)位置檢測，將編碼器安裝在電機(jī)軸上，電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)脈沖信號送到PLC高速計數(shù)器模塊上，計算出小車的位置，但是對安裝要求較高。同時，當(dāng)電機(jī)打滑時將無法準(zhǔn)確定位小車的位置，PLC+編碼器的定位系統(tǒng)并不是真正的實際位置，而是通過計算機(jī)計算出的間接位置。通過調(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題。編碼電纜位置檢測技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，其特點是：①無接觸工作方式：編碼電纜位移傳感器是通過安裝在移動站的天線箱和敷設(shè)在移動機(jī)車軌道旁的編碼電纜進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息的，無直接接觸磨損；②位置檢測準(zhǔn)確連續(xù)：檢測精度達(dá)1mm，能滿足移動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)境噪音和接收信號電平波動的影響，能夠在粉塵高地惡劣環(huán)境條件中長期可靠地工作；④適應(yīng)性強(qiáng)：能安裝在各種嚴(yán)酷的環(huán)境中。綜合以上特點選用編碼電纜作為定位檢測的設(shè)備。

1.2中間倉料位檢測

料位檢測有兩種檢測方式，用稱重檢測作為倉里的料量檢測是最好的檢測方式，但是不能應(yīng)用在固定倉上，尤其是大型的水泥倉體。另外一種是選用雷達(dá)料位計，其特點為：①測量連續(xù)準(zhǔn)確，雷達(dá)料位計的優(yōu)勢就是能夠連續(xù)續(xù)準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，能夠在各種環(huán)境中精確、快速地測量不同的介質(zhì)，并且不受環(huán)境因素的影響，保證了測量的持續(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)部對這些干擾的回波進(jìn)行不同程度的抵御和抑制；③操作簡單方便，維護(hù)也十分簡單，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，保證儀表的正常運作；④適用范圍廣，安裝維護(hù)簡單。

2中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)設(shè)計原則及要求

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

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

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

2.2自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計思路

生產(chǎn)工藝及程序設(shè)計流程如圖1所示：中間倉是為高爐煉鐵儲備燒結(jié)礦的，首先不能斷料，持續(xù)保證每個倉供料充足；第二是倒轉(zhuǎn)次數(shù)盡可能少，過多的倒倉對設(shè)備的磨損影響較大，增加設(shè)備的維護(hù)費用和故障時間，影響設(shè)備的使用壽命；第三要求能夠繼續(xù)保留原有的手動倒轉(zhuǎn)的功能，當(dāng)自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時仍然能切換到人工手動控制，繼續(xù)人工操作，同時增加計算機(jī)畫面手動控制，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時立即切換到計算機(jī)控制畫面上手動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)必要的報警及歷史趨勢，以及手自動、事故開關(guān)、料倉高限位、料倉低限位等連鎖，提示報警或停機(jī)等故障信息，提醒崗位工關(guān)注異常的信號并及時處理。中間倉設(shè)置兩套料位數(shù)據(jù)采集裝置。根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)研：1#倉下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)；2#倉下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)；3#倉下料：成3膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)。根據(jù)觀察1#倉、3#倉下料，小車不動，位置數(shù)據(jù)是9660，3#倉下料：成3膠帶機(jī)正轉(zhuǎn)，1#倉下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)。2#倉下料：成3膠帶機(jī)反轉(zhuǎn)，小車位置是12040。通過對人工下料過程的分析，以每個中間倉兩個料位中一個料位作為基準(zhǔn)料位，實現(xiàn)料位分析判斷。第二小車實時定位檢測信息的采集，根據(jù)編碼電纜送過來小車位置信息，控制小車前進(jìn)、后退及停止，實現(xiàn)判斷最低倉下料。對每一個中間倉的料位設(shè)置四個限位即最低限位、低限位、高限位、最高限位，可以根據(jù)需要手動修正報警參數(shù)，當(dāng)中間倉料位最低時，馬上會斷料，需緊急給該中間倉下料；當(dāng)料位達(dá)到高限位時，表示該倉已滿，即滿倉，需要立即停止給該中間倉裝料，倒倉給另外一個倉在三個中間倉最低的料倉下料；當(dāng)中間倉料位到達(dá)最高限位時，表示需要停機(jī)，否則會爆倉導(dǎo)致事故。當(dāng)兩個倉同時抵近最低限位時，哪個倉最先達(dá)到最低限位先給哪個倉下料，持續(xù)下料一段時間（如設(shè)定一分鐘）后再給另一個最低限位倉下料，防止來回頻繁倒轉(zhuǎn)下料。直到兩個倉料量離開低限位后，先給一個倉下料到滿倉后再給另個倉下料直到滿倉。設(shè)置每個倉的選擇信號，當(dāng)該中間倉檢修時可以選擇系統(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，料位始終不能上升時，根據(jù)料量計算料滿的時間，周期性檢測正在下料的倉料量持續(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，立即在計算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控畫面上報警提示或語音報警，提示崗位人員注意。

2.3自動控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)

1）編寫最小限位料倉查詢子程序，主要功能是針對3個中間倉實時循環(huán)查找哪個倉的料量降到最低限位的料倉，一旦發(fā)現(xiàn)有最低限料倉時，立即發(fā)出向該倉下料的倒倉指令，如果該倉通過下料退出最低倉限位時，有檢測到有一個中間倉的料量達(dá)到最低限位倉時，延續(xù)1分鐘，轉(zhuǎn)向下一個最低限位倉下料的指令，該指令優(yōu)先級最高。

2）編寫最低料位倉查詢子程序，主要功能是通過3個倉的料數(shù)據(jù)實時比較，查詢最低料位倉，最低料位不是最低限位料倉，并不會立即斷料，一般料量高于最低限位料量，任何時刻總會有最低位倉，并作出標(biāo)記，等待正在下料地倉結(jié)束后給該倉下料，如果某一個倉檢修，則選掉該倉，不參與查詢比較，其他倉繼續(xù)比較查詢最低料位倉。

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

4）倒轉(zhuǎn)指令控制子程序，收集以上三個程序的指令分析判斷，哪幾個皮帶需要倒轉(zhuǎn)，那幾個皮帶需要停止，通過組合發(fā)出正轉(zhuǎn)啟動、反轉(zhuǎn)啟動的指令，確保配倉皮帶按順序啟動，向指定的料倉下料。5）監(jiān)控畫面設(shè)計，在原有的畫面上設(shè)計3個中間倉的選擇按鈕，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

位置檢測信號主要有游尺指針、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)中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)實現(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)行計算機(jī)手動測試，確認(rèn)計算機(jī)手動設(shè)備運行正常后。再試驗全自動測試，試驗成功，交付崗位工試運行。使用一段時間后發(fā)現(xiàn)常有自動定位不準(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)過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)小車軌道不平，小車速度有些快，因為小車的慣性，小車停穩(wěn)后已經(jīng)過了下料口。針對小車定位困難的問題，對系統(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，最后增加手動定位和自動位置校正程序，當(dāng)首次自動定位失敗后，系統(tǒng)保留3次自動定位的機(jī)會，自動實現(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次自動定位過后則報警提示，自動定位失敗，需人工干預(yù)檢查現(xiàn)場是否有其他問題。安全報警、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，增加倉滿報警響鈴，并鎖定程序不再給該倉打料，直到該倉的料下降到該倉料位的80%時，自動解鎖該倉的鎖定程序，防止倉滿溢出大量的燒結(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

燒結(jié)中間倉智能自動裝料控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)完成后，通過不斷的實際驗證，能夠完全替代人工崗位監(jiān)守，實現(xiàn)現(xiàn)場崗位的無人值守功能，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整體。當(dāng)前成熟的崗位工缺乏，減下來的崗位工可以填補其他的空缺，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