烧结配料室自动配料电气控制研究

高云 张鹏

摘 要：烧结作为钢铁生产的基础工序，是高炉原料生产的重要环节，其工艺过程是根据烧结和高炉生产的要求，且烧结矿成本低，对控制铁水成本有较大的影响因素，尽管大多数烧结工艺投资了自动配料，有的甚至改造过不止一次，耗费了大量资金，但最终能可靠运行，性能投资比高的则为数不多。针对烧结作业区所用原料来源杂，给烧结矿的碱度和SiO2稳定率带来不利影响问题，通过了解配料室的工艺流程、自动控制系统的原理组成、功能及其自动配料的实现。自动化控制系统在配料室投运以来，经过几年的实践改造使用，实现了运行可靠、性能投资比高的目标，成功完成了对烧结原料配料任务，提高了配料准确性。

关键词：自动配料;PLC闭环控制;PID参数的选定

1、序言

烧结作业区所用的含铁原料所用含铁原料来源杂、成分波动大。对烧结矿的碱度和SiO2稳定率带来不利影响，这就对自动配料有了较高的要求，为了弥补这一不足，消除原设计PID调节造成的频繁调节而导致系统的小幅度的振荡，稳定烧结原料成分，提高控制精度，对配料室自动配料控制系统进行了实践改造。

2、自动配料控制系统的原理及功能

系统采用罗克韦尔公司AB大型控制PLC系统，其工艺流程为：各种含铁原料用电子配料系统按工艺需求来设定各种料矿的配比由皮带运输机送至混合机混匀。自动控制系统是以配比计算、瞬时量、累积量自动下料做的闭环控制。系统中皮带运输机、自动配料系统的控制由1756-L62 PLC控制系统来完成。

3、自动配料系统的组成结构

上位机操作系统为Windows 7，组态软件采用RSView 32，其图形化界面可动态显示现场各种设备的状态，显示系统运行的各种参数，具有良好的人机界面。操作人员仅通过鼠标点击按钮联锁控制现场设备的启动，通过键盘输入各种料矿的配比，因此，这样的操作简单明了。下位机采用CPU模块、模拟量输入/输出模块、开关量输入/输出模块。

4、原设计自动配料闭环控制方式

通过设定值和输入的模拟量，通过PID计算功能块以模拟量输出到变频器进行联系控制的功能，其中每一个模拟量输出通道对应现场的流量调节控制。

自动配料控制系统中一台变频器同时控制皮带秤和圆盘给料机，系统控制不稳定，下料量忽高忽低，对配料造成很大的波动，岗位操作人员要经常跑盘测料，工作量很大。后面加水的工序生產难度加大，不好控制加水量。

5、改造自动配料闭环控制方式

5.1 原控制系统点数多，占用模拟量通道多，任务复杂，PLC CPU模块要进行实时大量PID计算，CPU负担重。改造采用称重控制器JY-LW124闭环控制模块的PID工作基理：处于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就不断的进行。若扰动出现使得现场控制对象值（简称被控参数）发生变化，现场检测原件就会将这种变化记录传送给闭环控制模块，改变过程变量值（简称PV值），送至PID控制器的输入端，并与其给定值（检查SP值）进行比较得到偏差值（简称e值），闭环控制模块按此偏差并以我们预先设定的整定参数控制规律发出4～20mA控制信号，去改变变频器的运行频率，从而使现场控制电机转速发生变化，并趋于给定值（SP值），以达到控制目的。

5.2 原来的变频器同时控制上下级设备，这种控制复杂，精确度低，波动较大。改造为变频器只控制圆盘给料机，皮带秤工频运行之后，下料量比较稳定了。也就是给了各自明确的分工，圆盘给料机负责通过JY-LW124闭环控制模块的PID控制下料，皮带秤仅负责通过速度传感器值和称重传感器值计算得出瞬时量，更加便于PID控制。

6、PID被控参数的选定

选择被控参数是自动配料中的重要一个环节，对于稳定生产、改善劳动条件，提高烧结矿的产量、质量等具有决定性的意义。若被控参数选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选用多么先进的过程检测控制设备，很难达到预期的控制效果。

因为影响控制对象值变化的扰动很多，并非所有扰动都必须加以控制，所以正确选定被控参数显得尤为重要。选择被控参数要根据配料生产工艺要求，深入分析生产工艺过程，找出对烧结矿的产量、经济运行等具有决定性作用，能较好反映工艺生产状态变化的参数，这些参数又是人工控制难以满足要求，或操作十分紧张、劳动强度很大，客观上要求进行自动控制的参数，作为被控参数。

在此，必须指出自动配料控制系统中，直接参数的选择并不是随意的，通过生产工艺过程特征进行深入分析，才能做出正确选择。

7、JY-LW124闭环控制模块PID控制参数的选定

PID控制器的参数整定不是唯一的，事实上比例、积分和微分三部分作用相互影响。为此，根据长期的实践经验发现，各种不同被控对象的PID的参数都有其固定的范围。这就给现场调试提供了一个基准，在这个经验特征的基础上，结合JY-LW124闭环控制模块的经验值，我们使用凑试法确定了PID控制参数。

凑试法就是根据PID控制器各参数对系统性能的影响长度，边观察系统的运行，边修改参数直到满意。一般情况下，增大比例系数P会加快系统的响应速度，有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统产生震荡使稳定性变差。减少积分系数I将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定，但系统调节速度会变慢。增加微分系数D有利于加快系统的响应趋势。因此可以对参数进行线比例，后积分，再微分的步骤进行整定。在自动配料调节过程中，仅使用比例调节与积分调节就可以了。系数部分的整定遵循下述过程：

（1）比例部分整定：首先将积分系数I和微分系数D取零，即取消微分和积分作用，采用纯比例系数P=1，观察系统的响应，直至速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差符合规定范围的变化曲线以满足生产要求，那么只需要用纯比例调节即可。

（2）积分部分整定：如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。在整定过程中向小逐渐增加，积分作用就逐渐增强，观察输出会发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验到调节速度满意为止。这时的超调量会比原来加大，适当降低一点比例系数P值即可。

经过反复测试后，JY-LW124闭环控制模块调节过程可以达到响应走势，实现自动配料系统得到快速调节控制的目的。在实际过程控制中，为使现场过程值在较理想的时间内跟定SP值，如何确定选用何种控制或控制组合来满足现场控制显得十分重要。

8、结束语

自动配料正常稳定运行时烧结矿品位稳定的首要条件，经过改造实践使用摸索出了符合生产的数据。系统运行较以前可靠，性能稳定，提高了配料准确性，保证了烧结矿质量的稳步提高，取得了较好的经济效益，同时还减小了岗位人员的劳动量。

参考文献：

[1] 张奇志. 自动化技术[M].石油工业出版社

[2] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社

[3] 王延才. 变频器原理及应用[M].机械工业出版社

作者简介：

高云（1966-2） 学历：本科  性别：男   籍贯：甘肃武威

研究方向： 设备管理   职 称：副高级工程师