高炉混喷白云石上料系统控制程序设计

2012-10-23 09:11姜海龙
天津冶金 2012年6期
关键词:给料机停机输送机

姜海龙

(天津天铁冶金集团动力厂,河北涉县056404)

1 引言

天铁高炉混喷投产于2009年10月,其项目设备有2套制粉系统、1套喷粉站以及与之配套的皮带上料系统和配煤厂。皮带上料系统由运输皮带和3台全封闭给煤机组成。为了实现高炉生产顺行,2011年将高炉结渣需要添加的白云石矿粉移至高炉混喷,通过上料系统实现煤粉与白云石矿粉按比例均匀配比、研磨、喷吹至高炉,以满足高炉生产的需要。

2 系统结构

2.1 硬件系统

白云石上料系统由储料罐、螺旋给料机、给料机变频器、螺旋计量秤、螺旋输送机以及称重仪表等组成,见图1。

图1 白云石给料系统示意图

白云石矿粉先由M1运送至M2,然后由M2运送至M3,再由M3运送至101上料皮带,最后运送至混

喷储煤仓。

2.2 控制方案和运行方式设计

(1)控制方案

该上料系统有1台5.5 kW电机(螺旋给料机)和2台4 kW电机(螺旋计量秤、螺旋输送机)组成,为防止跑料,101皮带运行后,M3、M2、M1才能顺序启动;停机时,M1、M2、M3顺序停车。通过对启、停顺序和系统联锁保护的分析,制定系统控制方案。

启动操作时,启动顺序是:先启动螺旋机输送机,再启动螺旋计量秤,最后启动螺旋给料机。停机操作时,停机顺序是:先停螺旋给料机,再停螺旋计量秤,最后停螺旋输送机。系统启动后,螺旋计量秤、螺旋输送机以额定转速运行。螺旋给料机由变频器控制,根据运行方式调节转速,进而控制给料量的大小。

当101上料皮带故障停机时,螺旋输送机、螺旋计量秤及螺旋给料机自动停机。当螺旋输送机故障停机时,螺旋计量秤及螺旋给料机自动停机;当螺旋计量秤故障停机时,螺旋给料机自动停机,螺旋输送机不停机;当螺旋给料机故障停机时,螺旋计量秤和螺旋输送机不自动停机。

(2)运行方式

该上料系统设计了远程手动、自动、配比3种运行方式。并且远程手动和自动运行方式实现无扰切换,以保证系统的稳定运行。远程手动模式下,输入螺旋给料机手动给定值,系统不根据称重仪表反馈数据进行调节,输出值恒定。远程自动模式下,根据输入的螺旋给料机给定值,与称重仪表反馈值进行比较,求出调节量,系统自动调节,使给粉量趋于给定值。远程配比模式下,根据设定的配比值,系统计算出自动给定值,并调节输出,使给粉量趋于给定值。

3 程序设计

3.1 建立变量表

根据控制方案和运行方式的设计,运用S7-400可编程控制器对白云石上料系统的联锁启停控制和远程手动、自动、配比三种运行方式进行程序编制。系统共有14个开关量输入输出点,3个模拟量输入输出点。输入输出点表见表1。

3.2 螺旋输送机、螺旋给料机、螺旋计量秤联锁启停程序设计

螺旋输送机与101皮带联锁,联锁投入后101皮带运行时,螺旋输送机才能启动(DB104.DBX4.2是101皮带的运行状态逻辑)。加之螺旋输送机的启停由单继电器控制,输送机运行状态中,中间继电器一直处于吸合状态。停车时,按下螺旋输送机停止按钮,中间继电器释放,螺旋输送机停车。螺旋输送机启停控制见图2。

表1 系统的输入输出点

图2 螺旋输送机启停控制图

螺旋给料机与螺旋计量秤、螺旋输送机联锁,在远程状态下,螺旋计量秤和螺旋输送机启动运行后,给料机才能启动;在联锁运行过程中,螺旋计量秤和螺旋输送机其中有一个故障停车时,螺旋给料机立即联锁停车。螺旋给料机的启停由双继电器控制。螺旋给料机启动控制见图3。

螺旋计量秤与螺旋输送机联锁,在远程状态下,螺旋输送机启动后,螺旋计量秤才能启动。在联锁运行过程中,螺旋输送机故障停车时,螺旋计量秤立即停车。螺旋计量秤的启停由双继电器控制,见图4。

图4 螺旋计量秤启动控制

3.3 上料系统的运行方式设计

系统调用PID调节器对螺旋给料机变频器进行控制。调节器根据远程自动、配比设定值改变频率信号,调整给料电机转速。通过安装在给料秤上的称重传感器和称重显示仪表,把瞬时给料量转换为4~20 mA的标准信号送入PLC,经PID调节器运算处理,将运算结果与设定值进行比较求出调节量,AO输出4~20 mA信号至电机调速控制器(变频器),变频器控制螺旋给料机的转速,调节给料量,使瞬时给料量趋于设定值。根据瞬时给料量的大小由变频器控制螺旋给料机的转速,实现了按给定值上料的闭环控制系统。

在远程手动运行模式下,输入手动给定值0~30 t/h,对应模拟量输出4~20 mA,对应变频器频率0~50 Hz,系统不根据称重仪表反馈数据进行调节,输出值恒定,给料机转速恒定。远程自动运行模式下,根据输入的螺旋给料机给定值0~30 t/h,与称重仪表反馈值进行比较求出差值,系统自动调节模拟量输出4~20 mA信号,调节变频器频率进而调节给料机转速,使给料量趋于自动给定值。在远程配比运行模式下,混合煤的瞬时流量与螺旋给料机的瞬时流量进行配比控制。根据高炉生产需要,白云石设定的配比是5:100。这一配比的原因:当混合煤的瞬时流量为100 t/h时,螺旋给料机瞬时给料量5 t/h。根据设定的配比率,系统自动计算给定值并输出调节给料机转速,使给料量趋于配比给定值。螺旋给料机的最大额定负荷是30 t/h。所以当变频器信号为50 Hz时,电机转速最高,螺旋给料机的瞬时流量达到最大值30 t/h。

3.4 消除系统扰动量

在系统调试过程中发现,系统存在外部扰动。由于储料仓存在悬料情况,造成给料机给料不均匀,致使系统给定值与称重仪表反馈值偏差较大,系统调速频繁且波动范围较大。通过在储料仓仓壁加装振打器,并在下料口加装插板镂空篦子,基本消除给料不均匀这一扰动量对系统的影响。在远程自动、配比运行模式下,PID调节响应速度快,给定值与反馈值偏差较小,通过闭环控制,实现了自动配料。

4 结束语

设计完成后控制程序经运行调试,3台电机在联锁解除状态下,均能手动单机启动、停止。投入联锁后,输送机故障时,给料机、计量秤均能联锁停车。同样,计量秤故障时,给料机联锁停车。在自动、配比模式下根据实际给定值自动调节电机的转速,使系统的瞬时给料量保持在给定值。上料系统采用变频调速,使整个控制系统得到快速的动态响应、较高的控制精度和稳定性,并提高了电机运行效率。此次程序设计满足了该上料系统的控制要求,达到了预期目标。目前该系统已投入使用,运行稳定,控制效果良好,满足了高炉生产需要。

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