基于PLC平台的高炉炉顶料罐秤动态补偿开发

刘浏

摘 要：高炉料罐秤改造开发将现有的仪表秤自带补偿改为西门子PLC程序补偿，可降低采购成本，最重要的是补偿这块出了问题我们能自己迅速进行相应处理，大大降低了处理时间，更不用受制于制造厂家，不用等厂家技术员来处理，并且能更加精准地实现补偿，能够更加灵活地应付现场设备对炉顶料罐秤产生的影响，对炼铁厂的生产提供更加完美的保护。

关键词：PLC 炉顶 料罐 动态补偿

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0089-02

涟钢炼铁厂2 800 m高炉为串罐式无钟炉顶布料工艺，而重量法布料为涟钢布料的主要方式，这就对炉顶料罐秤的称重准确度和稳定性要求较高。炉顶料罐秤为电子称重设备，每个罐子由3个称重传感器来进行数据采集，采集给秤自带的西门子200PLC进行数据处理后，转换为4～20 mA的电流信号通过DP总线传输给西门子400PLC进行程序控制，炉顶压力、外部的机械结构形变等众多因素都会对其产生动态影响。

1 改造原因

8#高炉料罐秤称重为厂家自带200PLC模块做的程序补偿，由于现场环境、设备原因造成上、下料时称重波动，导致下料不稳，有时导致停止下料，而且有时出现零点抬高和清零错误都需要爬到炉顶进行调整，由于程序原因引起的补偿问题还得叫厂家技术员过来进行修改，十分麻烦，严重影响炼铁出铁量和出铁质量。经过多次和炼铁现场操作人员进行沟通后，决定放弃厂家自带的200PLC所做的补偿，改用高炉自己的400PLC，并自己开发程序进行罐重补偿。这样我们就能灵活地掌握补偿值的变化是由什么引起、怎么改进，在传感器不出问题的情况下，补偿这块基本上都能由程序完善，能够及时处理好补偿这块的问题。

2 改造方式

先是对1#罐进行开发改造，观察分析得出8#高炉料罐秤的补偿程序应该是和罐压、顶压呈线性关系，但不是简单的一个恒定值，也不是分段的一个恒定值，它在下焦、大烧、小烧时都有变化，而且每次放料它都会有变化，而且放散好为罐压乘以补偿系数，均压好后要改为顶压乘以补偿系数，所以得出这个补偿系数是个动态变化值。

由于8#高炉称重补偿系数是个动态变化，所以我们根据现场实际情况，必须把程序的补偿系数做成动态值，经过长时间的调试分析得出在料满情况下以上密关到位一瞬间取一传感器值减去下密开到位一瞬间取得传感器的值（这里为了防止到位信号出现问题，我们把上密关输出和下密开输出加进来作为保护信号），除以顶压值，便得出这批料的补偿系数。

但是对这个系数分析后，我们得出这个系数必须要给定一区间（大于0.35小于0.45），如果算出来的值超出这一区间，就取上次使用值，在这区间就用当前系数，这主要是防止信号突变造成的失真。而这区间范围是经过分析毫伏信号、传感器值、正常罐重、顶压综合因数而最终得出的。

而上料基本是称重值，罐压基本为0，基本没有压力补偿，但我们还是做了补偿，用罐压乘以固定系数（0.394），做完后观察效果很满意，立刻投入使用，一直用得很好。

接着对2#秤进行改造，开始就根据1#秤的来，可观察后发现曲线很不理想，经过比对，发现2#罐下焦、大烧、小烧的补偿方式应该是不一样的，从而我们分别对焦炭、大烧、小烧做程序补偿，主要是对焦炭进行调整，进行多次分析观察得出，在算上密关到位取一传感器值减去下密开取得传感器的值的时候给定一范围，当值大于等于101就用101除以顶压，当值小于101就用当前值除以顶压，而这个101的值是根据传感器在下完焦炭最低值而定。

其实我们把大烧、小烧都做了，因为它下完后传感器的最低值有细微变化，但是对大烧、小烧影响不大，就没有投入，等以后现场情况改变后再做处理。进行程序修改后放料曲线也接近实际，而后投入使用，但在使用过程中发现传感器的毫伏值不稳定，在上密开后会有波动，我们又在上密开后10 s做清零处理。经过一段时间的观察处理后，1、2#料罐秤完美实现改造。

3 改造主要问题

（1）由于炼铁检修完后，秤出现下料闸开一瞬间，罐重突然往下掉2～4 t，下焦炭时最为明显。经过曲线可以看出完全是由于秤毫伏值跳动导致罐重跳动，由于炼铁和称量找不出原因，到底是什么引起秤毫伏值跳动，所以必须先把问题处理好，修改方式为下料闸开的一瞬间不能掉2～4 t下来，但毫伏值确实掉了，换算成重量后确实有这么多吨，而且可以判断的是当现实为料空时，料罐内肯定还有2～4 t的料。罐重值在下料闸开的一瞬间发生变化，我们要改的就是把下料闸开那一瞬间掉的吨数补上，而且要无缝连接，我们在下密开瞬间做自动减料几秒，然后再用称重值加上一个值让它们完美连接在一起，当然这段调试时间要的较多，要改动自减秒数，每秒自减多少，和加上的重量值，然后还得无缝连接，斜率得一致才行。

（2）下料完后突然秤跳到90多 t，经过分析为秤内部清零程序有问题，我们放弃秤内部此段清零，自己做清零，当上密开后10 s清零，当然罐重是要小于5 t。

（3）出现过毫伏值没怎么变化但是罐重在下密开到位的时候往下掉1～2 t，经过观察发现传感器的最低值，也就是毫伏值往下走了，或者是出现下料下不完，料空不来，停住皮带，为传感器的最低值，往上抬高了，针对这一情况，把参照值和传感器的最低值做了个动态比较，然后取一动态值，当然这一取值也有个区间，超过该区间就用上次计算值，在区间内就用当前计算值，这主要是防止信号突变造成的失真。

（4）下料取頂压也是通过一次事故而改进的，以前补偿值一直都是罐压补偿，但有次罐压泄漏，导致罐内料没放空，但称的重量值显示料空，最终导致料罐堆料，所以最终分2段取压力补偿，放散好取罐压，均压好后取顶压补偿，因为顶压要比罐压稳定，在这压力转换的时候又遇到好多问题，有时就是突变往上有个尖峰，有时就是往下跳再反弹回，就是有个向下的尖峰，主要是在顶压与罐压转换的时候取的信号点没有找准，经过调试分析最终确定转换信号点为下密开瞬间延时1 s转换。

4 结语

一个好的上料自动化程序不仅仅是设备安全可靠、系统运行稳定的程序，还应该具备故障检测和应对措施，和冶炼制度及生产工艺紧密结合起来的程序。我们在近半个月的现场料流与设备开关时序的跟踪与分析，通过对程序优化现已成功将8#高炉炉顶料罐秤补偿改为西门子400PLC程序补偿。

参考文献

[1] 董光辉.鞍钢新1号高炉无料钟炉顶设计[J].炼铁，2003（3）：6-9.

[2] 喻道明.涟钢2200m3高炉串罐无料钟炉顶系统设计[J].炼铁，2003（6）：12-16.

[3] 宋建成.高炉炼铁理论与操作[M].北京：冶金工业出版社，2005：85-193.