二通機器配料系統(tǒng)在鐵合金行業(yè)的應(yīng)用

前  言

    甘肅二通機械制造有限公司是原國家機械工業(yè)部在西北地區(qū)生產(chǎn)礦山起重運輸機械設(shè)備的定點企業(yè)，也是隸屬蘭州市機械電子工業(yè)局的骨干企業(yè)，始建于1966年，2003年成功改制為民營股份制企業(yè)。創(chuàng)新與超越作為企業(yè)發(fā)展的生命線！不斷的向上進取是二通人前進的動力！近年來先后參與了百萬噸鹽湖鉀肥項目輸送系統(tǒng)建設(shè)與改造，中信集團青海東西臺鉀鎂肥項目輸送系統(tǒng)建設(shè)與改造，國內(nèi)第一套五十萬噸集中洗鹽項目設(shè)計制造安裝。與西北鐵合金合作，設(shè)計、制造、安裝了4×25000KVA節(jié)能環(huán)保型電爐機器配料系統(tǒng)，項目完成于2010年3月，已安全運行兩年多。

一、二通公司研究的背景及其意義

電子衡器設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子衡器也隨之不斷進行技術(shù)改進。在很多生產(chǎn)工藝過程中，人們除了要求衡器能準確地進行稱量以外，還要求稱重過程能大幅度提高生產(chǎn)效率。在冶金、煤炭、化工、水泥等行業(yè)中，由于生產(chǎn)工藝的需要，要求在某些時候可以實現(xiàn)各種物料的不同比例搭配，配比的準確與否嚴重影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。為了使得配料精度能夠滿足相應(yīng)的工藝要求，還需要對輸送過程中的流量進行調(diào)節(jié)和控制以實現(xiàn)準確的配比。配料質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接關(guān)系著企業(yè)生產(chǎn)能否順利進行，如果配制的配比不能滿足要求，輕則造成原料、能源、時間的浪費；重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且在某些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個生產(chǎn)過程釀成事故，造成無法計量的損失。因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制約著整個生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，因此應(yīng)對配料過程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制給予足夠重視。近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對原有配料系統(tǒng)進行技術(shù)方面改進已經(jīng)成為必然的趨勢，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動控制、遠程監(jiān)視、報警、運行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進方法。在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時候，要求系統(tǒng)能夠加快生產(chǎn)速度，集中控制電機的啟動、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、事故報警響應(yīng)、調(diào)節(jié)電機運行速度等功能，應(yīng)用這種配料方式，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且具有安全性高，精度高，配方可修改等特點。同時，這種配料過程不需要人工操作，減少了人為誤差的產(chǎn)生；計算機還可以通過中央控制室對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，不僅有利于生產(chǎn)過程中各種信息的及時掌握，而且有利于進行產(chǎn)品成本計算和質(zhì)量分析等現(xiàn)代化管理。實現(xiàn)所需功能的集中控制，這就要求系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程控制功能，并且實時對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，在 PC 機上可開發(fā)出友好的人機界面，恰恰能滿足這一要求。通過多方面的研究，結(jié)合現(xiàn)代先進的控制技術(shù)，可采用 PLC 控制技術(shù)、調(diào)速技術(shù)、組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù)，系統(tǒng)算法改進等來對配料控制系統(tǒng)進行設(shè)計，形成自動配料控制系統(tǒng)，應(yīng)用自動配料控制系統(tǒng)不僅能夠提高配料的精度，相較于以往的人工配料，節(jié)省了人力物力，大大提高了工人的生產(chǎn)效率；而且在一定程度上，減輕了工人的勞動強度，使各方面資源得到充分的利用。

二、配料系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，配料控制系統(tǒng)的發(fā)展也經(jīng)歷了從人工手動控制、機械電氣控制、單片機控制、到工業(yè)控制計算機集中控制等幾個階段。

第一階段：配料設(shè)備龐大，且各設(shè)備之間無法實現(xiàn)實時通訊，系統(tǒng)主要由現(xiàn)場操作人員進行控制，一個操作員只能操作監(jiān)視一至兩臺配料皮帶秤，所需數(shù)據(jù)也全由人工記錄，容易出現(xiàn)誤差，因此操作人員的熟練程度對產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響，這種方法準確性和可靠性都較差。

第二階段：隨著電子管、晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型化的微機配料電動組合儀表，但這種儀表也存在著許多問題。首先，電噪聲問題比較嚴重，為了解決這一問題，不得不采用非常復(fù)雜的電子線路；其次，由于工作環(huán)境都比較惡劣，電子元件被嚴重干擾，且容易老化。因此該系統(tǒng)的可靠性不高，穩(wěn)定性也較差。

第三階段：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成芯片技術(shù)日漸成熟，單片機配料控制系統(tǒng)也日漸成熟，這種配料系統(tǒng)相較于之前兩種配料系統(tǒng)可靠性大大提高，而且在一定程度上能滿足用戶的要求，所以，現(xiàn)今許多大中型企業(yè)仍然采用這種配料控制系統(tǒng)。但由于工作環(huán)境的限制這種配料控制系統(tǒng)還是被淘汰。

第四階段：隨著計算機技術(shù)、組態(tài)技術(shù)的迅猛發(fā)展，由于工業(yè)控制計算機具有可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧、組成系統(tǒng)功能靈活、組態(tài)方便且具有小型化、模塊化、組合化、標(biāo)準化的特點，不斷被人們應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)控制中。應(yīng)用這種控制方法，計算機不僅要對各被控對象進行直接控制和相關(guān)數(shù)據(jù)

的采集工作，還要實時顯示各被控設(shè)備的工作情況，控制工藝流程，存儲

數(shù)據(jù)，打印報表，故障檢測及報警等功能。

三、鐵合金行業(yè)現(xiàn)狀

我國鐵合金行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多，但小企業(yè)占比例較大(50%以上)。我國鐵合金行業(yè)形勢嚴峻，由于產(chǎn)能增長過快，低水平重復(fù)建設(shè)狀況嚴重，一些生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、生產(chǎn)流程自動化程度極低，相當(dāng)部分企業(yè)還處于人工配料上料階段，環(huán)保投入嚴重不足，隨著電價提升和勞動力成本上升以及對環(huán)保要求的提升等因素的影響有些企業(yè)自身的力量相當(dāng)脆弱，行情不好，就馬上停產(chǎn)減產(chǎn)，經(jīng)受不起市場行情的變化，很多企業(yè)都掙扎在生死的邊緣。

四、解決方案

1.    與發(fā)電企業(yè)聯(lián)合，由發(fā)電企業(yè)直接供電，降低電力成本；

2.    引進先進技術(shù)的電爐與先進的機器配料系統(tǒng)、淘汰落后產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)升級；

3.    重視環(huán)保的投入，節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟；

4.    隨著先進技術(shù)的引進，對企業(yè)的員工與管理提出了更高要求，必須要求企業(yè)加強人才的引進與管理的投入。

五、二通機器配料系統(tǒng)在西北鐵兩年來使用效果

    2009年7月西北鐵合金廠（現(xiàn)名騰達西北鐵合金有限責(zé)任公司）淘汰6300KVA電爐，升級新建4×25000KVA節(jié)能環(huán)保型電爐，甘肅二通機械制造有限公司在消化吸收德國曼內(nèi)斯曼德馬克冶金技術(shù)公司25000KVA硅鐵電爐技術(shù)基礎(chǔ)上，與西北鐵合金合作，設(shè)計、制造、安裝了機器配料系統(tǒng)，項目完成于2010年3月，已安全運行兩年多。 機器配料系統(tǒng)是鐵合金行業(yè)生產(chǎn)工藝過程中的一道非常重要的工序，配料系統(tǒng)工作原理：配料系統(tǒng)的設(shè)計是采用主從式結(jié)構(gòu)，將多臺單片微機連接成功能強大的系統(tǒng)，通過專業(yè)、精準的稱重配料，使用戶提高了產(chǎn)品質(zhì)量，配料控制系統(tǒng)所具備的強大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，為用戶生產(chǎn)的科學(xué)生產(chǎn)與管理提供了強有力的保證。

隨著工廠企業(yè)規(guī)模的不斷擴大和發(fā)展，自動配料控制系統(tǒng)經(jīng)歷了長足的發(fā)展。配料生產(chǎn)系統(tǒng)是一種將多種原料按照一定比例混合在一起，進行加工生產(chǎn)出某種產(chǎn)品的過程。其中，配料是生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配料的精確與否對產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。隨著信息技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代的配料控制系統(tǒng)必將朝著信息化和智能化的方向發(fā)展。

二通公司研究了一種以可編程控制器（PLC）和系統(tǒng)監(jiān)控軟件（TuringControl）相結(jié)合的自動配料控制系統(tǒng)，完成了一種具有性價高、可推廣應(yīng)用的自動配料控制系統(tǒng)。PLC 因為其功能強大、容易使用、可靠性高等特點，常常被用作現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件作為用戶可自行定制功能的軟件平臺工具，在 PC 機上可開發(fā)出友好人機界面，通過 PLC 可以對自動化設(shè)備進行智能控制。

（一）、系統(tǒng)的構(gòu)成

本次4×25MVA硅鐵電爐的配料上料系統(tǒng)由一個工作站、一套三菱Q系統(tǒng)和二套三菱FX系統(tǒng)及若干皮帶輸送機，給料機等設(shè)備系統(tǒng)組成，上位機和FX系列與Q系列之間的通訊采用分時通訊的方式， FX系列與Q系列之間通過硬接點來實現(xiàn)連鎖和控制，每套FX系列系統(tǒng)均和Q系列系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的配料上料系統(tǒng)，共計2套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)負責(zé)給2臺25MVA硅鐵電爐供料，且兩套系統(tǒng)滿足互為備用；三菱Q系列系統(tǒng)主要實現(xiàn)料倉的對位、皮帶輸送機的啟停、故障報警、急停等功能，把物料通過皮帶運輸系統(tǒng)運送至爐頂料倉；FX系列系統(tǒng)和4臺電子秤完成對4種物料的稱重，并將物料均勻的卸到卸料電動電振機下方的皮帶上。四臺電子秤“一”字排開，在皮帶系統(tǒng)運行的情況下，四臺卸料電振機按照一定的延時時間后開始振動，使物料均勻地落到皮帶上。所有的皮帶輸送機及配料的卸料電動電振機之間均實現(xiàn)軟件互鎖，以防堵料；所有皮帶輸送機的運行情況，料倉的對位情況，稱重的數(shù)據(jù)及報警等均在上位機顯示器顯示。

（二）、系統(tǒng)的工作原理

系準備就緒后，從上位機鍵入4臺電爐各種物料的配比，通過數(shù)據(jù)線將料批的配比傳至FX系列，在要料信號的控制下系統(tǒng)自動識別爐號及配比，另一方面Q系列進行料倉對位并啟動皮帶輸送機，系統(tǒng)開始配料，4臺電動電振機同時振動，將各種物料加入各自的稱重料倉，稱重過程的工藝流程圖如圖1-1所示

電動配料機的變頻器選用丹佛斯FC型，使用前應(yīng)對其有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，如功率、電壓等，對其有關(guān)控制端子進行定義，本次系統(tǒng)中定義27#端子為快振端子，29#端子為慢振端子，18#端子為啟動信號端子，其部分控制端子如圖1-2所示。快、慢振的頻率根據(jù)物料粒度和流進的大小在變頻器上手動給定，快、慢振頻率的臨界點通過上位機在FX系列的程序中給定，一般大粒度的物料在配料至總重量的90%左右進入慢振，小粒度的物料在配料至總重量的95%左右進入慢振。慢震時減少了對秤體平臺的震動，有利于物料的準確計量；電動卸料機變頻器選用ED3100，使用前對其有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，由PLC提供啟動信號就可以了，運行頻率由面板給定，可隨時根據(jù)物料的多少調(diào)整卸料速度，保證料批的均勻

剛開始配料時，由于所需的物料較多，PLC控制變頻器運行在較高的頻率，配料電振機往秤體快速給料，當(dāng)重量大于或等于快慢振的臨界點時，PLC控制變頻器運行在較低的頻率，配料電振機緩慢給料，達到配比所給的值時，PLC關(guān)閉電振機，當(dāng)四臺電振機均停振后，系統(tǒng)配料工作結(jié)束。在皮帶運料系統(tǒng)啟動的條件下，延遲幾秒鐘后，四臺電振卸料機依次開始把物料均勻的卸到下方運行的皮帶上。當(dāng)所有的物料卸完畢后，卸料電振機停振，同時向Q系列發(fā)出卸料完畢信號，所有的皮帶輸送機從卸料機下方的皮帶開始，經(jīng)過一定的延時，依次停止，同時，如果有要料信號，系統(tǒng)又開始配料，完成一次配料過程。程序中的控制流程如圖1-3所示：

（三）、使用效果

二通機器配料系統(tǒng)自運行以來性能一直較為穩(wěn)定，效果比較理想，下表為1#爐連續(xù)10批料的配料記錄，配比為1000：395：260：190      

從上表可以看出，硅石的最大誤差為0.7℅，焦炭1為0.25%，焦炭2為

0.38%，鐵料為0.52%，達到了比較高的精度，根據(jù)二年多的實際使用證明每

爐料倉配料誤差不大于2kg,解決了人工手動配料存在的精度低、隨意性大的

缺點，同時在物料粒度變化較大時，可以方便的通過改變PLC系統(tǒng)的設(shè)定值保證料批的準確性、均勻性、一致性，滿足了冶煉生產(chǎn)的工藝要求。

（四）、二通機器配料系統(tǒng)主要優(yōu)勢：

1） 靈活的配料形式     2） 方便的遠程監(jiān)控

3） 簡單的現(xiàn)場操作     4） 成熟的行

5）符合環(huán)保要求

（五）、二通機器配料系統(tǒng)設(shè)計原則

簡單------操作簡單

經(jīng)濟------從用戶角度考慮盡量減少不必要的花費

實用------根據(jù)鐵合金行業(yè)現(xiàn)狀設(shè)計，選用選擇已經(jīng)過實踐檢驗實用的設(shè)計選型

可靠------選用技術(shù)與產(chǎn)品不一定是最先進的，但已在同行業(yè)實踐證明可靠的設(shè)計