1、鄂钢焦化厂新区配料控制系统王华立 向大维 摘 要：本文介绍了鄂钢新区 110 万 t/a 焦化系统工程中配料控制系统的主要特点和功能。关键词： 数据传递 物料配合 自动控制一、概述 武钢集团鄂钢焦化厂新建焦炉工程，是鄂钢技术改造和结构调整中的重点工程,备煤车间采用工艺过程简单、设备较少、布置紧凑、操作方便的先配煤后粉碎工艺流程。整个车间由配煤室、粉碎机室、煤塔顶层以及相应的带式输送机通廊和转运站组成。配煤室是把各种牌号的炼焦用煤，根据配煤试验确定的配比进行配合，使配合后的煤料能够炼制出符合质量要求的焦炭。从贮煤场运来的单种煤，由带式输送机将煤送到配煤槽顶部的可逆配仓带式输送机，分别布入 14
2、个 F 8.5m 的双曲线斗嘴配煤槽中，按照 27 的位置进行布置。每个煤仓的储煤量为 9600t，可供 2 座焦炉约 1 昼夜的用煤量。槽下通过圆盘给料机直接将单种煤下到配料主皮带上，通过配料电子秤计量后，经过后续皮带系统送至煤塔。按照工艺要求，备煤系统采用电子秤自动配料系统进行自动配煤，自动配煤系统的操作均在原备煤系统集中控制室内进行，在集中控制室内设置两台上位机进行操作及监控，自动配煤的柜体设备均安装在配煤控制电磁站室内。自动布料系统操作合在配料上位机系统中进行。分组配合后的炼焦用煤，经带式输送机运至新焦炉煤塔。在配煤槽顶部的可逆配仓带式输送机上安装红外标尺测位系统，对两条可逆配仓带式输
3、送机的位置信息精确检测，连续测量，并进行定位及仓号识别。在每个配煤仓顶安装料位计，在线测量每个煤仓的实时料位。通过卸料小车位置和料位的在线检测，可以实现卸料小车自动布料及防混煤自动控制。二、 自动配料系统1、系统特点金日 JRPL-P 型自动配料系统，采用集散型、模块化的设计，计量部分采用德国申克（SCHENCK ） BMP 系列电子皮带秤，控制部分采用 Modicon Quantum 140 系列 PLC 系统，与焦化厂原备煤系统设备选型一致。上位机监控是在 WindowsXP 操作平台下，采用成熟的 iFix 工业组态软件，系统操作简单、界面友好，确保了整个配料系统的可靠性、稳定性和准确性
4、，维护及操作简单。系统结构上采用独特的一条龙减差控制方式，可以大大节约设备投资，整个系统采用14 台电子秤即能满足现场工艺的需求，并省去了 14 条计量小皮带机。2、系统结构采用分布式 JRPLP 型主皮带一条龙减差配料系统，并在系统结构上采用 上位机 + PLC 控制系统 + 电子秤 的方式，在给料控制方式上采用 圆盘给料机 的配料方案（详见系统配置图） 。配料系统配置示意图（主皮带减差控制方式）整个系统由两台工业 PC、一套 PLC 及 14 套单回路闭环控制系统组成；每个闭环控制回路由现场的园盘给料机、电子秤及现场操作箱、控制室内的 PLC、变频器等组成。并留有与焦化厂上位计算机的通讯接
5、口。该配煤系统可分为下列四大部分： 物料计量部分 微机操作部分 控制部分 给料机控制部分物料计量部分为了保证计量控制系统的计量精度和运行可靠，采用德国申克（SCHENCK） BMP 系列电子皮带秤，其计量精度为0.25，在采用主皮带减差的一条龙控制方案应用中，可以保证在物料干燥的前提下，控制精度在1以内，满足了焦化厂配煤控制的需要。德国申克（SCHENCK ） BMP 系列电子皮带秤的特点如下：1) 独特的秤架结构： 全悬浮100%受力称重桥，即受力为托辊直压方式100%传力（无任何机械铰刀，杠杆等对精确测量受力不利的转换环节）即使在高振动，高皮重以及不平稳负荷下也能保证高精度测量，进而实现高
6、精度配料控制。德国申克（SCHENCK ） BMP系列电子皮带秤现场应用 两台秤体之间可以连续安装，特别适用于在大皮带上连续安装进行减差计量方式，该安装方式为申克秤所特有，目前国内外其它的电子秤均无法实现。这样，不需要另外配备计量小皮带机，可以节约大量的投资。 称重桥由高强度钢板立装构成，避免结构变形的误差及可能的物料堆积； 安装简单：四点锚固, 可调, 焊接或螺栓固定；2) 申克RTN传感器特点 采用独特的高阻抗，轴对称传感器（申克专利），侧向力不被测量，高过载能力，抗托辊安装不对直性。 阻抗高达4480欧的环形应变片同心对称地粘贴在测量体上下表面，使惠斯登电桥各桥臂应变均匀，构成独特的轴对
7、称测量原理。 高灵敏度，大输出信号：由于采用高阻抗电阻应变片，供桥电压最高可达100V， 输出灵敏度高达 2.85 mV/V，使输出信号最可达180 mV 。 信号可直接远距离传输传感器本身所有的电子部件均置于传感器腔体内，具有很好的保护性能；电缆直接从传感器内引出，称重信号不经任何中间环节的转换可直接传输达1000米。 允许大皮重称量，保证同样精度的情况下，可允许最大皮重为量程的 90 % 。 传感器投运后无需维护/维修，拆装非常简便，并允许在加载情况下进行电缆的连接，拆卸以及测量。 独特的弹性安装附件（申克专利）：配套采用申克特有的钢胶混体弹性安装件, 消除了侧向力及冲击负荷对传感器的影响
8、, 而无需采用额外的机械辅助固定装置(例如：拉杆/张紧杆等)，最大限度地消除了外界机械因素对称量的影响,并有效可靠地保护了传感器。 精度高， 重复性及长期稳定性好：国内多个用户连续使用已超过20年，各种性能指标均无任何变化； 高精度标准传感器可用于实验机 /测力机上并作为力标准 高分度值：符合 PTB,OIML国际标准，系统分度值可高达5000/7500/10000等。传感器本身分度高达 120 万。 传感器测量系统设计先进，蠕变误差极小。 高防护等级，密封性好：传感器加工精密，全部采用高等级优质不锈钢，电抛光，激光焊，抗腐蚀性能好，防护级别高达 IP68 ( 水气密封性好，可在水中 浸泡作业
9、 ) 可靠性高，抗干扰能力强：即使在不可预见的频繁冲击负荷及强电子/ 电磁干扰情况下，在设计中也充分考虑了电缆接头的安全，使其达到高度的安全性 外形尺寸小：超扁平型小巧结构设计，标准尺寸，简化了用户自己的计划/应 用工作量。而且与其它柱型传感器相比大大节省安装空间 具有过电压及过载保护，过载可达300% 侧向力及偏心荷重对称量精度无影响 质量保证：德国原装传感器，传感器的设计/制造/检验均依据国际标准(OIML,PTB等),并有ISO9001认证及中国CPA型式批准；传感器出厂进行100%检验3) 先进的DISOCONT控制仪表和电控装置申克电子秤采用DISOCONT仪表和电控装置进行测量、控
10、制和调节，其技术优点如下：1. 采用总线通讯方式配料秤与用户工厂控制系统或上位机的通讯连接采用简便通用的总线方式，易于融入用户本身的上位管理控制系统之内。适用于以下各种工业主流总线方式： DEVICENET MODBUS PROFIBUS INTERBUS2. 方便的现场调试方式配料秤操作参数的设定、修改等非常简便，现场调试时，可以采用以下方式： 采用普通笔记本电脑完成 采用申克提供的专用服务器完成3. 功能强大的控制功能 在现场实现对给料机的定量给料自动控制 完备的输入输出控制接口微机操作站该上位机采用先进可靠的工业控制机作为操作站，工艺流程动画显示美观大方，友好的操作界面简单易学。在本系统
11、中，所有自动配煤的操作均在备煤集中控制室内完成，在集中控制室室内安装两台操作站，完成配煤系统的操作功能，其中一台也可以作为工程师站，作为工程师调试使用。操作站的功能如下：1) 系统软件是在WindowsXP操作平台下，用iFix4.0中文监控软件开发研制的通用应用程序，基本数据库为SQL2005 。整个程序兼顾鼠标和键盘操作，并可调出随机帮助文件。2) 各种操作界面、数据显示及打印管理，用户可方便的在上位机上进行各种数据的修改操作，运行数据的图形显示及打印各种报表。3) 上位机通过以太网与配料PLC控制系统相连，能够下发计量、控制、系统参数以及配料指令、精度测试命令等，同时能够读取各电子秤、给
12、料机的当前状态和参数。控制部分一、 工作原理煤仓里的煤料通过园盘给料机均匀地落到煤仓下的带式输送机上，称重信号和速度信号送到到电子秤显示控制仪上，并以现场总线的通讯方式送入 PLC 系统，经 PLC 运算处理后得出实际给料量，将实际给料量与设定的给料量不断进行比较，并经变频器调整园盘给料机的给料速度，使之精确地以恒定的给料速率给料，保持给料量基本恒定。在反馈控制上采用金日公司新型的人工智能 PID 调节算法，无振荡，无超调。控制部分的 PLC 系统采用 Modicon Quantum 140 系列 PLC 系统，具有极高的系统可靠性。为保证 PLC 系统的可靠运行，系统电源模块、网络模块采用冗
13、余配置，PLC 系统的各类 I/O 点预留 20%的余量。配料系统配置示意图PLC 系统 IO 结构图配料系统 PLC IO 点设计序号 控制点名 AI AO DI DO 备注1 变频器启动返回 14 2 变频器故障 14 3 手自动转换 14 4 机旁启动 14 5 机旁停止 14 6 事故开关 14 7 集中/就地选择 14 8 变频器启动 14 9 变频器控制电流 14 10 报警信号 1 11 堵料报警信号 14 12 电子秤称重信号 0 采用总线通讯方式13 14 合计 0 14 98 29 15 实际配置点数 0 16 128 32 控制方式：工业 PC 通过工业以太网对各回路的数
14、据进行集中管理，PLC 实现圆盘给料机顺序启停、报警以及模拟量的输出，实现系统自动、手动控制。A由工业 PC 设定各种相关参数，并与 PLC 实现系统的自动控制。B当系统故障或计算机离线时，可在机旁进行操作，手动调节变频器，实现手动控制配料。 开关量控制功能通过操作站实现系统配料料线的选择、总流量、配比、水分的选择，各种皮带启停信号的输入和联锁，给料机变频器的启停、手动、自动控制，现场控制箱就地控制，报警控制等。 配料控制功能实现信号的采集、计算，并根据实际流量与给定流量的差值按照控制算法进行 PID 调节，并将控制信号转换成 420mA 模拟量信号下发给变频调速器去调节圆盘给料机电机转速，从
15、而改变当前下料量，确保系统准确的按给定配比进行配料。执行机构在该方案中，采用变频器对圆盘给料机电机进行调速控制。由 PLC 系统模拟量输出模块供 420mA 控制电流给变频器，自动调节变频器的输出频率，控制圆盘给料机电机的转速，以调节园盘的下料量。变频器集中安装在变频调速柜中，并在现场配备现场操作箱，可以在现场启停圆盘給料机、进行单动/联锁、手动 /自动转换和手动调节电位器以便变频器在手动控制时手动调节变频器的输出频率，实现系统的手动控制。配料系统 PLC 设备及变频器等柜体均安装在自动配煤系统控制电磁站室内。3、控制系统的功能描述根据鄂钢新焦炉工程对配煤系统的控制要求，配煤系统的电控操作界面
16、应能实现圆盘给料机等电气设备的启动/停止、集中/单机等操作。配料系统的仪控操作界面实现配料控制系统操作。配料操作控制方式配料集中操作在原备煤系统集中控制室内的配料计算机上进行，报表的打印也在此计算机上完成。控制功能1) 系统选择处理：快速选定配料仓号及煤种。2) 系统的起动控制：配料料线自动顺序启停圆盘给料机。3) 系统的联锁控制。4) 系统的自起动控制（可选择） 。5) 能快速修改各计量秤的计量参数和配料系统的控制参数。6) 根据工艺要求，可随时、方便的选定、修改、更换配比和配料总流量。7) 当物料水分含量发生变化时，可方便的变更水分组和手动输入各物料的水分变化量。8) 可以设置不同的操作权
17、限，以保证系统的安全。显示画面的功能1) 采用动画和数据简明直观的显示整个配料工艺及流程画面；2) 显示各设备运行情况及各种原料瞬时累计消耗量；3) 显示各种原料的瞬间下料量、总流量及总累计量。4) 显示报警画面，当系统各测量单元出现故障时，工艺流程主画面将以警示色提醒用户，并由计算机记录故障时间。当系统出现空仓或给料机堵料而无法下料时，工艺流程画面也以警示色提醒用户，同时在控制室出现声音报警，提醒用户及时处理。5) 显示报表画面。6) 显示历史趋势画面。报警功能当系统故障或操作条件不满足时，系统发出报警信号，报警信号的处理方式包括：报警画面、窗口显示、列表、打印、音响输出等。在控制室操作台中
18、和现场安装报警电笛报警。报表功能1) 报表格式：报表分为班报、日报、月报。班报为每日三班（或根据实际情况设定） 。2) 报表内容：报表的具体内容根据生产控制管理的要求进行编制。3) 报表输出方式：手动打印或自动打印两种方式。打印功能1) 故障打印：故障发生时，可以打印出故障发生的时间、内容。2) 报表打印：分为手动打印及自动打印。3) 按用户设置的打印参数方便的打印出各种原料累计消耗量的班报、日报、月报表并能进行相应的查询；4) 具有当前趋势和历史趋势的查询功能；5) 具有各给料机手动配料时间和配料量的统计功能。通信功能1) 自动配煤系统 PLC 与原备煤系统 PLC 之间，采用以太网进行通讯
19、。2) PLC 与操作站通信：通过以太网进行通讯。4、系统性能指标：项 目 指标计量精度 0.5控制精度 1.0单秤最大流量 350 t/h皮带宽度 1000 mm皮带倾角 0皮带速度 1.6m/s称重信号传输距离 1000 mPLC 控制模块与变频调速器距离 150 m秤体环境温度 2060主机环境温度 045主机及秤体电源 220V 50Hz电子秤能耗 400 W/台圆盘给料机电机 380V 50Hz 15kW圆盘给料机电机风机 380V 50Hz 100W5、主皮带减差控制方式与小皮带控制方式的比较：序号 项目 控制精度 设备配置 电缆部分 施工部分 维护部分1 减差方式高：计量精度0.
20、5，控制精度1.0简洁 少 费用较低 简单，工作量小2 小皮带机方式很高：计量精度0.5，控制精度0.5需增加小皮带机，小皮带机控制柜，PLC 模块等增加小皮带机动力电缆及相应的控制电缆增加施工材料、工程量及施工费用故障点增多，维护量大大增加，长期运行费用提高（耗电、备件等）三、 应用效果 提高配煤管理水平。本系统通过以太网可实时监控配料系统的配料情况，实时掌握配料信息。 稳定和提高配煤质量。配料系统在输入相应的参数后，可实现自动配料，排除因人为因素造成的配煤质量波动。 改善操作环境节省投资。传统配料方式都是在配料斗下方安装给料装置，并在给料装置处安装计量装置，本系统在设计上就采取了直接在主输送带上安装计量装置，从而降低投资，节约了成本。
