關(guān)于PLC實(shí)現高爐料流閥自修正控制的研究與應用的論文
摘 要：高爐爐頂布料操作是現代高爐生產(chǎn)中重要的操作技術(shù)之一，根據現代化高爐生產(chǎn)的要求，高爐布料自動(dòng)控制系統需要實(shí)現設備連鎖控制、溜槽旋轉類(lèi)型控制、溜槽傾動(dòng)角度控制、料溜閥開(kāi)度控制、探尺升降控制等多項精確控制功能。本文主要介紹了高爐料流閥在多環(huán)布料時(shí)如何通過(guò)自修正程序實(shí)現爐內合理布料的研究與應用。
關(guān)鍵詞：料流閥 多環(huán)布料 自修正
1 概述
目前，世界上大型高爐多采用無(wú)料鐘爐頂，布料方式采用多環(huán)布料，通過(guò)溜槽調整爐料在爐喉的分布，達到煤氣流分布合理，穩定爐況，提高煤氣利用率，進(jìn)而實(shí)現高爐穩產(chǎn)順行。
實(shí)現合理的布料控制主要是對爐頂三個(gè)角度的穩定控制，布料溜槽傾動(dòng)角α、布料溜槽旋轉角β、料流閥開(kāi)度γ，其中α、β可通過(guò)編碼器檢測、PLC程序及變頻器控制實(shí)現角度的精確定位，因此，通過(guò)料流閥開(kāi)度γ控制的布料圈數便成為了制約整個(gè)布料系統穩定性的關(guān)鍵因素。
2 料流閥開(kāi)度控制原理
某鋼廠(chǎng)1080m3高爐爐頂料流閥料流調節閥的打開(kāi)和定位是由液壓驅動(dòng)的。通過(guò)電磁閥控制液壓缸，料流調節閥的開(kāi)度由一個(gè)線(xiàn)性位置變送器檢測。另外，設2個(gè)限位開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測料流調節閥的打開(kāi)和關(guān)閉位置。料流閥有三種控制模式，手動(dòng)、手動(dòng)定位、自動(dòng)。
在自動(dòng)模式下，PLC根據爐頂料單和槽下傳送來(lái)的布料代號給出料流調節閥的`設定開(kāi)度，控制料流調節閥打開(kāi)到設定開(kāi)度開(kāi)始布料，當接受到料罐清空信號，料流調節閥首先完全打開(kāi)才能關(guān)閉。清空信號由γ射線(xiàn)檢測和PLC的定時(shí)器共同完成;手動(dòng)模式下，操作員直接通過(guò)監控畫(huà)面按鈕操作料流調節閥的打開(kāi)，同樣在關(guān)閉料流閥之前應將其完全打開(kāi);手動(dòng)定位模式下，操作員首先將所需開(kāi)度設定在監控畫(huà)面的角度手動(dòng)設定對話(huà)框中，然后點(diǎn)擊監控畫(huà)面中的手動(dòng)設定按鈕，則料流閥便會(huì )執行該設定角度，同樣在關(guān)閉料流閥之前應將其完全打開(kāi)。
料流調節閥的位置檢測由一個(gè)內置在液壓缸中的線(xiàn)性位置變送器來(lái)實(shí)現，輸出4~20mA信號對應液壓缸行程。為了使料流閥的定位精度達到±1mm的要求，在程序中對料流閥的開(kāi)關(guān)速度進(jìn)行處理，料流閥開(kāi)始以最大速度30mm/s運動(dòng)，當與目標位置相差較小時(shí)，以10mm/s速度運動(dòng)，這樣可以精確的定位到目標位置。
3 料流閥開(kāi)度自修正控制
目前的高爐布料，特別是在大型無(wú)料鐘爐頂高爐，主要的布料方式是多環(huán)布料。它實(shí)現了等面積布料，對穩定爐況、提高煤氣利用、降低焦比起到了明顯作用。合理布料能提高產(chǎn)量，有利于高爐順行，降低燃料消耗。但是由于高爐布料的原料配比、質(zhì)量、粒度變化頻繁，難以保證布料圈數穩定[1]。
設定料批重為W噸，要求布料溜槽旋轉N 圈后爐內礦石正好布料完成，爐內料線(xiàn)斷面上沿高爐直徑方向設定多個(gè)環(huán)位。布料操作時(shí)，根據不同料種、不同爐況要求，在高爐布料設定圖(圖1)中設定若干個(gè)環(huán)位布料。每個(gè)環(huán)位布滿(mǎn)要求的圈數后，自動(dòng)轉到另一個(gè)環(huán)位上，直到N圈全部布完為止。為實(shí)現上述過(guò)程，對下料流量提出了較嚴格的控制要，不僅要求下料流量均勻，而且對應不同批重，不同料種要確定不同的下料流量，使溜槽轉N圈后，料頭、料尾相接，因此實(shí)現自動(dòng)控制料流調節閥的開(kāi)度是實(shí)現多環(huán)布料的關(guān)鍵[2]。
圖1 高爐布料設定圖
料流閥開(kāi)度設定值的準確與否是能否保證多環(huán)布料圈數準確的重要前提。因此，在全自動(dòng)布料時(shí)，根據料種、料重及前次布料的相關(guān)因素，合理地修正料流閥開(kāi)度的設定值是非常必要的。
通過(guò)高爐開(kāi)爐布料測試以及正常生產(chǎn)時(shí)得出的大量數據，得到料流閥自修正公式如下：
γ=γ0+(W-W0)*k/Wf
其中γ為本次布料料流閥開(kāi)度目標值，
γ0為料流閥開(kāi)度設定值，
W為本次布料礦石/焦炭實(shí)際稱(chēng)量值，
W0為工長(cháng)料單設定礦石/焦炭理論稱(chēng)量值，
Wf為高爐理論允許最大稱(chēng)量值，
k為修正系數。
當本次布料圈數大于理想圈數時(shí)，則應增大料流閥開(kāi)度目標值達到布料邊緣修正，當本次布料圈數小于理想圈數時(shí)，則應減小料流閥開(kāi)度目標值達到布料中心修正的目的。
公式中，γ為計算所得，γ0及W0為工長(cháng)設定值，Wf在高爐設計完成后基本固定，如何得出k值則為本公式關(guān)鍵。
當高爐實(shí)際稱(chēng)量值W在理論允許最大稱(chēng)量值Wf范圍內時(shí)，k值計算如下：
k=k0+(C-C0)/α
其中k為本次布料自修正系數，
k0為上次布料自修正系數，
C為上次布料實(shí)際圈數，
C0為布料理想圈數(一般是10)，
α為布料料單中選定的傾動(dòng)角度數量(一般是5)。
通過(guò)PLC編程實(shí)現以上自修正程序功能計算，在布料控制畫(huà)面中將k值及γ目標值做成可人為修改，并增加自修正程序屏蔽按鈕，可根據爐況隨時(shí)轉到人為干預，避免出現較大修正誤差。
根據高爐開(kāi)爐布料測試數據(表1)，以及礦石、焦炭密度不同的原因，礦石及焦炭的自修正程序需分開(kāi)運算。
表1 高爐布料測試記錄
4 結語(yǔ)
高爐料流閥自修正程序投入使用后，能夠基本滿(mǎn)足
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