關(guān)于PLC實(shí)現(xiàn)高爐料流閥自修正控制的研究與應(yīng)用的論文
摘 要：高爐爐頂布料操作是現(xiàn)代高爐生產(chǎn)中重要的操作技術(shù)之一，根據(jù)現(xiàn)代化高爐生產(chǎn)的要求，高爐布料自動(dòng)控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備連鎖控制、溜槽旋轉(zhuǎn)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(xiàng)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?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)合理布料的研究與應(yīng)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(diào)整爐料在爐喉的分布，達(dá)到煤氣流分布合理，穩(wěn)定爐況，提高煤氣利用率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)順行。
實(shí)現(xiàn)合理的布料控制主要是對(duì)爐頂三個(gè)角度的穩(wěn)定控制，布料溜槽傾動(dòng)角α、布料溜槽旋轉(zhuǎn)角β、料流閥開(kāi)度γ，其中α、β可通過(guò)編碼器檢測(cè)、PLC程序及變頻器控制實(shí)現(xiàn)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(shù)便成為了制約整個(gè)布料系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。
2 料流閥開(kāi)度控制原理
某鋼廠1080m3高爐爐頂料流閥料流調(diào)節(jié)閥的打開(kāi)和定位是由液壓驅(qū)動(dòng)的。通過(guò)電磁閥控制液壓缸，料流調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度由一個(gè)線性位置變送器檢測(cè)。另外，設(shè)2個(gè)限位開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)料流調(diào)節(jié)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(jù)爐頂料單和槽下傳送來(lái)的布料代號(hào)給出料流調(diào)節(jié)閥的`設(shè)定開(kāi)度，控制料流調(diào)節(jié)閥打開(kāi)到設(shè)定開(kāi)度開(kāi)始布料，當(dāng)接受到料罐清空信號(hào)，料流調(diào)節(jié)閥首先完全打開(kāi)才能關(guān)閉。清空信號(hào)由γ射線檢測(cè)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(jiān)控畫(huà)面按鈕操作料流調(diào)節(jié)閥的打開(kāi)，同樣在關(guān)閉料流閥之前應(yīng)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(shè)定在監(jiān)控畫(huà)面的角度手動(dòng)設(shè)定對(duì)話框中，然后點(diǎn)擊監(jiān)控畫(huà)面中的手動(dòng)設(shè)定按鈕，則料流閥便會(huì)執(zhí)行該設(shè)定角度，同樣在關(guān)閉料流閥之前應(yīng)將其完全打開(kāi)。
料流調(diào)節(jié)閥的位置檢測(cè)由一個(gè)內(nèi)置在液壓缸中的線性位置變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出4~20mA信號(hào)對(duì)應(yīng)液壓缸行程。為了使料流閥的定位精度達(dá)到±1mm的要求，在程序中對(duì)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)與目標(biāo)位置相差較小時(shí)，以10mm/s速度運(yùn)動(dòng)，這樣可以精確的定位到目標(biāo)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(xiàn)了等面積布料，對(duì)穩(wěn)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(shù)穩(wěn)定[1]。
設(shè)定料批重為W噸，要求布料溜槽旋轉(zhuǎn)N 圈后爐內(nèi)礦石正好布料完成，爐內(nèi)料線斷面上沿高爐直徑方向設(shè)定多個(gè)環(huán)位。布料操作時(shí)，根據(jù)不同料種、不同爐況要求，在高爐布料設(shè)定圖(圖1)中設(shè)定若干個(gè)環(huán)位布料。每個(gè)環(huán)位布滿要求的圈數(shù)后，自動(dòng)轉(zhuǎn)到另一個(gè)環(huán)位上，直到N圈全部布完為止。為實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，對(duì)下料流量提出了較嚴(yán)格的控制要，不僅要求下料流量均勻，而且對(duì)應(yīng)不同批重，不同料種要確定不同的下料流量，使溜槽轉(zhuǎn)N圈后，料頭、料尾相接，因此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制料流調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度是實(shí)現(xiàn)多環(huán)布料的關(guān)鍵[2]。
圖1 高爐布料設(shè)定圖
料流閥開(kāi)度設(shè)定值的準(zhǔn)確與否是能否保證多環(huán)布料圈數(shù)準(zhǔn)確的重要前提。因此，在全自動(dòng)布料時(shí)，根據(jù)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(shè)定值是非常必要的。
通過(guò)高爐開(kāi)爐布料測(cè)試以及正常生產(chǎn)時(shí)得出的大量數(shù)據(jù)，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(biāo)值，
γ0為料流閥開(kāi)度設(shè)定值，
W為本次布料礦石/焦炭實(shí)際稱(chēng)量值，
W0為工長(zhǎng)料單設(shè)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(shù)。
當(dāng)本次布料圈數(shù)大于理想圈數(shù)時(shí)，則應(yīng)增大料流閥開(kāi)度目標(biāo)值達(dá)到布料邊緣修正，當(dāng)本次布料圈數(shù)小于理想圈數(shù)時(shí)，則應(yīng)減小料流閥開(kāi)度目標(biāo)值達(dá)到布料中心修正的目的。
公式中，γ為計(jì)算所得，γ0及W0為工長(zhǎng)設(shè)定值，Wf在高爐設(shè)計(jì)完成后基本固定，如何得出k值則為本公式關(guān)鍵。
當(dāng)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(nèi)時(shí)，k值計(jì)算如下：
k=k0+(C-C0)/α
其中k為本次布料自修正系數(shù)，
k0為上次布料自修正系數(shù)，
C為上次布料實(shí)際圈數(shù)，
C0為布料理想圈數(shù)(一般是10)，
α為布料料單中選定的傾動(dòng)角度數(shù)量(一般是5)。
通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)以上自修正程序功能計(jì)算，在布料控制畫(huà)面中將k值及γ目標(biāo)值做成可人為修改，并增加自修正程序屏蔽按鈕，可根據(jù)爐況隨時(shí)轉(zhuǎn)到人為干預(yù)，避免出現(xiàn)較大修正誤差。
根據(jù)高爐開(kāi)爐布料測(cè)試數(shù)據(jù)(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(yùn)算。
表1 高爐布料測(cè)試記錄
4 結(jié)語(yǔ)
高爐料流閥自修正程序投入使用后，能夠基本滿足
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