1 引言
某焦化廠老生產(chǎn)線的燒結配料主要依靠工人師傅的工作經(jīng)驗，通過手動調節(jié)閘門的開度來調節(jié)流量的大小，這就造成：
（1）焦碳的質量較差；
（2）現(xiàn)場安全性能較差；
（3）電機滿負荷運轉，對電網(wǎng)沖擊較大，浪費大量的能源；
（4）現(xiàn)場環(huán)境較差，嚴重影響工人的身體鍵康；
（5）配比不合適，造成大量原材料的浪費；
（6）工作效率較低。
近幾年來，隨著工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強，變頻技術以其優(yōu)異的性能，在國內外得以廣泛應用，特別是隨著中國加入WTO以后，焦碳行業(yè)的競爭更加日趨激烈，并對產(chǎn)品的質量提出更高的要求。針對原生產(chǎn)工藝過程中存在的問題，我們采用變頻調節(jié)器和綠色設計技術為該焦化廠燒結配料設計制造了一條新生產(chǎn)線。
2 系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程和結構組成
2.1 系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程
系統(tǒng)主要對四種物料進行配比（如石灰石、焦煤、鐵合金、燒結料等），其中前三種物料各有兩個料倉，料倉中物料分別通過各自的圓盤給料機、并由電子配料皮帶秤計量后輸入主輸送帶，再由主輸送帶將混合料送入料倉。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
2.2 系統(tǒng)的主要參數(shù)
圓盤給料機:電機型號為YSP160Mz-4,功率11kW,轉速1140rpm,AC380V,50Hz。
電子配料皮帶秤:皮帶寬度1000mm;速度0.5m/s;生產(chǎn)能力60t/h（5臺），30t/h(2臺)。
2.3 系統(tǒng)的主要結構組成
該系統(tǒng)主要由1臺工業(yè)控制計算機（PTⅢ450/256M內存、80G硬盤/17寸彩顯/光驅、軟驅、接口板等）、1套組態(tài)軟件、1臺動力控制柜（內含PLC等）、1臺低壓開關柜、1臺儀表控制柜（內含7臺控制儀表和7臺專家調節(jié)器）、2臺變頻器柜（內含7臺變頻器）、7臺現(xiàn)場操作盤、7臺調速皮帶秤、7臺圓盤給料機等組成。
3 系統(tǒng)的過程控制實現(xiàn)
3.1 變頻調速控制單元
電子調速配料系統(tǒng)通常有調節(jié)圓盤給料機給料和調節(jié)皮帶輸送機速度給料兩種調速方式。該系統(tǒng)采用調節(jié)圓盤給料機進行給料。其控制單元主要由組態(tài)軟件、PLC、配料皮帶秤、圓盤給料機、變頻器、調節(jié)器等組成。
3.2 調速控制單元的工作原理
控制過程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機輸送的物料進行計量，由控制儀表接收稱重信號和速度信號，經(jīng)處理后轉化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機（上位機）、以4～20mA模擬電流信號傳送給PID調節(jié)器，PID調節(jié)器將該信號與內部設定值進行比較運算后，4～20mA的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調節(jié)圓盤給料機的轉速，當流量增大時，降低圓盤給料機的轉速，反之提高圓盤給料機的轉速，從而使得幾種物料的流量和階段累計量均保持在設定的范圍內，進而得到可靠的產(chǎn)品質量。
系統(tǒng)的參數(shù)及運行過程可通過工控機進行設定和監(jiān)控，也可通過手動修改PID調節(jié)器的值，操作方便，控制可靠，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高度自動化，形成7個既相對獨立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其配料控制系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。
3.3 最優(yōu)控制及控制系數(shù)的計算與設置
生產(chǎn)過程是個復雜的動態(tài)過程,生產(chǎn)過程中的某一時刻的某一環(huán)節(jié)似乎是不可控的，因而造成生產(chǎn)被動或增加勞動強度。最優(yōu)控制不僅要實現(xiàn)生產(chǎn)過程相對靜態(tài)時的最優(yōu),而且要求從一個工況轉變?yōu)榱硪还r時也要自動起到最優(yōu),即達到動態(tài)最優(yōu)控制。所謂動態(tài)最優(yōu)控制就是要找出起控制作用的參數(shù)的一個或一組參數(shù),使要控制的目標參數(shù)的函數(shù)在滿足約束條件下最優(yōu)。
要想達到最優(yōu)控制，關鍵是要確定合適的控制系數(shù)，那么怎樣對PID調節(jié)器的控制系數(shù)進行計算與設置呢？
圖2 控制系統(tǒng)結構框圖
在自動控制系統(tǒng)中，首先應把流量大小轉化成計量的統(tǒng)一標準信號，建立信號之間的聯(lián)系,該系統(tǒng)中是將流量信號統(tǒng)一轉化成標準電流信號，即4～20mA模擬電流，該電流的大小與流量大小成正比，這樣，顯然應先把生產(chǎn)工藝上流量比值K折算成內部的比值系數(shù)K′,才能進行比值設定，這里暫以鐵合金和焦煤兩種物料配比計算進行說明,由圖2可知：
I1=Q1/Q1max×I （1）
I2=Q2/Q2max×I （2）
式中:
I1—鐵合金流量對應的電流；
I2—焦煤流量對應的電流；
Q1—鐵合金對應的流量；
Q2—焦煤對應的流量；
Q1max—鐵合金設置的最大流量；
Q2max—焦煤設置的最大流量；
I—標準電流信號（20mADC）。
設：K′= I1′/I1 （3）
K′為比值器的控制系數(shù)，要使系統(tǒng)達到最優(yōu)控制，即系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，須使:
I1′=I2 （4）
又設:K=Q2/Q1 （5）
K為生產(chǎn)工藝要求的比值，由(1)～(5)式可得：
K′=K×Q1max/Q2max (6）
由(6)式可知:K′與測量儀表的設置量程值有關,而與生產(chǎn)負荷Q1、Q2的大小無關。其次,根據(jù)生產(chǎn)過程中的情況進行計算來確定控制系數(shù),例如該系統(tǒng)中鐵合金的輸送能力為60t/h,焦煤的輸送量為36t/h。可得:K′
[NextPage] =K×36/60=3K/5=0.6K。當K=0.2時,K′=0.12;當K=0.5時,K′=0.3;當K=1時,K′=0.6,K′值是根據(jù)生產(chǎn)工藝需要,通過上位機對系統(tǒng)內部PID進行設置。
3.4 控制趨勢曲線
要達到系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的目的，必須要求物料的給料量能穩(wěn)定在一定的范圍內，系統(tǒng)控制趨勢曲線見圖3示。
圖3 系統(tǒng)控制趨勢曲線
4 綠色設計與制造
綠色設計與制造是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會聯(lián)結成一個協(xié)調發(fā)展的有機整體，要求經(jīng)濟發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長期承載能力，滿足人類長遠生成的需要。
在系統(tǒng)的設計中,從系統(tǒng)的方案設計到生成產(chǎn)品,包括生產(chǎn)過程中的周轉物、回收物及廢棄物等,都充分地利用綠色設計的新思想。例如系統(tǒng)方案設計選擇時,將綠色設計新思想擺在首位，在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質量的前提下，盡可能多地采用綠色設計;當在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質量和采用綠色設計產(chǎn)生沖突時,采取資金傾斜政策,以滿足實際需要。在系統(tǒng)設計階段，將影響環(huán)境因素及預防污染的措施納入產(chǎn)品設計中,將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設計的目標和出發(fā)點，使生產(chǎn)對環(huán)境的污染減少到最小,從根本上防治了污染，節(jié)約了能源和資源。設計中,采用DCS集散控制系統(tǒng)和變頻調速技術，真正體現(xiàn)人性化設計，全面實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，大大減少勞動強度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對電網(wǎng)的沖擊。在物流過程中,實現(xiàn)將物料進行全密封裝置，從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料（如石灰石等）對周圍環(huán)境的污染，保護工人的身體健康。提高企業(yè)市場競爭能力和可持續(xù)發(fā)展能力。
5 當前應用效果
新生產(chǎn)線通過幾年運行來看，使用效果較好，和老生產(chǎn)線相比，優(yōu)勢較明顯，具體表現(xiàn)在以下幾方面：
（1）生產(chǎn)效率大大提高
直接通過上位機進行操作，減少現(xiàn)場人為干預，通過統(tǒng)計，生產(chǎn)效率比以前提高近5倍，同時大大減少了現(xiàn)場的操作人員的數(shù)量。
（2）系統(tǒng)可靠性大大提高
由于系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，PLC、變頻器等均采用進口器件，并經(jīng)過嚴格篩選，系統(tǒng)工作幾年來一直運行穩(wěn)定，大大減少設備維護的費用。
（3）綠色設計和人性化設計得到充分體現(xiàn)
進入二十一世紀后，隨著生活水平的提高，人們對環(huán)保意識明顯增強，綠色設計技術作為一門新興課題正在各行各業(yè)快速應用。正是由于該系統(tǒng)充分利用綠色設計這一先進思想，使得系統(tǒng)投入運行后取得許多事前人們意想不到的效果。
（4）產(chǎn)品質量和合格率明顯提高
應生產(chǎn)工藝需要，通過系統(tǒng)設定好參數(shù)后，生產(chǎn)過程嚴格采用自動控制，避免了人為因素的干擾，從而大大地提高了產(chǎn)品的質量和合格率。
（5）工藝控制平穩(wěn)、穩(wěn)定
系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制,并對系統(tǒng)參數(shù)實行最優(yōu)計算，從圖3中清楚地看到,系統(tǒng)控制精度在±1%范圍內,并能平穩(wěn)地工作。
（6）節(jié)能效果顯著
節(jié)能效果顯著，經(jīng)核算，系統(tǒng)中電機功率為11kW，實際工作中，采用變頻調速功率只達到55～60%之間，平均每臺可節(jié)省功率4.8kW，按300×24=7200h/年臺算，這樣該系統(tǒng)每年可節(jié)省7200×4.8×7×1=24.2萬元/年，同時還減少電機啟動對電網(wǎng)造成的沖擊。
（7）投資見效快
投資系統(tǒng)在80萬元左右,僅節(jié)約電費3年就能收回成本。
6 結束語
通過用戶現(xiàn)場的使用情況來看：
其一，系統(tǒng)的可靠性好，解決了以前用戶現(xiàn)場由于棚料導致物流不暢及由于卡料使給料機不能正常工作，導致堆料現(xiàn)象等；
其二,系統(tǒng)的精度高,單機運行時,精度優(yōu)于±0.5%,控制精度優(yōu)于±1%；
其三，節(jié)能效果顯著；
其四，環(huán)境污染程度低?？傊撓到y(tǒng)自投產(chǎn)以來不但保證了產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量，同時又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|