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摘要：本系統(tǒng)采用最優(yōu)控制，成功實現(xiàn)了436米上料主皮帶驅動、槽下自動配料、仿真料流模型、FIFO式料型控制模型、圖像識別、故障自診斷等功能，具有廣泛的推廣及應用價值。
ABSTRACT:Thesystem adopts optimized type control,successfully realized 436m main charging belt driving,automatically proportioning below bunker,feed flow simulating model,FIFO type burden profile control model,image identification,fault self detecting functions etc,Thus it is well worthy of promotion and application.

關鍵詞：主皮帶 槽下配料 料流模型 故障自診斷
KEY WORDS: main charging belt proportioning below bunker feed flow model fault self detecting

1 前 言
2003年前萊鋼高爐的最大容積是750m3，采用料車上料，本項目中高爐容積是1880m3，采用主皮帶上料，槽下焦炭或燒結經槽下成品帶直接到上料主皮帶，槽下成品帶長139米，主皮帶長436米，所以槽下焦炭或燒結需經過570多米長的皮帶到爐頂，這在國內是非常罕見的，上料自動控制相對復雜化。國內同類型大高爐一般在槽下設置中間斗，主皮帶的長度一般在200-300米左右，這種高爐槽下備料和放料是互相獨立的，一般是當主皮帶上的料進入爐頂且準備布料時，槽下已備好料的中間斗才開始放料，所以上料控制就相對的簡單。

2 智能控制
2．01 面向對象編程在主皮帶啟?？刂浦械膽?BR>上料主皮帶有4臺10KV的高壓電機驅動，4臺電機按順序啟動，平時4臺電機同時工作，事故時允許3臺電機工作。每臺高壓電機配有直流10KV的電流測控保護裝置和380V的抱閘電機。同時，主皮帶還配有低壓控制回路，此回路除了延時松抱閘外，還監(jiān)測主皮帶的故障如：撕裂、打滑、重跑偏、輕跑偏、拉繩、拉緊等故障。
從礦槽監(jiān)控畫面點擊“主皮帶啟動”按鈕之后，則程序先啟動四臺電機的潤滑泵，潤滑泵油壓正常且報警時間到后電機間隔2秒相繼啟動。當主皮帶有停機故障、電氣回路有跳閘現(xiàn)象、電機啟動超時等情況時，則停止主皮帶運行。
在程序的編制過程中，對主皮帶啟動我們采用面向對象的編程思路，啟動功能塊是完全獨立的，并可進行移植。功能塊有四個輸入口，分別對應四臺電機的啟動順序輸入號，同時功能塊有一個輸出口，對應當前需啟動的電機號。啟動功能塊不管電機是四臺工作還是其中的某三臺工作，它只采集四個輸入口數(shù)據(jù)即可完成啟動。功能塊有較大的靈活性、適應性。

2．02自動跟蹤式技術在焦丁回收入爐中的應用
焦炭在槽下經兩級分篩后，分篩的焦丁進入焦丁稱量斗，焦丁稱量斗與燒結稱量斗并排位于成品帶K1的上方，焦丁稱量斗離主皮帶較近。控制的原則是焦丁均勻灑在燒結料流的中間位置。程序采用自動跟蹤技術對燒結礦的料頭進行記憶并跟蹤，跟蹤料頭到焦丁斗下方延時后焦丁可開始放料，從而達到控制的目的。

2．03槽下配料控制
槽下未設中間稱量斗，槽下料流經K1、K2皮帶直接到主皮帶，槽下配料的方式直接影響上料速度，為盡可能快的提高上料速度，我們確定了三種配料方式：同排、正排、反排。
同排配料即本料批中所有選中的斗不論遠近同時放料。其優(yōu)點是配料時間短、控制簡單，缺點是不但料流間斷而且皮帶負載重，容易灑落。
正排配料即根據(jù)料單的填寫，靠近主皮帶的斗先放料，第一個斗放完后，第二個斗開始放，這種配料順序不能避免在同一料批內有料流間斷的情況，且放料時間長。經投運使用情況看焦炭料批可選擇正排配料順序。
反排配料是最常用的配料方式，不但實現(xiàn)了本料批內料流的連續(xù)性，而且實現(xiàn)了球團均勻的灑在燒結礦表面上的復雜控制。一方面避免了球團從主皮帶上滾落現(xiàn)象，一方面使球團和燒結在爐內更加混勻。放料的基本原則是遠離主皮帶的斗先放料。程序對燒結礦的料頭和料尾分別跟蹤，對球團礦只跟蹤其料頭。如第一斗是燒結礦，當燒結礦的料尾到達其它燒結礦斗下方時，其它燒結礦斗開始放料，當燒結礦的料頭到達球團斗的下方時，球團斗開始放料。如第一斗是球團礦，當球團礦的料頭到達燒結礦斗下方時，燒結礦斗開始放料。這種配料方式把正排時間的120S縮短為40S,具有很好的推廣價值。

2．04料流模型模擬、控制料流
據(jù)我們考察國內同類型高爐一般在槽下設置中間斗，且主皮帶的長度一般在200-300米左右，這種高爐槽下備料和放料是互相獨立的，一般是當主皮帶上的料進入爐頂且準備布料時，槽下已備好料的中間斗才開始放料，所以上料控制就相對的簡單。
而本次設計主皮帶長436米，且槽下未設中間斗。槽下稱量斗中的料一旦放到成品帶上就意味著無法控制，如爐頂出現(xiàn)異常情況，則需停止上料主皮帶和槽下成品帶。主皮帶加上成品帶長約570米，這在國內是非常罕見的。槽下配料不可能等到570米長的皮帶上沒料了（進入爐頂受料斗）才開始放料，而且料流到主皮帶C點時，需判斷爐頂受料斗的情況，如受料斗未空或上料閘未關好，則須停止主皮帶。所以程序應首先判斷出料流的位置。
在本次設計中，我們通過深入探討和思考，設計用料流模型控制料流，且料流模型適合于槽下不同的配料方式，在料流模型中，主要采用了如下計數(shù)：主皮帶上料循環(huán)計數(shù)、主皮帶料頭計數(shù)、主皮帶料尾計數(shù)。
“主皮帶上料循環(huán)計數(shù)”是為了控制主皮帶上在同一時間段有多個料流而設計的，根據(jù)理論計算，主皮帶上一般不會超過三批料，所以在料流模型中把“主皮帶上料循環(huán)計數(shù)”最大設置為3，初始值設置為0。
“主皮帶料頭計數(shù)”和“主皮帶料尾計數(shù)”是為了確定料流模型的料頭和料尾而設計的?！爸髌Я项^計數(shù)”是對本料批內稱量斗的個數(shù)進行統(tǒng)計，槽下配料時，模型對每個放料稱量斗的料頭和料尾進行記憶并跟蹤，當?shù)谝粋€斗的料頭到達主皮帶時，“主皮帶上料循環(huán)計數(shù)”進位為1，且料流模型發(fā)出料流到主皮帶信號，然后模擬料流開始向前移動。當料流模型跟蹤稱量斗料尾到主皮帶時，“主皮帶料尾計數(shù)”就進位1，當“主皮帶料尾計數(shù)”=“主皮帶料頭計數(shù)”時，料流模型發(fā)出料尾到主皮帶信號，則本料批料流作為一個定長向前移動。
當程序根據(jù)模型及配料條件發(fā)出“允許槽下配料”信號后，槽下下一料批又開始放料，當稱量斗料頭到主皮帶時，“主皮帶上料循環(huán)計數(shù)”進位為2，則本料批料流作為第二個模型料流向前移動。當本料批料尾到主皮帶后，料流模型同樣保持一個定長向前移動。依次類推，當“主皮帶上料循環(huán)計數(shù)”進位為4時復位為1，模型重新開始模擬。
當槽下成品帶因故障等原因停機時，則稱量斗料頭、料尾的跟蹤相應停止，如此時模擬料流已到主皮帶，則料流會隨著主皮帶繼續(xù)向前移動，只不過料流的長度會拉長，直到成品帶重新啟動。當主皮帶因故障停機時，主皮帶上的料流模型同樣停止模擬，稱量斗料頭、料尾的跟蹤也因成品帶的停止而停止，當皮帶啟動后，模型繼續(xù)進行模擬和跟蹤。

2．05圖像識別控制功能的設計
主皮帶上有A、B、C三個監(jiān)測點，A點距主皮帶尾2.5米，B點距主皮帶尾9.5米，分別是成品帶K1、K2的落料點。C點距主皮帶頭20米，作為檢查爐頂設備緊急停主皮帶用。這三個監(jiān)測點設計均為擋板式，據(jù)考察這種監(jiān)測方式不可靠。于是，我們在B點、C點分別設計安裝了圖像識別系統(tǒng)，一是為了調試料流模型，二是方便生產。
在試生產時根據(jù)圖像識別修正模型跟蹤稱量斗的料頭、料尾的參數(shù)，并修正料流模擬運行的速度，從而料流模型得以更加完善、準確。

2．07復雜性分析控制技術在槽下配料控制中的應用
在同類型高爐中，上料主皮帶一般在200-300米左右，且槽下一般設中間稱量斗，所以槽下稱量斗配料的觸發(fā)條件相對就簡單。在本座高爐特殊的工藝設計前提下，為了適應爐頂設備各種運行狀況，我們運用復雜性分析控制技術，設計如下槽下配料觸發(fā)條件：
① 爐頂受料斗空且上密關好
② 爐頂受料斗空
③ 爐頂料罐空且下密關好
④ 爐頂料罐空
⑤ 爐頂下密開好
⑥ 探尺到料線
⑦ 上料批結束后延時時間到

配料條件決定著高爐上料速度，程序運用數(shù)學模型計算，并經邏輯判斷稱量斗配料的邊界條件是否滿足。在數(shù)學模型中設計了槽下放料料批計數(shù)、爐頂受料斗上料料批計數(shù)、爐頂料罐布料料批計數(shù)。把爐頂受料斗空且上密關好和爐頂受料斗空作為稱量斗放料條件，前提是整條皮帶上沒有料批；把爐頂料罐空且下密關好和爐頂料罐空作為稱量斗放料條件，前提是從槽下成品帶到爐頂受料斗最多只能有一批料；把爐頂下密開好和探尺到料線作為稱量斗放料條件，前提是從槽下成品帶到爐頂料罐最多只能有兩批料。

2．06 FIFO式料型控制模型
因槽下料批不是等到上一料批到達受料斗后，再放下一料批。主皮帶上經常同時存在兩批料的情況，這樣往受料斗內放料的料型就難以確定?？紤]到這種現(xiàn)象，程序采用FIFO堆棧的方法設計了一存儲區(qū)域對已上料料批的料型進行存儲，設計了“主皮帶上料循環(huán)周期計數(shù)”和“主皮帶C點上料周期計數(shù)”，為配合料流模型模擬料批數(shù)，兩個計數(shù)最大設置為4?！爸髌狭涎h(huán)周期計數(shù)”作為存儲料型的指針，當料流模型模擬料流到主皮帶C點時，“主皮帶C點上料周期計數(shù)”作為取數(shù)指針從堆棧中取出相應料型，并通過透明工廠I/O SCANNER傳給爐頂，爐頂程序進行保存，并隨著受料斗的放料傳送到料罐，然后爐頂根據(jù)料型進行布料。

2．07上料主皮帶故障自診斷系統(tǒng)
當出現(xiàn)主皮帶打滑、撕裂、重跑偏、拉繩、電機保護跳閘等監(jiān)測故障或程序判斷出主皮帶運行或啟動過程中出現(xiàn)驅動電機斷路器、抱閘電機斷路器、接觸器掉電等故障或啟動當前電機超過2s后還未接收到電機斷路器和閘信號，則停止運行上料主皮帶。主皮帶停止后打滑、驅動電機斷路器、抱閘電機斷路器、接觸器掉電等信號相應出現(xiàn)，且有些故障是瞬間的，當主皮帶停止運行時維護人員很難一時判斷出停止運行主皮帶的真正原因，所以上料控制系統(tǒng)采取記憶第一故障，排除后續(xù)故障的原則實現(xiàn)故障自診斷系統(tǒng)，給維護人員提供確切的停止主皮帶運行的故障原因，節(jié)省了故障查找的時間，提高了維護效率。

3、結束語
萊鋼煉鐵廠1880 m3高爐礦槽上料采用計算機控制后,提高了自動化裝備水平,其主要工藝過程的控制,技術先進,生產指標控制穩(wěn)定,節(jié)能降耗顯著,為下一步萊鋼再建2000m3左右的大高爐及其它煉鐵廠家采用自動控制提供了參考依據(jù)。同時，由于該系統(tǒng)自動化程度高，有利于減少設備的故障率、減輕工人的勞動強度，同時在職工的人身安全,環(huán)境保護方面也更有益處。