矿热炉配料上料自动控制系统的设计与实现

矿热炉配料上料自动控制系统的设计与实现
发布时间：2022-11-08T06:35:40.527Z 来源：《福光技术》2022年22期作者：孙川[导读] 矿热炉配料上料控制系统组成部分包括三个部分，分别为配料、上料以及布料。

大连重工机电设备成套有限公司辽宁省大连市 116011摘要：在铁合金生产的过程中，配料是其重要的组成部分。

本文针对目前工厂流行的两种上料方式展开讨论，结合自动化控制系统的应用，能够显著地提高企业的自动化程度。

关键词：矿热炉；自动控制
在对铁合金进行冶炼的过程中，为了能够确保产品的高质量以及促进铁合金的正常生产，其关键的技术之一为配料上料系统。

随着近年来我国计算机技术与科学技术的发展，配料与给料系统在矿热炉生产过程中也逐渐朝着信息化、自动化、机械化以及精细化的方向发展。

1 配料上料自动控制系统构成
矿热炉配料上料控制系统组成部分包括三个部分，分别为配料、上料以及布料。

在该控制系统中主要是通过建立人机交互界面方式，其中可编程控制器PLC为主机，从机为上位机触摸屏。

自动配上料系统的工艺路线为：炉顶料仓设有料位测量装置，当料仓缺料时，测量装置自动发出求料信号，得到求料信号后，系统自动按照提前设定好的原料配比，将储料仓中的原料由拖拉皮带机加入称量斗，对所需的各种原料进行单独称重，再分别由拖拉皮带机加入混料皮带机，混料时通过变频控制拖拉皮带机的速度来保证混料的均匀，混料后，再由上料皮带机和环形布料机送至炉顶料仓内，料仓内的混合原料再由料管送至炉内。

1.1 配料
对于矿热炉系统来说，其配料系统的组成部分主要包括计量秤、PLC、下料小皮带、振打器、触摸屏以及电磁振动给料机等。

根据各个企业在实际生产中的工艺能够使配料系统在触摸屏上对各种不同物料中午的配比情况进行标定，在此过程中，PLC 系统在运作过程中能够读取物料重量的相关信息，同时也能够根据程序起动的电磁振动给料机对物料进行放料与称重等一系列操作。

并且在配料系统开始启动时，电磁振动给料机会出现较大幅度的振动状况，振动的出现能够便于其更好更快地进行放料操作。

并且当物料与标定值之间越来越接近时，便能够在一定程度上降低电磁振动给料机在实际运行中的振动幅度，进而便能有效地实现精细放料操作；而当物料在达到程序人员之前所设定的重量值时，放料工序便会停止。

1.2 上料
提升斗经卷扬机牵引沿斜桥上料，卷扬电动机在配料上料自动控制系统中的应用中主要采用的是变频多段速控制方式。

而上料系统在实际运行的过程中，于最高端采取的是低速运行，同时在最低端的运行速度仍然为低速，于中段实行高速运行模式，此种运作方式不仅能够在一定程度上减少电机在启停过程中所产生的强烈冲击，同时对于物料的运送能够实现高速运作。

变频器选配制动电阻能够在一定程度上避免因提升斗快速下行过程的中电机产生发电过程而出现过压保护等不良状况；而由于卷扬滚筒加装脉冲编码器在实际运行中主要的运作方式是利用光电编码器对上料小车的具体位置以及实际速度进行实时监控。

1.3 布料
在配料上料自动控制系统中，布料小车主要是在预设的轨道上运行运作，具体方式是在所需要的料斗中送入利用提升斗输送来的物料，然后料斗便会自动地将物料加入矿热炉里实施冶炼操作。

在布料小车的轨道上会同时地布置三相电源滑触线，经电刷小车电机连接电源，在实际运行中相关人员通过对电源相序的控制便能根据要求对小车前进与后退进行操作。

该种方式不仅免去了拖拽电缆，在降低系统运行成本的基础上也能显著地提高运行的可靠性。

布料系统组成部分较多，通常包括轨道、形成开关、自动控制系统以及放料机构等，其中在料斗上安装物料传感器，能够对料斗物料量进行检测，控制系统便能根据检测结果对加料操作进行自动判断，而小车轨道上的开关能够控制加料的具体位置，从而便能实现布料的自动化操作。

2 人机界面设计与安全运行方式
矿热炉冶炼在实际运行的过程中采取的方式是连续进行的，因这就要求配料与上料系统必须能够有效地适应矿热炉连续运行的特点，若在实际运行的过程中配料与上料系统出现任何问题或故障，则相关人员必须需要具有与之相应的应急处理措施。

本次研究中，自动控制系统在设计的过程中具备有如下几点应急措施。

2.1 配料部分
在配料系统中的电磁振动给料机及振打器等均包括了两种模式，分别为自动与手动，相关人员在自动的模式下能够根据设定程序实施自动配料工作；若在手动的模式下，相关人员便需要通过人工操作的方式来完成配料工作。

2.2 上料部分
在上料系统通常也包括两种模式，分别为自动与手动模式，并且上料控制方式也包括两种，分别为变频及工频。

一般情况下，在实际运行过程中当自动方式出现任何故障，能够切换至工频模式，然后在人工操作下继续完成上料作业。

2.3 布料部分
布料设置也包括自动及手动两种，通常情况下布料在自动方式下能够实现完全自动运行，且当自动模式出现任何故障时能够及时地切换至手动模式，而处于手动模式下，人工能够对布料小车运作方式进行有效控制。

3. 核心技术、预期技术目标和市场拓展目标
a.炉顶料仓料位测量技术
由于料仓内是多粉尘的环境，传统的料位测量装置可靠性差，故障率高，大约1周需要维护清理1次，本项目计划采用吹扫型料位检测装置，可靠性高，抗干扰能力强，经过程序处理后的求料信号准确，并且，通过定时吹扫，可达到免维护。

b.小批量多批次配料工艺
采用多批次配料的方式减少单批配料量，降低称重量程，提高称重的精度。

本次计划将称量量程由9t降至3t。

c.差异化称量技术
传统的称量系统中，所有的原料均采用相同的称重装置，本次开发将针对每种原料配比和密度进行定制化设计，同时称量斗结构由圆锥形斗优化为方形斗，减小称量斗体积，提高容积的利用率，最大限度的提高称量精度。

本次计划将称量斗重量由1t降至650kg以下。

d.低粉尘低功耗给卸料系统
采用拖拉皮带代替传统的振动给料机的卸料方式，通过变频控制拖拉皮带机的速度最低可达到0.2m/s，给卸料更为精细，称重更精确，混料更均匀。

拖拉皮带还具有无振动，扬尘少，功率低等特点，可降低除尘设备功率或不使用除尘设备，大幅降低成本。

e.差异化的炉内布料技术
在料管的布置上，电炉极心圆区域的料管与边缘区域的料管不共用同一个料仓，可提前设定好2种以上料批，当某一区域的料仓给出求料信号，系统会自动识别所对应的料批自动配料加入该料仓，实现炉内的差异化布料，丰富了调节炉况的手段，有助于控制炉况的稳定。

4安全运行
矿热炉冶炼是连续进行的，所以配上料系统必须适应矿热炉连续运行的特点，如果配上料系统出现故障，必须有相应的应急处理措施。

启动和停止按末端先启、前端先停的原则进行启、停操作，上料员必须在系统空负荷启动后由末端巡视到前端，检查一切正常后方可进行上料操作。

中间过程中出现任何故障（跑偏、电机过流保护）及危险情况可以通过拉绳开关或急停开关操作来实现保护，此时该分系统将停止工作；所有故障排除后方可继续工作。

5 结语
本文通过PLC 与触摸屏通讯实现矿热炉配料、上料的自动化，提升了铁合金供料装置自动化程度，符合节能减排政策和行业发展方向，有助于促进铁合金冶炼工艺装备向大型化、自动化方向发展，有利于铁合金行业产品结构调整和技术进步，同时，提高了铁合金产品质量，改善了工人劳作环境，为企业带来了显著的经济效益。

参考文献：
[1] 张传伟，王瑀，邢乐等. 基于大电流检测的矿热炉电极升降自动控制系统[J]. 西安科技大学学报，2017，36（03）：440-444.
[2] 董兵斌，张兴，胡进瑞等. 矿热炉配料上料自动控制系统的设计与实现[J]. 铁合金，2017，48（08）：31-34.。