烧结机自动化控制系统设计

1 概述

烧结生产过程是把粉矿加入一定比例的熔剂，燃料经过混合后，在一定温度下烧结成高炉需要的原料。主要生产工艺包括燃料破碎系统、配料室供料系统、混料系统、烧结冷却系统、成品整粒系统、成品矿仓储等。烧结工艺是一个连续性的生产过程，环节多，控制对象复杂、滞后时间长且受干扰影响大，为了保证烧结矿品质稳定，提高产量和降低燃料消耗，必须对生产过程进行自动化控制。

2 系统设计

2.1 PLC控制系统设计

根据烧结工艺过程对自动控制系统的要求设计的自动化系统为基础自动化，按“三电一体化”的原则考虑。上位监控系统由六台工控机组成，现场控制站由四套QUANTUM PLC组成，分别完成对燃料破碎系统、配料系统、烧结冷却系统、成品系统的监视和控制。

图1 系统网络配置图

烧结机网络化控制系统采用与QUANTUM PLC相配套的Concept 2.6编程软件实现硬件组态配置与程序编制；采用Montor PRO 7.2监控软件完成数据库与监控画面的开发。通讯网络采用工业以太网，通讯协议为TCP/IP。系统网络配置图1所示。

2.2 系统功能

（1）设备的联锁控制

根据烧结工艺要求，烧结燃料破碎系统、配料系统、烧结冷却系统、成品系统等整条生产料线的控制方式分为：自动控制、集中手动控制、机旁手动控制。控制方式的选择设在集中操作室内的主操作台上或通过机旁箱选择。

（2）重点参数调节

?按配比关系自动配料，保证碱度需求

配料的目的是将烧结矿的品位、含碳量和碱度控制在指定的范围内。本工程配料系统由宽带给料机、配料秤；螺旋给料机、螺旋给料秤组成。PLC对参与烧结的各种含铁原料、溶剂和燃料根据高炉冶炼的要求进行精确的配料计算，对下料量和配比系数进行设定，通过给料机变频实时调节各配料下料量，以保证烧结矿的含铁量、CaO含量、碱度、MgO、Al2O3及含硫量等主要成分控制在规定范围内。

配料量由上位机统一设定，可进行采集和处理各配料控制回路来的称量信号与开关量状态，实现整个系统的给料、称量检测、料量调节，选择和切换料仓等配料过程的自动控制。

?对烧结重点参数如圆辊给料机、烧结机、环冷机速度联锁控制，控制烧结料层厚度。

?自动控制点火炉炉膛温度

点火器燃烧控制系统是烧结工艺的一个重要环节，点火炉炉温为主调参数，煤气流量和空气流量为辅调参数，以温度调节器的输出作为煤气流量调节器和空气流量调节器的设定值进行PID调节。

?烧结机速通过画面设定机速给定值调节变频器来实现，所有操作都通过烧结调节画面进行。

?主抽风机安全运行控制

主抽风机的轴承温度、定子温度、轴承振动、润滑油压、润滑油温等过程参数均设置报警、连锁信号，保证风机安全稳定运行。

（3）监控画面

系统采用Montor PRO 7.2监控软件完成烧结数据采集与工艺监控。充分应用Montor PRO 7.2的可视化功能和动态属性，使监控画面形象生动，简单易懂。图形系统实现整条生产线的集中起停、选择、数据输出等操作，系统设备状态和过程数据的实时监控、历史数据分析，故障显示，报警。画面划分为：总貌画面（模拟屏画面）、分组画面、状态画面、仪表操作画面、报警画面、趋势画面、打印报表等。同时还具有生产过程参数报警、记录；重要设备事故按优先级显示报警信息等功能。

（4）网络数据传输

监控站与PLC，PLC与PLC之间通过光纤以太环网通讯，PLC与现场变频器采用MB+网通讯。从根本上解决了总线传输控制的弱点：

①监控层：采用星型以太网结构，以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，而且几乎支持所有流行的网络协议。

②工业以太环网：通常的远程控制网络采用总线结构，这种结构简单易组建，但当某一节点出现故障时可能引起全局瘫痪。而自愈环网在节点出现故障时自动切换线路，不会影响设备通讯控制，保证控制的实时性与连续性。

2.3 现场仪表控制系统设计

根据自动化技术的现状及发展趋势，生产过程参数的数据采集、控制、显示、报警等功能由PLC完成。除各别操作外，不设二次仪表盘。

2.3.1 仪表选型

根据烧结生产工艺的要求，现场仪表设备选型以经济、适用、先进、安全为原则，充分考虑生产环境的实际需要。仪表防护按IP65考虑，煤气区域采用防爆仪表。压力/差压变送器选用E+H系列智能产品，水流量测量选用横河电机有限公司的电磁流量计。煤气流量测量选用内藏式节流装置。调节阀采用蝶阀或单/双座阀，执行机构采用模块化智能电子式产品。料位测量采用雷达式料位计。温度测量采用热电偶和热电阻。配料秤采用徐州拉姆齐产品。

（1）水流量测量

由于水为导电液体，所以最理想的流量测量方法就是采用电磁流量计。电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律。电磁流量计具有许多优点：

?测量管内无突出部件，因此无附加压力损失。

?由于信号在整个充满磁场的空间中形成，它是管道截面上的平均值，因此，从电极平面至传感器上游端平面间所需直管段相对较短，约为5倍的导管内径。

?传感器信号是一个与平均流速成精确的线性关系的电压信号。

测量结果与液体的温度、压力、密度、粘度、导电率（不小于最低导电率）等物理参数无关，所以测量精度高，工作可靠。

（2）压力测量

压力测量主要是对介质压力进行测量。为了减少电磁信号对压力检测的干扰，采用SIEMENS压力变送器进行压力检测。

输出信号：4~20mA，2线制；HART 通讯；防护等级：IP65；按键操作；高精度；先进的诊断功能。

（3）料位测量

料位采用雷达式料位计进行测量。能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。微波以光速运行，微波运行时间可以通过电子部件转换成物位信号，一种特殊的时间延伸方法可以确保计短时间内稳定和精确的测量。

（4）煤气流量测量

焦炉煤气流量测量采用内藏式节流装置和差压变送器配合。

内藏式节流装置是在工艺管道内设有一圆锥体，锥体最大横截面处形成喉部。它的主要特点是可以用来测量各种比较脏的气体流量。另外，该节流装置的流动阻力小，所以产生的流动损失小，节约能量。

该流量计以流体力学的理论为基础，经过风洞实验，确定和校核流量公式，所以就保证了该节流装置的可靠性和可信性。

（5）温度测量

热电阻电阻值随测量温度的变化而发生变化，所以热电阻的电阻值大小便可反映出测量温度的高低。热电偶的电极由二根不同导体材质组成。当测量端与参比端存在温差时，就会产生热电势，PLC便会显示出热电势所对应的温度值。热电阻、热电偶信号直接连接到具有变送功能的PLC的模拟量输入模块上，所以这种测温变送方法测量精度高、工作稳定可靠。

对烧结风箱的温度检测，由于被测介质对保护管有一定的磨损性，同时现场振动较大，采用带耐振动、耐磨损保护管。

2.3.2 主要检测内容

生产过程参数的检测和控制仪表以满足生产要求为原则,并与工艺整体装备水平和工

厂的自动化技术水平相适应。为此，主要设置以下检测和控制项目：

?各燃料、熔剂、配料、成品矿料仓料位检测；

?配料室配料量检测；

?燃气、热力管道过程参数检测；

?烧冷系统过程参数检测；

?主抽风机系统过程参数检测；

?燃料除尘、机头除尘、机尾除尘、配料除尘、整粒除尘系统参数检测。

3 结束语

莱钢银山前区265