關於PLC實現高爐料流閥自修正控制的研究與應用的論文
關於PLC實現高爐料流閥自修正控制的研究與應用的論文
摘 要：高爐爐頂布料操作是現代高爐生產中重要的操作技術之一，根據現代化高爐生產的要求，高爐布料自動控制系統需要實現裝置連鎖控制、溜槽旋轉型別控制、溜槽傾動角度控制、料溜閥開度控制、探尺升降控制等多項精確控制功能。本文主要介紹了高爐料流閥在多環布料時如何透過自修正程式實現爐內合理布料的研究與應用。
關鍵詞：料流閥 多環布料 自修正
1 概述
目前，世界上大型高爐多采用無料鍾爐頂，布料方式採用多環布料，透過溜槽調整爐料在爐喉的分佈，達到煤氣流分佈合理，穩定爐況，提高煤氣利用率，進而實現高爐穩產順行。
實現合理的布料控制主要是對爐頂三個角度的穩定控制，布料溜槽傾動角α、布料溜槽旋轉角β、料流閥開度γ，其中α、β可透過編碼器檢測、PLC程式及變頻器控制實現角度的精確定位，因此，透過料流閥開度γ控制的布料圈數便成為了制約整個布料系統穩定性的關鍵因素。
2 料流閥開度控制原理
某鋼廠1080m3高爐爐頂料流閥料流調節閥的開啟和定位是由液壓驅動的。透過電磁閥控制液壓缸，料流調節閥的開度由一個線性位置變送器檢測。另外，設2個限位開關用來檢測料流調節閥的開啟和關閉位置。料流閥有三種控制模式，手動、手動定位、自動。
在自動模式下，PLC根據爐頂料單和槽下傳送來的布料代號給出料流調節閥的`設定開度，控制料流調節閥開啟到設定開度開始布料，當接受到料罐清空訊號，料流調節閥首先完全開啟才能關閉。清空訊號由γ射線檢測和PLC的定時器共同完成;手動模式下，操作員直接透過監控畫面按鈕操作料流調節閥的開啟，同樣在關閉料流閥之前應將其完全開啟;手動定位模式下，操作員首先將所需開度設定在監控畫面的角度手動設定對話方塊中，然後點選監控畫面中的手動設定按鈕，則料流閥便會執行該設定角度，同樣在關閉料流閥之前應將其完全開啟。
料流調節閥的位置檢測由一個內建在液壓缸中的線性位置變送器來實現，輸出4~20mA訊號對應液壓缸行程。為了使料流閥的定位精度達到±1mm的要求，在程式中對料流閥的開關速度進行處理，料流閥開始以最大速度30mm/s運動，當與目標位置相差較小時，以10mm/s速度運動，這樣可以精確的定位到目標位置。
3 料流閥開度自修正控制
目前的高爐布料，特別是在大型無料鍾爐頂高爐，主要的布料方式是多環布料。它實現了等面積布料，對穩定爐況、提高煤氣利用、降低焦比起到了明顯作用。合理布料能提高產量，有利於高爐順行，降低燃料消耗。但是由於高爐布料的原料配比、質量、粒度變化頻繁，難以保證布料圈數穩定[1]。
設定料批重為W噸，要求布料溜槽旋轉N 圈後爐內礦石正好布料完成，爐內料線斷面上沿高爐直徑方向設定多個環位。布料操作時，根據不同料種、不同爐況要求，在高爐布料設定圖(圖1)中設定若干個環位布料。每個環位佈滿要求的圈數後，自動轉到另一個環位上，直到N圈全部布完為止。為實現上述過程，對下料流量提出了較嚴格的控制要，不僅要求下料流量均勻，而且對應不同批重，不同料種要確定不同的下料流量，使溜槽轉N圈後，料頭、料尾相接，因此實現自動控制料流調節閥的開度是實現多環布料的關鍵[2]。
圖1 高爐布料設定圖
料流閥開度設定值的準確與否是能否保證多環布料圈數準確的重要前提。因此，在全自動布料時，根據料種、料重及前次布料的相關因素，合理地修正料流閥開度的設定值是非常必要的。
透過高爐開爐布料測試以及正常生產時得出的大量資料，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度目標值，
γ0為料流閥開度設定值，
W為本次布料礦石/焦炭實際稱量值，
W0為工長料單設定礦石/焦炭理論稱量值，
Wf為高爐理論允許最大稱量值，
k為修正係數。
當本次布料圈數大於理想圈數時，則應增大料流閥開度目標值達到布料邊緣修正，當本次布料圈數小於理想圈數時，則應減小料流閥開度目標值達到布料中心修正的目的。
公式中，γ為計算所得，γ0及W0為工長設定值，Wf在高爐設計完成後基本固定，如何得出k值則為本公式關鍵。
當高爐實際稱量值W在理論允許最大稱量值Wf範圍內時，k值計算如下：
k=k0+(C-C0)/α
其中k為本次布料自修正係數，
k0為上次布料自修正係數，
C為上次布料實際圈數，
C0為布料理想圈數(一般是10)，
α為布料料單中選定的傾動角度數量(一般是5)。
透過PLC程式設計實現以上自修正程式功能計算，在布料控制畫面中將k值及γ目標值做成可人為修改，並增加自修正程式遮蔽按鈕，可根據爐況隨時轉到人為干預，避免出現較大修正誤差。
根據高爐開爐布料測試資料(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式需分開運算。
表1 高爐布料測試記錄
4 結語
高爐料流閥自修正程式投入使用後，能夠基本滿足