朱忠旺，張榮忠
(甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)
摘 要: 當(dāng)前球團(tuán)制粒倉控制是崗位工人在現(xiàn)場(chǎng)通過目測(cè)檢查制粒倉的料位，根據(jù)料量情況，手動(dòng)上料，通過對(duì)人工上料工藝的研究，利用稱重傳感器與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)無人值守智能自動(dòng)倒倉上料的控制。
關(guān)鍵詞: 球團(tuán)豎爐; 制粒倉; 控制系統(tǒng)程序; 稱重傳感器
1 引言
酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興股份有限公司有 6 座球團(tuán)豎爐，每?jī)勺驁F(tuán)豎爐共用一套配料和混合料系統(tǒng)。每座豎爐配 3 個(gè)制粒倉，分別對(duì)應(yīng) 3 個(gè)造球盤進(jìn)行制粒造球。隨著三化改造、安全形勢(shì)的要求，制粒倉崗位工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，粉塵及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備多，制粒倉上料成為一個(gè)生產(chǎn)的瓶頸，同時(shí)該崗位環(huán)境差。崗位工人安全及身心健康受到影響。又因?yàn)閸徫蝗藛T緊缺，企業(yè)生產(chǎn)受到影響。研究通過應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)改造，緩解人員緊張的局面，提高生產(chǎn)率，成為當(dāng)前迫在眉睫的要求，制粒倉崗位工的裁剪就提上日程。球團(tuán)豎爐制粒倉生產(chǎn)工藝流程如圖 1 所示，將6 個(gè)配料倉的鐵精粉和膨潤(rùn)土按比例下到烘干膠帶機(jī)上，通過混合機(jī)混合，到造球 1 膠帶機(jī)、造球 2 膠帶機(jī)，到配倉 1 膠帶機(jī)，配倉 1 正轉(zhuǎn)、配倉 2 正轉(zhuǎn)將料下到 1#制粒倉，配倉 1 反轉(zhuǎn)、配倉 2 反轉(zhuǎn)配倉 5 正轉(zhuǎn)，將料下到2#制粒倉，配倉 1 反轉(zhuǎn)、配倉 2 反轉(zhuǎn)配倉 5 反轉(zhuǎn)，將料下到3#制粒倉; 配倉 1 反轉(zhuǎn)、配倉 3正轉(zhuǎn)將料下到4#制粒倉，配倉 1 反轉(zhuǎn)配倉 3 反轉(zhuǎn)配倉 4 正轉(zhuǎn)將料下到 5#制粒倉，配倉 1 反轉(zhuǎn)配倉 3 反 轉(zhuǎn)配倉 4 反轉(zhuǎn)將料下到 6#制粒倉。每次只能給一個(gè)倉供料，因此當(dāng)前是在制粒倉機(jī)旁設(shè)置 6 個(gè)按鈕，一個(gè)按鈕對(duì)一個(gè)倉，6 個(gè)按鈕對(duì)應(yīng) 6 個(gè)倉，崗位工在現(xiàn)場(chǎng)觀察 6 個(gè)制粒倉的料位，當(dāng)哪個(gè)制粒倉料位低時(shí)，就按對(duì)應(yīng)該倉的按鈕，立即對(duì)該倉下料。
2 球團(tuán)制粒倉上料智能化改造目的
球團(tuán)制粒倉上料是將按照設(shè)定的比例配好的料分別供給 6 個(gè)制粒倉。由于制粒倉容積較小，崗位操作工至少每 10 min 操作一次倒倉按鈕，分別給每個(gè)倉上料，方能滿足 6 個(gè)造球盤生產(chǎn)需求。造球工序是一個(gè)連續(xù)不斷的作業(yè)過程。因此崗位操作工要求時(shí)刻保持注意觀察各個(gè)制粒倉料位狀況，確定當(dāng)前應(yīng)該給哪個(gè)倉補(bǔ)料。制粒倉間的濕度較大，特別是冬季水蒸氣更大，能見度差，對(duì)面 2 m 外的人或物無法看清，作業(yè)環(huán)境的安全性非常差; 由于要輪流地查看 6 個(gè)制粒倉的料位情況，崗位工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大。為了崗位操作工的安全考慮，減輕崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力資源，提高勞動(dòng)效率，減少生產(chǎn)故障等出發(fā)點(diǎn)?？紤]對(duì)當(dāng)前用 PLC 控制系統(tǒng)程序進(jìn)行升級(jí)改造，給每個(gè)倉增設(shè)稱重測(cè)量傳感器，將稱重信號(hào)送到 PLC 系統(tǒng)，PLC 依據(jù)稱重信號(hào)，模擬人工操作的方法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)人工智能控制配倉膠帶機(jī)的倒轉(zhuǎn)控制，設(shè)計(jì)倉位控制程序，實(shí)現(xiàn)智能化替人工的目的。
3 自動(dòng)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)
3．1 生產(chǎn)工藝要求
球團(tuán)生產(chǎn)是連續(xù)的生產(chǎn)過程。首先制粒倉是為造球盤提供原料的，不能斷料，持續(xù)保證每個(gè)倉供料充足; 其次是倒轉(zhuǎn)次數(shù)盡可能地少，過多的倒轉(zhuǎn)對(duì)設(shè)備的磨損影響較大，影響設(shè)備的使用壽命，增加設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和故障時(shí)間; 第三要求能夠繼續(xù)保留原有的手動(dòng)倒轉(zhuǎn)的功能，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)仍然能切到人工手動(dòng)控制，繼續(xù)人工操作; 第四增設(shè)必要的報(bào)警及歷史趨勢(shì)，以及手自動(dòng)、事故開關(guān)、料倉高、低限位等連鎖、提示報(bào)警或停機(jī)等故障措施信息。
3．2 自動(dòng)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路
通過對(duì)人工上料過程的分析，把每個(gè)倉的料量數(shù)據(jù)量程定位 0 ～ 100%，空倉為 0%，滿倉為 100%，對(duì)每一個(gè)制粒倉設(shè)置兩個(gè)限位，最低限位及高限位。最低限位表示該倉料位很低，馬上會(huì)斷料，需緊急上料; 高限位為 100%的容量即滿倉，需要停止上料立即倒倉。當(dāng)兩個(gè)倉同時(shí)遞進(jìn)最低限位時(shí)，哪個(gè)倉最先接近先給哪個(gè)倉上料，持續(xù)設(shè)定的時(shí)間(如1 min)后再給另一個(gè)最低限位倉上料，防止來回頻繁倒轉(zhuǎn)上料。直到兩個(gè)倉料量離開低限位后，先給一個(gè)倉上料到滿倉后再給另一個(gè)倉上料直到滿倉。當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏或撕裂、打滑時(shí)，料位始終不能上升時(shí)，根據(jù)料量計(jì)算料滿的時(shí)間，周期性檢測(cè)正在上料的倉料量，持續(xù)不升反降或當(dāng)前料量應(yīng)該大于上料前的值，否則視為跑偏撒料或不正常上料，此時(shí)應(yīng)該報(bào)警提示，提示崗位注意。
增設(shè) 6 個(gè)料倉的料量的平均值，偏差 P = 6 個(gè)倉稱量平均值－50，當(dāng) P 為負(fù)值時(shí)，表示料量偏小，偏差 P 的絕對(duì)值表示上料量欠的程度，P = 0，說明進(jìn)出料量持平，P 是正值，數(shù)值表示上料量大的程度。
以 P 值為依據(jù)，可以控制上料量。
3．3 自動(dòng)控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)
⑴編寫最小限位料倉查詢子程序，主要功能是針對(duì) 6 個(gè)制粒倉實(shí)時(shí)循環(huán)查找哪個(gè)倉的料量降到最低限位的料倉，一旦發(fā)現(xiàn)有最低限料倉時(shí)，立即發(fā)出向該倉上料的倒倉指令，如果該倉通過上料退出最低倉限位時(shí)，有檢測(cè)到有一個(gè)制粒倉的料量達(dá)到最低限位倉時(shí)，延續(xù) 1 min，轉(zhuǎn)向下一個(gè)最低限位倉上料的指令，該指令優(yōu)先級(jí)最高。
⑵編寫最低料位倉查詢子程序，主要功能是通過 6 個(gè)倉的料量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比較，查詢最低料位倉，最低料位不是最低限位料倉，并不會(huì)立即斷料，一般料量高于最低限位料量，任何時(shí)刻總會(huì)有最低位倉，并作出標(biāo)記，等待正在上料的倉結(jié)束后給該倉上料，如果某一個(gè)倉檢修，則選掉該倉，不參與查詢比較，其他倉繼續(xù)比較查詢最低料位倉。
⑶編寫料位高觸發(fā)停止上料倒倉子程序，主要的功能是檢測(cè)正在上料的倉的料位情況，當(dāng)正在上料地倉的料量大于設(shè)定值時(shí)立即發(fā)出指令停止上料，轉(zhuǎn)到下一個(gè)最低料位的倉。同時(shí)也要兼顧手動(dòng)打自動(dòng)時(shí)，檢測(cè)料量是否高于設(shè)定值，是否需要停止上料轉(zhuǎn)到下一個(gè)最低倉上料。
⑷倒轉(zhuǎn)指令控制子程序，收集以上三個(gè)程序的指令分析判斷，哪幾個(gè)皮帶需要倒轉(zhuǎn)，那幾個(gè)皮帶需要停止，通過組合發(fā)出正轉(zhuǎn)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的指令，確保配倉皮帶按順序啟動(dòng)，向指定的料倉上料。
⑸監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)，在原有的畫面上設(shè)計(jì) 6 個(gè)制粒倉的選擇按鈕，程序主要控制流程見圖 2 所示。
4 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要硬件配置
4．1 制粒倉配料量數(shù)據(jù)測(cè)量方式選擇
要想實(shí)現(xiàn)人工智能控制配倉皮帶，首先必須解決每個(gè)制粒倉里的配料量的數(shù)據(jù)依據(jù)，根據(jù)各制粒倉的數(shù)據(jù)分析，判斷要往哪個(gè)倉上料。制粒倉的料量可以用兩種方法檢測(cè): ①用檢測(cè)制粒倉料位來表示制粒倉的料量。②用稱重表示。料位計(jì)選用雷達(dá)料位計(jì)設(shè)計(jì)安裝比較方便，由于制粒倉房間間粉塵和水汽較大，安裝位置不夠理想，難以測(cè)準(zhǔn)料量，況且受干擾較多，可靠性和穩(wěn)定性較差，因此雷達(dá)料位計(jì)不是很理想的選擇。通過對(duì)多家倉體電子計(jì)量稱技術(shù)參數(shù)和性能研究，使用倉體稱重法檢測(cè)制粒倉的儲(chǔ)量及料位比較理想，安裝比較復(fù)雜，但計(jì)量 偏 差 小，且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維 護(hù) 簡(jiǎn) 單，滿足生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，綜合以上分析使用稱重傳感器測(cè)量制粒倉的料量。
4．2 稱重傳感器的設(shè)計(jì)安裝
⑴首先制作倉體支架，并焊接在倉體上，共四個(gè)。
⑵制作基礎(chǔ)支撐四個(gè)平臺(tái)，安裝稱重傳感器。
⑶每個(gè)倉 4 個(gè)稱重傳感器信號(hào)送到稱重儀表顯示。
⑷將稱重儀表的輸出信號(hào) 4－20 mA 送到 PLC模擬量模板中。
4．3 控制系統(tǒng)硬件配置
PLC 控制系統(tǒng)硬件是美國羅克韋爾公司 Con- trolLogix5000 系列產(chǎn)品，硬件配置如圖 3 所示。
下位軟件用與硬件相匹配的 Ｒslogix5000 v 16．03，上 位 軟 件 是 Ｒsview32 7． 2，通 訊 軟 件 為Ｒslinx2．56。
5 球團(tuán)制粒上料智能化改造應(yīng)用效果
系統(tǒng)改造投入使用后，首先對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行一一校對(duì)，確認(rèn)每個(gè)倉的稱重?cái)?shù)據(jù)正常，在運(yùn)行過程中穩(wěn)定。選擇每個(gè)倉自動(dòng)，單倉測(cè)試程序運(yùn)行正常，聯(lián)動(dòng)測(cè)試能夠自動(dòng)找到最低倉上料，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)最低限位料倉時(shí)，上料皮帶系統(tǒng)立即自動(dòng)轉(zhuǎn)向最低稱重限位的料倉，給該倉上料，料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，立即向最低料量的倉上料; 當(dāng)有倉需要檢修時(shí)，選掉該倉的自動(dòng)選擇按鈕時(shí)，不再給該倉上料，當(dāng)正在給該倉上料時(shí)，該倉打滿不再給該倉上料。
通過系統(tǒng)自動(dòng)化改造，該系統(tǒng)完全達(dá)到自動(dòng)倒倉的要求，實(shí)現(xiàn)了智能化無人看守的效果。通過與人工操作方式對(duì)比，自動(dòng)倒倉次數(shù)反而比人工倒倉次數(shù)少，對(duì)設(shè)備沖擊磨損更少。同時(shí)崗位減員 8 人，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。原人工上料時(shí)，在崗位交接時(shí)，總是對(duì)制粒倉料位低達(dá)不到交班要求而爭(zhēng)論不休，實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)上料改造后，每個(gè)倉的料位實(shí)時(shí)在線顯示，制粒倉的料位始終在正常料位，生產(chǎn)崗位人員不用擔(dān)心制粒倉料量不夠的情況，崗位工從最開始的懷疑和排斥到主動(dòng)投入使用，最后離不開自動(dòng)控制。從該崗位減員退下的人員補(bǔ)充到其他工作環(huán)境好、勞動(dòng)強(qiáng)度低的工作崗位，消除了崗位安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也保證了職工的身心健康，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，可以推廣到其他球團(tuán)豎爐控制系統(tǒng)。
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