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基于现场仪表通讯的集散控制系统在烧结自动配料中的应用
摘自《世界仪表与自动化》2006年第三期
山东莱芜钢铁股份有限公司烧结厂 山东莱芜 271104 作者：王如旭工程师
编者按：烧结配料作为钢铁生产的基础工序 ，其自动化的作用日益突现。尽管大大都烧结厂都很重视 ，也投资了自动配料 ，有的甚至革新过不止一次 ，泯灭了大宗资金。但zui终能可靠运行 ，性能投资比高的则为数少少。莱芜钢铁厂针对工厂配料工艺要求 ，接纳基于现场仪表通信的集散控制系统 ，经过一年多的实践 ，实现了运行可靠、性能投资比高的目标 ，为烧结厂配料自动调理系统的革新设计积累了经验。
要害词：现场通信 集散控制 烧结配料 HART 人工智能调理器
1、莱钢1#烧结机配料工艺设备概况
烧结配料工序是将生产烧结矿所需的混匀铁矿粉、燃料（焦粉）、溶剂（石灰石、白云石、生石灰）及冷、热返矿 ，凭据高炉冶炼要求及种种料的化学身分进行配料盘算 ，确定种种料的配料比例 ，通过重量检测及控制给料设备 ，实现配料。莱钢烧结机配料室共17个使用的料仓 ，详情见下表：
| 仓号 | 1#-5# | 6# | 7# | 8# | 10# | 11# 12# | 13# 14# | 15# 16# | 17# 18# |
| 物料名称 | 混匀矿粉 | 焦粉 | 焦粉 | 煤粉 | 石灰石 | 白云石 | 生石灰 | 冷返矿 | 热返矿 |
| 给料方法 | 圆盘 | 圆盘 | 拖料 | 圆盘 | 圆盘 | 圆盘 | 螺旋 | 拖料 | 圆盘 |
| 控制方法 | 变频器改变给料量 | ||||||||
2、设计计划的特点
针对古板烧结配料自动控制系统保存的问题 ，深入剖析现场工艺及治理状况 ，结合测控实用先进技术 ，设计计划特点如下：
2.1 系统接纳基于现场仪表通讯的集散控制方法
本设计将皮带秤、冲板流量计、雷达物位计、人工智能调理器等通过具备现场通信功效的3377体育智能仪表与上位机通讯连接 ，组成基于现场通讯的集散控制系统。
该现场仪表通讯接纳的是基于主从协议原理的HART通信协议。其特点为通讯只有读写两条指令 ，上位机软件编写容易 ，并可用PC机作上位机 ，应用其软件资源富厚 ，生长极快的优势。与模拟传输相比 ，具有易于调试维护和更高精度的优点。
该系统具有以下优点：
（1）可靠性高。
接纳光电隔离技术将通讯接口与仪表其他部分线路隔离。当通讯接口或线路爆发故障时 ，皮带秤、调理器仍能正常事情。由于接纳低电平数字信号且相位连续平均值为零 ，抗滋扰能力强。接线简单、维护便当 ，数据传输准确。单机间检测控制设备之间故障不蔓延 ，上下位机之间故障不扩散 ，故障对整个系统的影响减至zui小 ，大大提高系统的可靠性。手、自动转换方法灵活多样。既可在上位机 ，也可在基本调理器 ，还可在变频器及操作箱上转换 ，解决了故障时应急慢的问题。
（2）上位机数据处理能力强 ，监控程序功效更富厚。
由于以通讯方法收罗数据 ，同时单机的部分统计数据由下位机完成 ，使得上位机主要进行系统数据的处理 ，可腾出更多的时间和内存处理功效更富厚的应用程序。
（3）投资省。
上位机不必模拟量输入输出�？榧跋嘤ε坦� ，也免去了热备上位机。同时 ，增加单机时无须再添公共部分硬件 ，节省系统扩充费。另外 ，节省信号电缆及装置调试费�；苟允褂煤臀と嗽彼刂室蟮� ，节省培训费。
2.2 硬件设备先进实用 ，维护事情量小
（1） 针对一般皮带秤维护事情量大 ，抗滋扰能力差的问题 ，选用秤架免维护、称重毫伏信号现场数字化和变为4-20mA信号的皮带秤。
（2） 选用先进实用冲板秤检测白灰、热返矿流量
白灰、热返矿流量的连续检测是烧结配料的一浩劫题。 已往 ，一般用螺旋秤检测白灰 ，两台皮带秤或核子秤检测一个热返矿下料点 ，均事情不稳定、维护事情量大、精度低、投资高。本设计选用先进实用的冲板秤检测。其差动放大器用高精度称重传感器取代 ，既提高了稳定性及检测精度 ，又降低了维修事情量和技术要求。同时 ，使用陶瓷耐磨冲板 ，解决了钢冲板寿命短的问题。另外 ，其流量信号用皮带秤称重�？榇� ，解决了与上位机匹配问题。
（3） 基本控制器选用先进的人工智能调理器
能否实现高精度自动调理 ，正确选择调理器是要害。本设计选用厦门3377体育AI-808型具备现场通讯功效接纳模糊规则进行PID调理的人工智能调理器。与一般调理器相比 ，它能在降低超调的同时又提高响应速度。在误差大时 ，运用模糊算法进行调理 ，以*消除PID饱和积分现象；当误差趋小时 ，接纳革新后的PID算法进行调理。具备自动学习系统特性及给定值和丈量值的改变划分处理的功效。具有多种设定方法 ，既可直接在其面板按键上手动数字设定 ，还可在其外给定端子上模拟量设定。为避免异常超调 ，还具有控制量上、下限预设定功效 。同时调试简单 ，对正常生产影响小。结构型式为热拔插式 ，更换便当快捷。
（4）选用先进的雷达物位计检测白灰、热返矿仓料位
白灰、热返矿仓料位古板检测方法为称重式、重锤式、手工探尺 ，均维护难及维修事情量大、不可靠。我们选用准确、可靠、免维护的雷达物位计检测。
2.3 应用程序功效新颖、实用、富厚
应用程序接纳可视化性能良好的VB6.0编写。与一般配料监控程序相比 ，本系统监控程序功效更新颖、实用、富厚 ，且人机对话能力强 ，突出体现为：
（1）报警方法接纳超差反时限语音报警
古板报警大多为瞬时量或恒久连续累积量声光报警。由于给料方法的限制(下料不均) 瞬时量报警要么频繁误报警(来缺乏处理就恢复了)；要么超差不报警(偏差大)而漏报警。连续累积量报警 ，也因累积时间过短或过长而误报及漏报。同时 ，确认报警工具时还要与显示器画面配合。我们接纳超差反时限报警。即以一定累积量（误差）实时间间隔（zui弊端理时间）为报警条件 ，瞬时量误差连续累积并以通讯方法传至上位机 ，其累积量在单位时间内越大 ，则报警时限越短 ，反之 ，报警时限越长。同时 ，瞬时量偏差过大时直接报警。这样既不误报也不漏报。另外 ，接纳语音广播系统 ，自动直接报出报警工具并提示原因和处理步伐。既缩短了报警确认及处理时间 ，也不需要操作人员盯着画面 ，减轻了其疲劳水平。
（2）解决了料批控制难题
古板模拟集中控制系统要实现变料料批控制 ，上位机与调理器之间为模拟量设定 ，硬件结构庞大。我们接纳在上位机预设定变料值后 ，以现场通讯方法改变调理器设定值 ，按料头料尾对齐的原则自动发送 ，变料时间短 ，zui长时仅90秒（仅由混淆料皮带机速度及料仓间距决定） ，调理器不超调 ，减少了因变料波动带来的恶性变料及生产不稳问题。在缓料�；币膊恍栌氲缙�。
（3）3377体育AI-808真正实现手、自动无扰动快速切换
古板手、自动无扰动快速切换是指切换瞬间手﹑自动瞬时输出值相等。而在配料自动调理中 ，手、自动无扰动快速切换要求的是切换前后控制量或被控量平均值相等 ，这就必须先盘算切换前控制量或被控量平均值 ，然后再切换 ，才华抵达对工艺的影响zui小 ，真正实现手、自动无扰动切换。显然 ，古板意义上的瞬时量手、自动无扰动快速切换不适用于此。因此 ，我们利用现场通讯在手动向自动切换时 ，先在上位机跟踪盘算出其时每分钟被控量平均值；将此值作为自动初始时的给定值；在自动向手动切换时 ，先在上位机跟踪盘算出其时每分钟控制量平均值 ，将此值作为手动初始时的控制值。再将它们设定到人工智能调理器上 ，zui后进行平均值的手、自动无扰动快速切换。实现了一次转换乐成 ，解决了以往手﹑自动切换时 ，须进行多次修改控制量或设定值 ，仍很难抵达切换要求值 ，造成生产波动及延长抵达稳准时间的问题。
2.3.4 自动修正各秤校零、校秤后对应调理器的原设定值
凭据校零、校秤前后零点变革量及度变革 ，自动盘算出与原设定值对应的新设定值 ，确保新设定值与原设定值实物量相等 ，制止了因校零、校秤带来的附加误差 ，坚持了生产的连续性。而一般配料系统无此功效。
2.3.5 实现了超差、换仓、断、变、缓料自动纪录及准时间盘问 ，解决了配料工序实时监管工艺纪律的难题。
当爆发以上报警时 ，显示器自转动出具有报警工具、报警原因、处理要领、值班人等内容的对话框 ，值班人逐项进行确认。明确了责任 ，强化了操作人员的自律意识 ，为正确剖析波动原因打下了基础 ，有利于工艺技术水平稳定提高。
2.3.6 历史趋势图纵坐标分两个比例段 ，确保了巨细流量在同一画面均清晰区分瞬时量变革趋势。
2.3.7 在上位机显示器集中检察、修改各秤参数 ，校秤便当。
2.3.8 料仓料位虚拟指示初始料量减下料量为剩余量 ，无须料位计也可较准确指示料位。
2.3.9 以数据打包方法*远传配料信息 ，并可异土地问 ，实现了配料信息共享 ，提高了工艺治理水平。
2.3.10 配比设置灵活多样。既可按工艺配料盘算公式 ，输入有关成份及总量后 ，自动盘算设定量 ，也可手工盘算后逐个输入设定值；既可在上位机上按料批控制要求统一预设定 ，也可在各基本调理器上划分设定。
2.3.11 单机历史统计数据存放在其相应�？橹� ，节省上位机时间及内存 ，系统扩充余地增大。
2.3.12 计量单位可在t/h及kg/m之间点击交换 ，便当现场验证。
2.3.13 显示画面设有资助菜单, 便当操作及维修人员学习掌握。
3、效果 经两年来的运行实践标明 ，系统事情稳定可靠 ，减轻了操作及维修人员的劳动强度。由于自动检测调理 ，大大减少了人工跑盘称料 ，可以腾出更多的时间巡检 ，实时发明处理隐患 ，进而减少了突发性事故及其处理事情量。同时 ，报警准确实时 ，也减少了滋扰和处理故障的事情量。特别是变料及手、自动转换一次到位 ，既增强了控制实时性 ，提高了控制度 ，又减轻了重复称料的劳动强度。人机界面直观 ，功效操作简单 ，还设有资助菜单 ，便当易学。监控程序人机对话能力强 ，便当工艺治理 ，提高了操作人员的责任心 ，减少了异常波动 ，增进了生产指标的提升。
该系统实现了在圆盘给料方法下 ，控制稳定性连续可调及每分钟累积量控制度为±1.5%。满足了变、缓料 ，手、自动切换 ，校秤前后平稳过渡及配料信息准确实时远传的工艺要求。应用程序功效集测、控、管于一体 ，抵达了性能投资比高的目标。
4、保存的问题及革新步伐 4.1通信速度慢。进一步完善下位机功效 ，使上位机所取数据尽可能在下位机已统计好并存放在存储单位。同时 ，接纳数据压缩技术 ，减少数据传输量经缩短通信时间。另外 ，提高通信波特率。
4.2 给料设备下料不均匀。进一步改给料方法 ，将圆盘给料全部改为宽皮带拖料。
4.3 实物校验困难。在皮带机落料点处增设移动料斗秤 ，随时实物校秤。
4.4 仪控与电控疏散。将仪控与电控结合 ，接纳AI-301M型开关量输入/输出�？� ，实现系统全自动及配料信息入生产治理信息网。
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