專利名稱:燒結廠按化學成分配料自動控制系統的制作方法
技術領域:
本發明涉及燒結自動配料系統,特別是一種燒結廠按化學成分配料自動控制系統。
背景技術:
隨著鋼鐵工業的發展,高爐對入爐燒結礦的品質要求愈來愈高。在相關的國家標準中,對燒結礦的技術指標(化學成分、物理性能、冶金性能)提出了嚴格的要求。比如,燒結礦一級品率化學成分的技術指標為TFe≥54,FeO<10,堿度(R=CaO/SiO2)≥1.6,S<0.04。各燒結廠都按上述標準提出了本廠燒結礦合格品率、一級品率的管理標準。在燒結廠的工藝流程中,配料生產環節對燒結礦化學成分、物理性能的影響最大。在燒結生產中,混合料總量是根據煉鐵生產所需的燒結礦量確定的,一旦總量確定后,要求配料系統按一定的配比進行配料,再進入混合系統進行混合造球,之后混合料進入混合料槽,經圓輥給料機給到燒結機上進行燒結生產。目前,國內燒結原料鐵品位低、品種繁多、成分波動大、各種原料成分特性比較復雜,給配料生產控制帶來很大困難。配料混合系統工藝流程中有若干個配料礦槽(不同的燒結廠根據原料的品種礦槽數可能有所增減),下部有同樣多套給料稱量設備,構成同樣多套給料控制系統。每個料種要求按一定的配比進行配料,每種物料的配比按原料的化學成分,經模型計算,自動設定各料種控制系統的設定值。目前還沒有成熟的燒結廠按化學成分配料自動控制系統。
發明內容
本發明的目的是提供一種燒結廠按化學成分配料自動控制系統。提出的控制模型是根據原料的化學成分,通過專門的模型自動計算出參與配料的各種原料的配比,自動設定和修正各料種控制系統的設定值。系統的數據庫不斷跟蹤原料中心計算機傳來的原料化學成分的數據,一旦發生變化,及時對設定值進行修正。
本發明的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,包括基礎自動化級L1和過程自動化級L2構成二級控制系統網絡,數據網絡通訊,參數的采集和處理裝置,其特征在于在基礎自動化級L1中配置有配比設定程序及及控制計算模型所組成, 所述的基礎自動化級L1采用標準雙環以太網結構,由標準雙環以太網,分別與此標準雙環以太網相聯接的人機接口/編程器、PC服務器、PLC的中央處理器,與此PC服務器相聯接的工程師工作站、人機接口,與此PLC的中央處理器相聯接的遠程輸入-輸出站所組成,采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,系統總體結構上以EIC一體化設計、PLC為控制核心,設有相互關聯的數據采集、過程控制、參數指示、越限報警、畫面顯示、存儲、打印生產報表各環節,采集和處理的參數通過網絡進行數據通訊,并與工業監視系統、其它網絡主機連接,網絡通訊采用SERVER/CLIENT結構,SERVER數據庫備份,系統設有工程師站,支持專家系統及軟件開發平臺, 所述的控制計算模型包括干配比計算模型、干配比的合理性檢查模型、混合料濕配比計算模型、混合料濕配比計算模型。
所述的操作系統平臺軟件基于WINDOWS2003 SERVER及WINDOWS XP,并配有相關應用開發軟件,L2級配置上采用PC SERVER,SERVER/CLIENT結構,數據庫熱備份方式,L1級配置上采用全PLC控制系統方案,以主機站與遠程擴展控制站結合的形式進行配置, 由人機接口對全廠生產系統的控制設備及工藝流程進行集中控制、操作和監視。
所述的控制系統硬件選用西門子公司的SIEMENS S7-400、羅克韋爾公司ROCKWELL CONTROLLOGIX或、施耐德公司的QUANTUM控制系統系列PLC產品及相適應的監控軟件,通訊網絡采用總線冗余的方式,以保證系統的安全性、可靠性。
所述的配比設定程序由混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑、燃料配比設定程序,混勻礦配料系統由六個并列的混勻礦配料控制子系統組成,返礦、熔劑、燃料配料系統各由二個并列的配料控制子系統組成。
所述的混勻礦配比設定程序包括下述步驟 1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和全部六個混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節, 2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節, 3)1#、2#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的WC環節, 4)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定分別輸入到相應的設定值切換環節, 5)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節, 6)六個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機,各臺圓盤給料機的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節, 7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
所述的混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑或燃料配比設定程序。包括下述步驟 1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和兩個返礦、熔劑或燃料配料控制子系統的總量/運行倉數環節, 2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到9#配料控制子系統的設定值切換環節, 3)8#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的料倉環節, 4)9#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定輸入到設定值切換環節, 5)9#配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節, 6)兩個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機,各臺圓盤給料機的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節, 7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
所述的干配比計算模型為 為了根據混合料的化學成分對原料進行配比計算,首先要建立一個配比計算的數學模型,根據大多數燒結廠的情況,一般燒結礦的原料中都包括以下幾種混勻礦鐵料、生石灰、熔劑、燃料、冷返礦,這些原料在混合后所要求的參數指標包括混合料的堿度R、混合料的氧化鎂MgO含量以及全鐵TFe含量,因此根據以上混合料中所含的化學成分建立數學模型,其中冷返礦不是新原料,因此不參與配比計算,返礦下料量應根據返礦平衡進行設定, 假設混合料料中各原料的干配比為 混勻礦鐵料、生石灰和熔劑的干配比為m, 燃料的干配比為c 冷返礦的干配比為r, 各原料的燒損為LOSS, 1)混合料干配比計算 首先應計算出混合料中各原料所占總料量的干配比,根據混合料各參數平衡公式得出以下方程, 根據堿度平衡得到如下方程 根據鐵平衡得到如下方程
根據MgO平衡得到如下方程
又因為混合料的干配比之和應為100%,即 其中Ig殘存為
所述的干配比的合理性檢查模型為 a)燃料干配比與冷返礦干配比之和應小于100%,即方程如下 b)燃料干配比應小于k(k為常數),即方程如下 所述的混合料濕配比計算模型為 根據計算得出的干配比,計算出混合料中各原料所占總料量的濕配比, 假設混合料料中各原料的干配比為 混合料中各原料的含水率為hi, 混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑濕配比為hmi, 燃料濕配比為hci, 冷返礦濕配比為rmi, 則混合料中各原料的濕配比分別為 a)混勻礦即鐵料、生石灰和熔劑的濕配比為 b)燃料的濕配比為
所述的自動配料的實現方法為 首先計算出各料種總的下料量,為了說明方便,假設混合料料中各原料的下料總量設定值為 混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑總下料量設定值為Wmi; 燃料總下料量設定值為Wci,; 冷返礦總下料量設定值為Wri; 根據混合料槽料位控制計算得出的總料量為WTS; 1)混勻礦(鐵料)和熔劑下料總量設定值計算Wmi Wmi=WTS×hmi 2)燃料下料總量設定值計算Wci Wci=WTS×hci 3)冷返礦下料總量設定值計算Wri Wri=WTS×hri。
由于考慮了原料化學成分的變化及按料種進行系統調節,改變了目前大多數燒結廠實行由人工在操作站設定配料量的操作方式,從而大大提高了配料的精度,保證了燒結礦成分的品質。
控制層完成數據采集和過程控制等工作,監控管理層完成人機界面、協調控制等工作。
構成一個功能分擔合理、層次清晰,集生產管理、過程控制為一體,安全、高效、開放的自動化控制系統。
圖1為配料混合系統工藝流程圖。
圖2為本發明的網絡結構示意圖。
圖3為本發明的混勻礦配比設定框圖。
圖4為本發明的返礦、熔劑或燃料配比設定框圖。
具體實施例方式 下面結合
本實用新型的具體實施方式
。
如圖1、2所示,本發明的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,包括基礎自動化級L1和過程自動化級L2構成二級控制系統網絡,數據網絡通訊,參數的采集和處理裝置,其特征在于在基礎自動化級L1中配置有配比設定程序及及控制計算模型所組成, 如圖2所示,所述的基礎自動化級L1采用標準雙環以太網結構,由標準雙環以太網16、17,分別與此標準雙環以太網16、17相聯接的人機接口/編程器13、PC服務器14、PLC的中央處理器18,與此PC服務器14相聯接的工程師工作站11、人機接口12,與此PLC的中央處理器18相聯接的遠程輸入-輸出站19所組成,采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,系統總體結構上以EIC一體化設計、PLC為控制核心,設有相互關聯的數據采集、過程控制、參數指示、越限報警、畫面顯示、存儲、打印生產報表各環節,采集和處理的參數通過網絡進行數據通訊,并與工業監視系統、其它網絡主機連接,網絡通訊采用SERVER/CLIENT結構,SERVER數據庫備份,系統設有工程師站11,支持專家系統及軟件開發平臺, 所述的控制計算模型包括干配比計算模型、干配比的合理性檢查模型、混合料濕配比計算模型、混合料濕配比計算模型。
所述的操作系統平臺軟件基于WINDOWS2003 SERVER及WINDOWS XP,并配有相關應用開發軟件,L2級配置上采用PC SERVER,SERVER/CLIENT結構,數據庫熱備份方式,L1級配置上采用全PLC控制系統方案,以主機站與遠程擴展控制站結合的形式進行配置, 由人機接口12對全廠生產系統的控制設備及工藝流程進行集中控制、操作和監視。
所述的控制系統硬件選用西門子公司的SIEMENS S7-400、羅克韋爾公司ROCKWELL CONTROLLOGIX或、施耐德公司的QUANTUM控制系統系列PLC產品及相適應的監控軟件,通訊網絡采用總線冗余的方式,以保證系統的安全性、可靠性。
如圖1所示,所述的配比設定程序由混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑、燃料配比設定程序,混勻礦配料系統由六個并列的混勻礦配料控制子系統1組成,返礦3、熔劑4、燃料5配料系統各由二個并列的配料控制子系統組成。圖中的標號6為一次混料機,7為二次混料機,8為混合料倉,10為燒結機。
如圖3所示,所述的混勻礦配比設定程序包括下述步驟 1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和全部六個混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節, 2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節, 3)1#、2#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的WC環節, 4)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定分別輸入到相應的設定值切換環節, 5)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節, 6)六個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機9,各臺圓盤給料機9的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節, 7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
如圖4所示,所述的混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑或燃料配比設定程序,包括下述步驟 1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和兩個返礦、熔劑或燃料配料控制子系統的總量/運行倉數環節, 2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到9#配料控制子系統的設定值切換環節, 3)8#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的料倉環節, 4)9#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定輸入到設定值切換環節, 5)9#配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節, 6)兩個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機,各臺圓盤給料機的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節, 7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
所述的干配比計算模型為 為了根據混合料的化學成分對原料進行配比計算,首先要建立一個配比計算的數學模型,根據大多數燒結廠的情況,一般燒結礦的原料中都包括以下幾種混勻礦鐵料、生石灰、熔劑、燃料、冷返礦,這些原料在混合后所要求的參數指標包括混合料的堿度R、混合料的氧化鎂MgO含量以及全鐵TFe含量,因此根據以上混合料中所含的化學成分建立數學模型,其中冷返礦不是新原料,因此不參與配比計算,返礦下料量應根據返礦平衡進行設定, 假設混合料料中各原料的干配比為 混勻礦鐵料、生石灰和熔劑的干配比為m, 燃料的干配比為c 冷返礦的干配比為r, 各原料的燒損為LOSS, 1)混合料干配比計算 首先應計算出混合料中各原料所占總料量的干配比,根據混合料各參數平衡公式得出以下方程, 根據堿度平衡得到如下方程 根據鐵平衡得到如下方程
根據MgO平衡得到如下方程
又因為混合料的干配比之和應為100%,即 其中Ig殘存為
。
所述的干配比的合理性檢查模型為 c)燃料干配比與冷返礦干配比之和應小于100%,即方程如下 d)燃料干配比應小于k(k為常數),即方程如下 所述的混合料濕配比計算模型為 根據計算得出的干配比,計算出混合料中各原料所占總料量的濕配比, 假設混合料料中各原料的干配比為 混合料中各原料的含水率為hi, 混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑濕配比為hmi, 燃料濕配比為hci, 冷返礦濕配比為rmi, 則混合料中各原料的濕配比分別為 d)混勻礦即鐵料、生石灰和熔劑的濕配比為 e)燃料的濕配比為
所述的自動配料的實現方法為 首先計算出各料種總的下料量,為了說明方便,假設混合料料中各原料的下料總量設定值為 混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑總下料量設定值為Wmi; 燃料總下料量設定值為Wci,; 冷返礦總下料量設定值為Wri; 根據混合料槽料位控制計算得出的總料量為WTS; 4)混勻礦(鐵料)和熔劑下料總量設定值計算Wmi Wmi=WTS×hmi 5)燃料下料總量設定值計算Wci Wci=WTS×hci 6)冷返礦下料總量設定值計算Wri Wri=WTS×hri。
由于考慮了原料化學成分的變化及按料種進行系統調節,改變了目前大多數燒結廠實行由人工在操作站設定配料量的操作方式,從而大大提高了配料的精度,保證了燒結礦成分的品質。
控制層完成數據采集和過程控制等工作,監控管理層完成人機界面、協調控制等工作。
構成一個功能分擔合理、層次清晰,集生產管理、過程控制為一體,安全、高效、開放的自動化控制系統。
權利要求
1、一種燒結廠按化學成分配料自動控制系統,包括基礎自動化級L1和過程自動化級L2構成二級控制系統網絡,數據網絡通訊,參數的采集和處理裝置,其特征在于在基礎自動化級L1中配置有配比設定程序及及控制計算模型所組成,
所述的基礎自動化級L1采用標準雙環以太網結構,由標準雙環以太網,分別與此標準雙環以太網相聯接的人機接口/編程器、PC服務器、PLC的中央處理器,與此PC服務器相聯接的工程師工作站、人機接口,與此PLC的中央處理器相聯接的遠程輸入-輸出站所組成,采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,系統總體結構上以EIC一體化設計、PLC為控制核心,設有相互關聯的數據采集、過程控制、參數指示、越限報警、畫面顯示、存儲、打印生產報表各環節,采集和處理的參數通過網絡進行數據通訊,并與工業監視系統、其它網絡主機連接,網絡通訊采用SERVER/CLIENT結構,SERVER數據庫備份,系統設有工程師站,支持專家系統及軟件開發平臺,
所述的控制計算模型包括干配比計算模型、干配比的合理性檢查模型、混合料濕配比計算模型、混合料濕配比計算模型;
所述的操作系統平臺軟件基于WINDOWS2003SERVER及WINDOWS XP,并配有相關應用開發軟件,L2級配置上采用PC SERVER,SERVER/CLIENT結構,數據庫熱備份方式,L1級配置上采用全PLC控制系統方案,以主機站與遠程擴展控制站結合的形式進行配置。
2、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的控制系統硬件選用西門子公司的SIEMENS S7-400、羅克韋爾公司ROCKWELL CONTROLLOGIX或施耐德公司的QUANTUM控制系統系列PLC產品及相適應的監控軟件,通訊網絡采用總線冗余的方式,以保證系統的安全性、可靠性。
3、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的配比設定程序由混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑、燃料配比設定程序,混勻礦配料系統由六個并列的混勻礦配料控制子系統組成,返礦、熔劑、燃料配料系統各由二個并列的配料控制子系統組成。
4、根據權利要求3所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的混勻礦配比設定程序包括下述步驟
1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和全部六個混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節,
2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節,
3)1#、2#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的WC環節,
4)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定分別輸入到相應的設定值切換環節,
5)3#、4#、5#、6#混勻礦配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節,
6)六個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機,各臺圓盤給料機的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節,
7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
5、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的混勻礦配比設定程序和返礦、熔劑或燃料配比設定程序。包括下述步驟
1)將混勻礦配料總量分別送入控制模型和兩個返礦、熔劑或燃料配料控制子系統的總量/運行倉數環節,
2)控制模型的輸出作為調整倉設定輸入到9#配料控制子系統的設定值切換環節,
3)8#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定直接輸入到相應的料倉環節,
4)9#配料控制子系統的總量/運行倉數環節的輸出作為非調整倉設定輸入到設定值切換環節,
5)9#配料控制子系統的設定值切換環節的輸出輸入到相應的料倉WC環節,
6)兩個料倉環節的輸出量送至相應的各臺圓盤給料機,各臺圓盤給料機的給料經配料秤稱量后由膠帶機運送至總料倉并對膠帶機的瞬時料量跟蹤延時,配料秤的稱量信號反饋到相應的各個料倉環節,
7)總料倉的輸出信號反饋到控制模型。
6、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的干配比計算模型為
為了根據混合料的化學成分對原料進行配比計算,首先要建立一個配比計算的數學模型,根據大多數燒結廠的情況,一般燒結礦的原料中都包括以下幾種混勻礦鐵料、生石灰、熔劑、燃料、冷返礦,這些原料在混合后所要求的參數指標包括混合料的堿度R、混合料的氧化鎂MgO含量以及全鐵TFe含量,因此根據以上混合料中所含的化學成分建立數學模型,其中冷返礦不是新原料,因此不參與配比計算,返礦下料量應根據返礦平衡進行設定,
假設混合料料中各原料的干配比為
混勻礦鐵料、生石灰和熔劑的干配比為m,
燃料的干配比為c
冷返礦的干配比為r,
各原料的燒損為LOSS,
1)混合料干配比計算
首先應計算出混合料中各原料所占總料量的干配比,根據混合料各參數平衡公式得出以下方程,
根據堿度平衡得到如下方程
根據鐵平衡得到如下方程
根據MgO平衡得到如下方程
又因為混合料的干配比之和應為100%,即
其中Ig殘存為
7、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的干配比的合理性檢查模型為
a)燃料干配比與冷返礦干配比之和應小于100%,即方程如下
b)燃料干配比應小于k(k為常數),即方程如下
8、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的混合料濕配比計算模型為
根據計算得出的干配比,計算出混合料中各原料所占總料量的濕配比,
假設混合料料中各原料的干配比為
混合料中各原料的含水率為hi,
混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑濕配比為hmi,
燃料濕配比為hci,
冷返礦濕配比為rmi,
則混合料中各原料的濕配比分別為
a)混勻礦即鐵料、生石灰和熔劑的濕配比為
b)燃料的濕配比為
c)hr冷返礦的濕配比為
9、根據權利要求1所述的燒結廠按化學成分配料自動控制系統,其特征在于所述的自動配料的實現方法為
首先計算出各料種總的下料量,為了說明方便,假設混合料料中各原料的下料總量設定值為
混勻礦(鐵料)、生石灰和熔劑總下料量設定值為Wmi;
燃料總下料量設定值為Wci,;
冷返礦總下料量設定值為Wri;
根據混合料槽料位控制計算得出的總料量為WTS;
1)混勻礦(鐵料)和熔劑下料總量設定值計算Wmi
Wmi=WTS×hmi
2)燃料下料總量設定值計算Wci
Wci=WTS×hci
3)冷返礦下料總量設定值計算Wri
Wri=WTS×hri。
全文摘要
本發明涉及燒結自動配料系統,特別是一種燒結廠按化學成分配料自動控制系統,包括基礎自動化級L1和過程自動化級L2構成二級控制系統網絡,數據網絡通訊,參數的采集和處理裝置,配比設定程序及其控制計算模型組成,自動化級由標準雙環以太網,人機接口/編程器、PC服務器、PLC的中央處理器,工程師工作站、遠程輸入-輸出站組成,控制計算模型包括干配比計算模型、干配比的合理性檢查模型、混合料濕配比計算模型、混合料濕配比計算模型。通過專門的模型自動計算出參與配料的各種原料的配比,自動設定和修正各料種控制系統的設定值。系統的數據庫不斷跟蹤原料中心計算機傳來的原料化學成分的數據,一旦發生變化,及時對設定值進行修正。
文檔編號G05D11/00GK101349912SQ20081001310
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者林世昌, 陳泉海, 劉海明, 巍 張, 品 高 申請人:中冶北方工程技術有限公司