關(guān)于PLC實現(xiàn)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(xiàn)代高爐生產(chǎn)中重要的操作技術(shù)之一，根據(jù)現(xiàn)代化高爐生產(chǎn)的要求，高爐布料自動控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)設備連鎖控制、溜槽旋轉(zhuǎn)類型控制、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(huán)布料時如何通過自修正程序?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)合理布料的研究與應用。
關(guān)鍵詞：料流閥 多環(huán)布料 自修正
1 概述
目前，世界上大型高爐多采用無料鐘爐頂，布料方式采用多環(huán)布料，通過溜槽調(diào)整爐料在爐喉的分布，達到煤氣流分布合理，穩(wěn)定爐況，提高煤氣利用率，進而實現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)順行。
實現(xiàn)合理的布料控制主要是對爐頂三個角度的穩(wěn)定控制，布料溜槽傾動角α、布料溜槽旋轉(zhuǎn)角β、料流閥開度γ，其中α、β可通過編碼器檢測、PLC程序及變頻器控制實現(xiàn)角度的精確定位，因此，通過料流閥開度γ控制的布料圈數(shù)便成為了制約整個布料系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)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(diào)節(jié)閥的打開和定位是由液壓驅(qū)動的。通過電磁閥控制液壓缸，料流調(diào)節(jié)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(guān)用來檢測料流調(diào)節(jié)閥的打開和關(guān)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(jù)爐頂料單和槽下傳送來的布料代號給出料流調(diào)節(jié)閥的`設定開度，控制料流調(diào)節(jié)閥打開到設定開度開始布料，當接受到料罐清空信號，料流調(diào)節(jié)閥首先完全打開才能關(guān)閉。清空信號由γ射線檢測和PLC的定時器共同完成;手動模式下，操作員直接通過監(jiān)控畫面按鈕操作料流調(diào)節(jié)閥的打開，同樣在關(guān)閉料流閥之前應將其完全打開;手動定位模式下，操作員首先將所需開度設定在監(jiān)控畫面的角度手動設定對話框中，然后點擊監(jiān)控畫面中的手動設定按鈕，則料流閥便會執(zhí)行該設定角度，同樣在關(guān)閉料流閥之前應將其完全打開。
料流調(diào)節(jié)閥的位置檢測由一個內(nèi)置在液壓缸中的線性位置變送器來實現(xiàn)，輸出4~20mA信號對應液壓缸行程。為了使料流閥的定位精度達到±1mm的要求，在程序中對料流閥的開關(guān)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，特別是在大型無料鐘爐頂高爐，主要的布料方式是多環(huán)布料。它實現(xiàn)了等面積布料，對穩(wěn)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(chǎn)量，有利于高爐順行，降低燃料消耗。但是由于高爐布料的原料配比、質(zhì)量、粒度變化頻繁，難以保證布料圈數(shù)穩(wěn)定[1]。
設定料批重為W噸，要求布料溜槽旋轉(zhuǎn)N 圈后爐內(nèi)礦石正好布料完成，爐內(nèi)料線斷面上沿高爐直徑方向設定多個環(huán)位。布料操作時，根據(jù)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(huán)位布料。每個環(huán)位布滿要求的圈數(shù)后，自動轉(zhuǎn)到另一個環(huán)位上，直到N圈全部布完為止。為實現(xiàn)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(zhuǎn)N圈后，料頭、料尾相接，因此實現(xiàn)自動控制料流調(diào)節(jié)閥的開度是實現(xiàn)多環(huán)布料的關(guān)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(huán)布料圈數(shù)準確的重要前提。因此，在全自動布料時，根據(jù)料種、料重及前次布料的相關(guān)因素，合理地修正料流閥開度的設定值是非常必要的。
通過高爐開爐布料測試以及正常生產(chǎn)時得出的大量數(shù)據(jù)，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為修正系數(shù)。
當本次布料圈數(shù)大于理想圈數(shù)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(shù)小于理想圈數(shù)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在高爐設計完成后基本固定，如何得出k值則為本公式關(guān)鍵。
當高爐實際稱量值W在理論允許最大稱量值Wf范圍內(nèi)時，k值計算如下：
k=k0+(C-C0)/α
其中k為本次布料自修正系數(shù)，
k0為上次布料自修正系數(shù)，
C為上次布料實際圈數(shù)，
C0為布料理想圈數(shù)(一般是10)，
α為布料料單中選定的傾動角度數(shù)量(一般是5)。
通過PLC編程實現(xiàn)以上自修正程序功能計算，在布料控制畫面中將k值及γ目標值做成可人為修改，并增加自修正程序屏蔽按鈕，可根據(jù)爐況隨時轉(zhuǎn)到人為干預，避免出現(xiàn)較大修正誤差。
根據(jù)高爐開爐布料測試數(shù)據(jù)(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序需分開運算。
表1 高爐布料測試記錄
4 結(jié)語
高爐料流閥自修正程序投入使用后，能夠基本滿足
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