CN101349912A

CN101349912A - 烧结厂按化学成分配料自动控制系统

Info

Publication number: CN101349912A
Application number: CNA2008100131021A
Authority: CN
Inventors: 林世昌; 陈泉海; 刘海明; 张巍; 高品
Original assignee: Northern Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: China Metallurgical Group Corp; Northern Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: CN101349912B

Abstract

本发明涉及烧结自动配料系统，特别是一种烧结厂按化学成分配料自动控制系统，包括基础自动化级L1和过程自动化级L2构成二级控制系统网络，数据网络通讯，参数的采集和处理装置，配比设定程序及其控制计算模型组成，自动化级由标准双环以太网，人机接口/编程器、PC服务器、PLC的中央处理器，工程师工作站、远程输入－输出站组成，控制计算模型包括干配比计算模型、干配比的合理性检查模型、混合料湿配比计算模型、混合料湿配比计算模型。通过专门的模型自动计算出参与配料的各种原料的配比，自动设定和修正各料种控制系统的设定值。系统的数据库不断跟踪原料中心计算机传来的原料化学成分的数据，一旦发生变化，及时对设定值进行修正。

Description

烧结厂按化学成分配料自动控制系统

技术领域

本发明涉及烧结自动配料系统，特别是一种烧结厂按化学成分配料自动控制系统。

背景技术

随着钢铁工业的发展，高炉对入炉烧结矿的品质要求愈来愈高。在相关的国家标准中，对烧结矿的技术指标(化学成分、物理性能、冶金性能)提出了严格的要求。比如，烧结矿一级品率化学成分的技术指标为：TFe≥54，FeO＜10，碱度(R＝CaO/SiO2)≥1.6，S＜0.04。各烧结厂都按上述标准提出了本厂烧结矿合格品率、一级品率的管理标准。在烧结厂的工艺流程中，配料生产环节对烧结矿化学成分、物理性能的影响最大。在烧结生产中，混合料总量是根据炼铁生产所需的烧结矿量确定的，一旦总量确定后，要求配料系统按一定的配比进行配料，再进入混合系统进行混合造球，之后混合料进入混合料槽，经圆辊给料机给到烧结机上进行烧结生产。目前，国内烧结原料铁品位低、品种繁多、成分波动大、各种原料成分特性比较复杂，给配料生产控制带来很大困难。配料混合系统工艺流程中有若干个配料矿槽(不同的烧结厂根据原料的品种矿槽数可能有所增减)，下部有同样多套给料称量设备，构成同样多套给料控制系统。每个料种要求按一定的配比进行配料，每种物料的配比按原料的化学成分，经模型计算，自动设定各料种控制系统的设定值。目前还没有成熟的烧结厂按化学成分配料自动控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结厂按化学成分配料自动控制系统。提出的控制模型是根据原料的化学成分，通过专门的模型自动计算出参与配料的各种原料的配比，自动设定和修正各料种控制系统的设定值。系统的数据库不断跟踪原料中心计算机传来的原料化学成分的数据，一旦发生变化，及时对设定值进行修正。

本发明的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，包括基础自动化级L1和过程自动化级L2构成二级控制系统网络，数据网络通讯，参数的采集和处理装置，其特征在于在基础自动化级L1中配置有配比设定程序及及控制计算模型所组成，

所述的基础自动化级L1采用标准双环以太网结构，由标准双环以太网，分别与此标准双环以太网相联接的人机接口/编程器、PC服务器、PLC的中央处理器，与此PC服务器相联接的工程师工作站、人机接口，与此PLC的中央处理器相联接的远程输入-输出站所组成，采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，系统总体结构上以EIC一体化设计、PLC为控制核心，设有相互关联的数据采集、过程控制、参数指示、越限报警、画面显示、存储、打印生产报表各环节，采集和处理的参数通过网络进行数据通讯，并与工业监视系统、其它网络主机连接，网络通讯采用SERVER/CLIENT结构，SERVER数据库备份，系统设有工程师站，支持专家系统及软件开发平台，

所述的控制计算模型包括干配比计算模型、干配比的合理性检查模型、混合料湿配比计算模型、混合料湿配比计算模型。

所述的操作系统平台软件基于WINDOWS2003 SERVER及WINDOWS XP，并配有相关应用开发软件，L2级配置上采用PC SERVER，SERVER/CLIENT结构，数据库热备份方式，L1级配置上采用全PLC控制系统方案，以主机站与远程扩展控制站结合的形式进行配置，

由人机接口对全厂生产系统的控制设备及工艺流程进行集中控制、操作和监视。

所述的控制系统硬件选用西门子公司的SIEMENS S7-400、罗克韦尔公司ROCKWELL CONTROLLOGIX或、施耐德公司的QUANTUM控制系统系列PLC产品及相适应的监控软件，通讯网络采用总线冗余的方式，以保证系统的安全性、可靠性。

所述的配比设定程序由混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂、燃料配比设定程序，混匀矿配料系统由六个并列的混匀矿配料控制子系统组成，返矿、熔剂、燃料配料系统各由二个并列的配料控制子系统组成。

所述的混匀矿配比设定程序包括下述步骤：

1)将混匀矿配料总量分别送入控制模型和全部六个混匀矿配料控制子系统的总量/运行仓数环节，

2)控制模型的输出作为调整仓设定输入到3#、4#、5#、6#混匀矿配料控制子系统的设定值切换环节，

3)1#、2#混匀矿配料控制子系统的总量/运行仓数环节的输出作为非调整仓设定直接输入到相应的WC环节，

4)3#、4#、5#、6#混匀矿配料控制子系统的总量/运行仓数环节的输出作为非调整仓设定分别输入到相应的设定值切换环节，

5)3#、4#、5#、6#混匀矿配料控制子系统的设定值切换环节的输出输入到相应的料仓WC环节，

6)六个料仓环节的输出量送至相应的各台圆盘给料机，各台圆盘给料机的给料经配料秤称量后由胶带机运送至总料仓并对胶带机的瞬时料量跟踪延时，配料秤的称量信号反馈到相应的各个料仓环节，

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

所述的混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂或燃料配比设定程序。包括下述步骤：

1)将混匀矿配料总量分别送入控制模型和两个返矿、熔剂或燃料配料控制子系统的总量/运行仓数环节，

2)控制模型的输出作为调整仓设定输入到9#配料控制子系统的设定值切换环节，

3)8#配料控制子系统的总量/运行仓数环节的输出作为非调整仓设定直接输入到相应的料仓环节，

4)9#配料控制子系统的总量/运行仓数环节的输出作为非调整仓设定输入到设定值切换环节，

5)9#配料控制子系统的设定值切换环节的输出输入到相应的料仓WC环节，

6)两个料仓环节的输出量送至相应的各台圆盘给料机，各台圆盘给料机的给料经配料秤称量后由胶带机运送至总料仓并对胶带机的瞬时料量跟踪延时，配料秤的称量信号反馈到相应的各个料仓环节，

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

所述的干配比计算模型为：

为了根据混合料的化学成分对原料进行配比计算，首先要建立一个配比计算的数学模型，根据大多数烧结厂的情况，一般烧结矿的原料中都包括以下几种：混匀矿铁料、生石灰、熔剂、燃料、冷返矿，这些原料在混合后所要求的参数指标包括：混合料的碱度R、混合料的氧化镁MgO含量以及全铁TFe含量，因此根据以上混合料中所含的化学成分建立数学模型，其中冷返矿不是新原料，因此不参与配比计算，返矿下料量应根据返矿平衡进行设定，

假设混合料料中各原料的干配比为：

混匀矿铁料、生石灰和熔剂的干配比为：m，

燃料的干配比为：c

冷返矿的干配比为：r，

各原料的烧损为：LOSS，

1)混合料干配比计算

首先应计算出混合料中各原料所占总料量的干配比，根据混合料各参数平衡公式得出以下方程，

根据碱度平衡得到如下方程：

R = \frac{Σ_{i = 1}^{n} ({Cao}_{i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Cao}_{j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Cao}_{o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}{Σ_{i = 1}^{n} ({Sio}_{2 i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Sio}_{2 j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Sio}_{2 o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}

根据铁平衡得到如下方程：

根据MgO平衡得到如下方程：

又因为混合料的干配比之和应为100％，即：

Σ_{i = 1}^{n} m_{i} + Σ_{j = 1}^{m} c_{j} = 100 %

其中Ig残存为：

所述的干配比的合理性检查模型为：

a)燃料干配比与冷返矿干配比之和应小于100％，即方程如下：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} + Σ_{i = n}^{o} r_{i} < 100 %

b)燃料干配比应小于k(k为常数)，即方程如下：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} \leq k .

所述的混合料湿配比计算模型为：

根据计算得出的干配比，计算出混合料中各原料所占总料量的湿配比，

假设混合料料中各原料的干配比为：

混合料中各原料的含水率为hi，

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂湿配比为：hmi，

燃料湿配比为：hci，

冷返矿湿配比为：rmi，

则混合料中各原料的湿配比分别为：

a)混匀矿即铁料、生石灰和熔剂的湿配比为：

{hm}_{i} = \frac{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})}}{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) Σ_{i = j}^{k} \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})} + Σ_{i = l}^{m} \frac{c_{i}}{1 - h_{i}} + Σ_{i = n}^{o} \frac{r_{i}}{1 - h_{i}}}

b)燃料的湿配比为：

所述的自动配料的实现方法为

首先计算出各料种总的下料量，为了说明方便，假设混合料料中各原料的下料总量设定值为：

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂总下料量设定值为：Wmi；

燃料总下料量设定值为：Wci，；

冷返矿总下料量设定值为：Wri；

根据混合料槽料位控制计算得出的总料量为：W_TS；

1)混匀矿(铁料)和熔剂下料总量设定值计算Wmi：

W_mi＝W_TS×hm_i

2)燃料下料总量设定值计算Wci：

W_ci＝W_TS×hc_i

3)冷返矿下料总量设定值计算Wri：

W_ri＝W_TS×hr_i。

由于考虑了原料化学成分的变化及按料种进行系统调节，改变了目前大多数烧结厂实行由人工在操作站设定配料量的操作方式，从而大大提高了配料的精度，保证了烧结矿成分的品质。

控制层完成数据采集和过程控制等工作，监控管理层完成人机界面、协调控制等工作。

构成一个功能分担合理、层次清晰，集生产管理、过程控制为一体，安全、高效、开放的自动化控制系统。

附图说明

图1为配料混合系统工艺流程图。

图2为本发明的网络结构示意图。

图3为本发明的混匀矿配比设定框图。

图4为本发明的返矿、熔剂或燃料配比设定框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，包括基础自动化级L1和过程自动化级L2构成二级控制系统网络，数据网络通讯，参数的采集和处理装置，其特征在于在基础自动化级L1中配置有配比设定程序及及控制计算模型所组成，

如图2所示，所述的基础自动化级L1采用标准双环以太网结构，由标准双环以太网16、17，分别与此标准双环以太网16、17相联接的人机接口/编程器13、PC服务器14、PLC的中央处理器18，与此PC服务器14相联接的工程师工作站11、人机接口12，与此PLC的中央处理器18相联接的远程输入-输出站19所组成，采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，系统总体结构上以EIC一体化设计、PLC为控制核心，设有相互关联的数据采集、过程控制、参数指示、越限报警、画面显示、存储、打印生产报表各环节，采集和处理的参数通过网络进行数据通讯，并与工业监视系统、其它网络主机连接，网络通讯采用SERVER/CLIENT结构，SERVER数据库备份，系统设有工程师站11，支持专家系统及软件开发平台，

由人机接口12对全厂生产系统的控制设备及工艺流程进行集中控制、操作和监视。

如图1所示，所述的配比设定程序由混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂、燃料配比设定程序，混匀矿配料系统由六个并列的混匀矿配料控制子系统1组成，返矿3、熔剂4、燃料5配料系统各由二个并列的配料控制子系统组成。图中的标号6为一次混料机，7为二次混料机，8为混合料仓，10为烧结机。

如图3所示，所述的混匀矿配比设定程序包括下述步骤：

6)六个料仓环节的输出量送至相应的各台圆盘给料机9，各台圆盘给料机9的给料经配料秤称量后由胶带机运送至总料仓并对胶带机的瞬时料量跟踪延时，配料秤的称量信号反馈到相应的各个料仓环节，

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

如图4所示，所述的混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂或燃料配比设定程序，包括下述步骤：

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

所述的干配比计算模型为：

假设混合料料中各原料的干配比为：

混匀矿铁料、生石灰和熔剂的干配比为：m，

燃料的干配比为：c

冷返矿的干配比为：r，

各原料的烧损为：LOSS，

1)混合料干配比计算

根据碱度平衡得到如下方程：

R = \frac{Σ_{i = 1}^{n} ({Cao}_{i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Cao}_{j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Cao}_{o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}{Σ_{i = 1}^{n} ({Sio}_{2 i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Sio}_{2 j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Sio}_{2 o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}

根据铁平衡得到如下方程：

根据MgO平衡得到如下方程：

又因为混合料的干配比之和应为100％，即：

Σ_{i = 1}^{n} m_{i} + Σ_{j = 1}^{m} c_{j} = 100 %

其中Ig残存为：

。

所述的干配比的合理性检查模型为：

c)燃料干配比与冷返矿干配比之和应小于100％，即方程如下：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} + Σ_{i = n}^{o} r_{i} < 100 %

d)燃料干配比应小于k(k为常数)，即方程如下：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} \leq k .

所述的混合料湿配比计算模型为：

假设混合料料中各原料的干配比为：

混合料中各原料的含水率为hi，

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂湿配比为：hmi，

燃料湿配比为：hci，

冷返矿湿配比为：rmi，

则混合料中各原料的湿配比分别为：

d)混匀矿即铁料、生石灰和熔剂的湿配比为：

{hm}_{i} = \frac{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})}}{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) Σ_{i = j}^{k} \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})} + Σ_{i = l}^{m} \frac{c_{i}}{1 - h_{i}} + Σ_{i = n}^{o} \frac{r_{i}}{1 - h_{i}}}

e)燃料的湿配比为：

所述的自动配料的实现方法为

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂总下料量设定值为：Wmi；

燃料总下料量设定值为：Wci，；

冷返矿总下料量设定值为：Wri；

根据混合料槽料位控制计算得出的总料量为：W_TS；

4)混匀矿(铁料)和熔剂下料总量设定值计算Wmi：

W_mi＝W_TS×hm_i

5)燃料下料总量设定值计算Wci：

W_ci＝W_TS×hc_i

6)冷返矿下料总量设定值计算Wri：

W_ri＝W_TS×hr_i。

Claims

1、一种烧结厂按化学成分配料自动控制系统，包括基础自动化级L1和过程自动化级L2构成二级控制系统网络，数据网络通讯，参数的采集和处理装置，其特征在于在基础自动化级L1中配置有配比设定程序及及控制计算模型所组成，

所述的控制计算模型包括干配比计算模型、干配比的合理性检查模型、混合料湿配比计算模型、混合料湿配比计算模型；

所述的操作系统平台软件基于WINDOWS2003SERVER及WINDOWS XP，并配有相关应用开发软件，L2级配置上采用PC SERVER，SERVER/CLIENT结构，数据库热备份方式，L1级配置上采用全PLC控制系统方案，以主机站与远程扩展控制站结合的形式进行配置。

2、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的控制系统硬件选用西门子公司的SIEMENS S7-400、罗克韦尔公司ROCKWELL CONTROLLOGIX或施耐德公司的QUANTUM控制系统系列PLC产品及相适应的监控软件，通讯网络采用总线冗余的方式，以保证系统的安全性、可靠性。

3、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的配比设定程序由混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂、燃料配比设定程序，混匀矿配料系统由六个并列的混匀矿配料控制子系统组成，返矿、熔剂、燃料配料系统各由二个并列的配料控制子系统组成。

4、根据权利要求3所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的混匀矿配比设定程序包括下述步骤：

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

5、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的混匀矿配比设定程序和返矿、熔剂或燃料配比设定程序。包括下述步骤：

7)总料仓的输出信号反馈到控制模型。

6、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的干配比计算模型为：

假设混合料料中各原料的干配比为：

混匀矿铁料、生石灰和熔剂的干配比为：m，

燃料的干配比为：c

冷返矿的干配比为：r，

各原料的烧损为：LOSS，

1)混合料干配比计算

根据碱度平衡得到如下方程：

R = \frac{Σ_{i = 1}^{n} (Ca o_{i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Cao}_{j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Cao}_{o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}{Σ_{i = 1}^{n} ({Sio}_{2 i} \times m_{i}) + Σ_{j = 1}^{m} ({Sio}_{2 j} \times c_{j}) + Σ_{o = 1}^{o} ({Sio}_{2 o} \times r_{o} \times {LOSS}_{o})}

根据铁平衡得到如下方程：

根据MgO平衡得到如下方程：

又因为混合料的干配比之和应为100％，即：

Σ_{i = 1}^{n} m_{i} + Σ_{j = 1}^{m} c_{j} = 100 %

其中Ig残存为：

7、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的干配比的合理性检查模型为：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} + Σ_{i = n}^{o} r_{i} < 100 %

b)燃料干配比应小于k(k为常数)，即方程如下：

Σ_{i = l}^{m} c_{i} \leq k .

8、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的混合料湿配比计算模型为：

假设混合料料中各原料的干配比为：

混合料中各原料的含水率为hi，

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂湿配比为：hmi，

燃料湿配比为：hci，

冷返矿湿配比为：rmi，

则混合料中各原料的湿配比分别为：

a)混匀矿即铁料、生石灰和熔剂的湿配比为：

{hm}_{i} = \frac{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})}}{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) Σ_{i = j}^{k} \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})} + Σ_{i = 1}^{m} \frac{c_{i}}{1 - h_{i}} + Σ_{i = n}^{o} \frac{r_{i}}{1 + h_{i}}}

b)燃料的湿配比为：

{hc}_{i} = \frac{\frac{c_{i}}{1 - h_{i}}}{(1 - Σ_{i = l}^{m} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) Σ_{i = j}^{k} \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})} + Σ_{i = l}^{m} \frac{c_{i}}{1 - h_{i}} + Σ_{i = n}^{o} \frac{r_{i}}{1 - h_{i}}}

c)hr冷返矿的湿配比为：

\frac{\frac{r_{i}}{Γ - h_{i}}}{(1 - Σ_{i = l}^{i} c_{i} - Σ_{i = n}^{o} r_{i}) Σ_{i = j}^{k} \frac{m_{i}}{(1 - h_{i})} + Σ_{i = l}^{m} \frac{c_{i}}{1 - h_{i}} + Σ_{i = n}^{o} \frac{r_{i}}{1 - h_{i}}} .

9、根据权利要求1所述的烧结厂按化学成分配料自动控制系统，其特征在于所述的自动配料的实现方法为

混匀矿(铁料)、生石灰和熔剂总下料量设定值为：Wmi；

燃料总下料量设定值为：Wci，；

冷返矿总下料量设定值为：Wri；

根据混合料槽料位控制计算得出的总料量为：W_TS；

1)混匀矿(铁料)和熔剂下料总量设定值计算Wmi：

W_mi＝W_TS×hm_i

2)燃料下料总量设定值计算Wci：

W_ci＝W_TS×hc_i

3)冷返矿下料总量设定值计算Wri：

W_ri＝W_TS×hr_i。