CN102059071A - 一种用于烧结生产的自动配料控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烧结生产的自动配料控制系统，其包括多个配料料仓、配料总皮带、分别设置在所述多个配料料仓中的多个称重式料位计、与所述多个配料料仓对应设置的多个称重皮带、设置在所述称重皮带上的压力传感器、多个配料圆盘、多个电机、多个变频器，其特征在于，在多个混匀矿配料料仓中最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置闭环PID反馈控制，发生在其它混匀矿配料料仓处的配料流量偏差在所述最后一个混匀矿配料料仓处的闭环PID反馈控制得到补偿，其中在每个灰尘配料料仓、每个冷返矿配料料仓、每个生石灰配料料仓和每个焦粉配料料仓设置闭环PID反馈控制。

Description

一种用于烧结生产的自动配料控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于钢铁冶金中的粉矿处理系统，特别涉及一种用于烧结生产的自动配料控制系统。

背景技术

一般来说钢铁工业中的粉矿处理系统是首先将各种粉状含铁原料配入适量的燃料和熔剂，然后分批次加入适量的水并经混合和造球，最后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将粉矿颗粒黏结成块的过程。

目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程主要包括烧结原料的配比配料，即将适量的燃料和熔剂配入粉状含铁原料并且使烧结原料的配料成分均匀；其次还包括加入合适的水量，从而易于造球以获得粒度组成良好的烧结混合料，即分批次加入适量的水并经混合和造球；最后是烧结作业，这是烧结生产的中心环节，它主要包括布料、点火、烧结等主要工序，即在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块。

在传统的烧结原料的配料生产线上，烧结原料的配料总量是根据炼铁生产所需的烧结矿量确定的，一旦总量确定之后，混匀矿、燃料和熔剂是分别按照相等数量依靠生产工人的工作经验投放到多个相应的配料料仓中并且仍旧是依靠生产工人的工作经验和抽样检查烧结原料的配比，再进行手动控制，这样不仅速度慢、调节不及时，而且准确性差。另外，在传统的烧结配料生产线上没有针对配料中的水分的检测，这就无法为下一生产流程中的加水混合成球工艺提供水分控制的参照基础，无法实现第一次混水的反馈控制。最后，对最终烧结矿成分的化学分析也是通过人工进行分析，根据化学分析的结果技术人员依靠经验再对烧结原料的配比进行调节，因化学分析所需时间长，因此这种人工调节也是不及时的并且人为因素造成烧结原料配比的准确性和稳定性差。

通过上述生产工艺流程本领域技术人员可以看到烧结生产中的烧结原料的配料系统是整个烧结生产的源头，烧结矿成分稳定在炼铁工艺中起着非常重要的作用，其配比的准确性直接关系到烧结矿的质量和炼铁的产量。配料系统担负着向所有烧结机供应烧结混合料的任务，如果配料系统遇到问题，那么整个烧结生产都要被迫停止，而且配料系统的计算也要准确无误，因为烧结原料的种类多，配料成分随供货渠道的变化而变化，各单配料的配合比例也会根据生产的要求随时变化，而且在生产过程中，物料的黏度、比重、粒度及环境的温度、湿度的变化，也会严重影响下料的精度，因此，配料系统对于提高烧结矿的质量至关重要。

随着钢铁企业生产规模的不断发展壮大，对作为生产烧结矿核心部分的配料系统的精度可靠性的要求越来越高，传统的手工操作已经远远不能获得稳定的控制品质。因此，本领域非常需要一种自动配料系统，该系统能够自动地实现配料总重量的稳定并且同时保证各种配料成份比例的稳定。

发明内容

根据本发明的自动配料控制系统解决了现有技术中的上述缺陷，即根据本发明的自动配料控制系统依据基本配料决策模型和动态配料模型计算并控制烧结所用的各种烧结原料的配比，依据预期的烧结矿质量，燃料的化学成分，台时产量和各种参数的限定值，在线计算混合料配比。利用本系统可以帮助操作人员快速计算出适宜的原料配比，减少操作的盲目性。当生产的烧结矿出现碱度波动，可通过动态配料快速计算出熔剂料的调整量。

本发明提供一种用于烧结生产的自动配料控制系统，其包括多个配料料仓、配料总皮带、分别设置在所述多个配料料仓中的多个称重式料位计、与所述多个配料料仓对应设置的多个称重皮带、设置在所述称重皮带上的称重压力传感器、多个配料圆盘、多个电机、多个变频器，所述多个配料料仓包括多个混匀矿配料料仓、多个灰尘配料料仓、多个冷返矿配料料仓、多个生石灰配料料仓和多个焦粉配料料仓，所述多个配料料仓中分别填装有相应的烧结原料，所述称重皮带上的压力传感器测量每个配料料仓的实际配料流量，根据炼铁生产所需的烧结矿量、混匀矿的化学成分、灰尘、冷返矿、生石灰、焦粉等参与配料的烧结原料、目标烧结矿成分、目标产品参数、过程参数限定条件以及燃料水分等因素，计算得出烧结原料的总料量、各种参与配料的理论烧结原料的配比并且计算得出理论烧结矿成分。

通过将所述称重皮带上的压力传感器测量到的配料料仓的实际配料流量与根据理论烧结原料的配比得出的配料料仓的理论配料流量进行比较得出配料流量偏差。

基于配料流量偏差通过PLC的PID控制器运算后，由PLC输出信号给所述变频器，该变频器通过改变频率和电压控制电机转速并进而控制配料圆盘的转速，从而形成基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制。

为了降低控制系统的成本和复杂程度以及取得更好的效果，本发明在多个混匀矿配料料仓中最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置所述基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制，发生在其它混匀矿配料料仓处的配料流量偏差在所述最后一个混匀矿配料料仓处的闭环PID反馈控制得到补偿。

在每个灰尘配料料仓、每个冷返矿配料料仓、每个生石灰配料料仓和每个焦粉配料料仓设置所述基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制。

所述称重式料位计不断地监测配料料仓中的烧结原料的体积和重量，在配料料仓中的烧结原料过多可能会选出配料料仓时，所述称重式料位计发出减少或停止向配料料仓供应烧结原料的信号，并且在配料料仓中的烧结原料过少可能造成无料可下时，所述称重式料位计发出增加向配料料仓供应烧结原料的信号。

本发明的自动配料系统还包括根据实际烧结矿化学成分与理论烧结矿化学成分进行比较以控制配料比例的基于化学成分偏差的反馈控制系统。在本发明中，在烧结机的最终烧结矿出料口具有红外测量仪，该红外测量仪根据烧结矿断面上的温度分布实时获得烧结矿的化学成分，然后将这一实际烧结矿成分与基于基本配料决策模型所获得的理论烧结矿成分进行对比，如果两者之间存在误差，则将这种误差通过PLC的PID控制器运算后，通过PLC输出信号给变频器控制电机转速并进而控制相应的配料圆盘的转速，从而形成基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制。可以在多个灰尘配料料仓、多个冷返矿配料料仓、多个生石灰配料料仓和多个焦粉配料料仓的至少其中之一处设置所述基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制。与上述情况类似，也可以在配料生产线上的其中一个混匀矿配料料仓处，特别是最后一个混匀矿配料料仓处设置这种基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制，这样成本会有显著的下降并且不会对配料成分的稳定造成任何不利的影响。

本发明在至少一个混匀矿配料料仓处设置红外水分检测装置，该红外水分检测装置能够针对配料中的水分进行检测，为下一生产流程中的加水混合成球工艺提供水分控制的参照基础。

附图说明

将参照附图详细描述本发明。应当理解，附图仅仅是为了示例性的目的，而并不意在限定本发明，本发明的范围应当参照所附权利要求。

应当进一步理解，附图并不一定是按比例绘制的，除非另有说明，它们仅仅是为了示意性地示出在此描述的结构和方法。

图1示出根据本发明的其中一个混匀矿配料料仓的下料系统的示意图；

图2示出根据本发明的烧结控制系统中的烧结原料的配料料仓简图；

图3示出应用于其中一个混匀矿配料料仓的下料系统的动态配料模型的闭环PID反馈控制原理；

图4示出本发明的控制系统的时域动态性能指标的原理图，该图是根据系统在单位阶跃函数作用下的时间响应-单位阶跃响应确定的。

具体实施方式

以下将结合附图对根据本发明的优选实施例进行详细说明。通过附图以及相应的文字说明，本领域技术人员将会理解本发明的特点和优势。

图1示出根据本发明的其中一个混匀矿配料料仓6的下料系统的示意图，其它配料料仓的下料系统也可以有相同或类似的构成。在附图1中示出配料总皮带1a的一部分，称重皮带2a，称重压力传感器3a，烧结原料4a，下料仓门5a，其中一个用于混匀矿的配料料仓6，称重式料位计(未示出)，配料圆盘7a，电机8a以及变频器9a。

在本发明中的烧结配料生产线上，变频器9a通过改变频率和电压控制电机8a的转速，电机的转速通过本领域公知的诸如齿轮机构的传送机构被传送到配料圆盘7a，从而使得配料圆盘7a的旋转速度受到控制，烧结原料经过配料料仓的下料仓门5a落到称重皮带2a上，再落到配料总皮带1a上，各个配料料仓中的烧结原料按比例在配料总皮带1a上层叠混合后，送入加水混料系统。

所述称重式料位计设置在每一个配料料仓中，在附图1中是设置在配料料仓6中，当烧结原料不断落入配料料仓时，所述称重式料位计不断地监测配料料仓中的烧结原料的体积和重量，从而在配料料仓中的烧结原料过多可能会逸出配料料仓时，所述称重式料位计发出减少或停止向配料料仓供应烧结原料的信号，并且在配料料仓中的烧结原料过少可能造成无料可下时，所述称重式料位计发出增加向配料料仓供应烧结原料的信号，所述称重式料位计保障了各配料料仓中保持适当的配料。

图2示出根据本发明的烧结控制系统中的烧结原料的自动配料系统的简图。图2中主要包括配料料仓1-12、配料料仓13A、13B以及配料总皮带，其中混匀矿配料料仓1-6中装载混匀矿，灰尘配料料仓7装载灰尘，冷返矿配料料仓8-9装载冷返矿，生石灰配料料仓10-11装载生石灰，焦粉配料料仓12、13A和13B装载焦粉。尽管图2中仅示出了装载特定烧结原料的特定数量的配料料仓，但是根据不同的生产要求以及烧结原料的品质，装载不同烧结原料的配料料仓的数量可以适当变化，例如可以适当增加或减少装载混匀矿、灰尘、冷返矿、生石灰和焦粉的配料料仓的数量，也可以增加其它类型的烧结原料并相应地增加装载所述其它类型的烧结原料的配料料仓。图2中的配料总皮带(未示出)从配料料仓1朝向配料料仓13B的方向行进，这样从各个配料料仓落下的配料成分会依次层叠混合。

根据本发明的自动配料控制系统包括基本配料决策模型和动态配料模型。

在本发明的自动配料系统的基本配料决策模型中，根据炼铁生产所需的烧结矿量、混匀矿的化学成分、诸如灰尘、冷返矿、生石灰、焦粉等其它参与配料的物料成分、目标烧结矿成分、目标产品参数、过程参数限定条件以及燃料水分等因素，通过计算机中存储的专家系统数据库计算得出烧结原料的总料量；各种参与配料的理论烧结原料的配比，例如混匀矿、灰尘、冷返矿、生石灰和焦份的比例并且模拟出理论烧结矿成分。

根据基本配料决策模型计算获得的理论烧结原料的配比，生产工人设定每一个配料料仓的理论配料流量，根据配料料仓的理论配料流量设置所述变频器9a控制电机8a的转速，所述电机的转速通过传送机构被传送到配料圆盘7a，从而使得配料圆盘的旋转速度受到控制以进行调节下料速度，烧结原料经过配料料仓的下料仓门5a落到称重皮带2a上，称重皮带上的称重压力传感器3a测量配料圆盘的下料量并发出信号，该信号经过流量信号转换运算得到实际配料流量和累计下料量，因为机械系统的制造误差和机构的运行误差，例如电机转速和配料圆盘转速的误差，实际配料流量与理论配料流量会存在配料流量误差，这时再将实际配料流量与理论配料流量进行比较并且通过PLC的PID控制器运算后，通过PLC输出信号给所述变频器9，该变频器9a通过改变频率和电压控制电机8a转速并进而控制配料圆盘7a的转速以进行调节下料速度，从而形成烧结原料配比的基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制。

应用于其中一个混匀矿配料料仓6的下料系统的动态配料模型的反馈控制原理如图3所示。针对其它配料料仓的反馈控制原理与此类似或相同。

通过上述闭环反馈控制，任何一个配料料仓的出料量出现误差从而导致总料量中的成分发生波动时，动态配料模型所应用的闭环PID反馈控制的调整操作实时进行，从而最终减少每一个配料料仓的实际配料流量与理论配料流量之间的差异。

图4示出本发明的控制系统的时域动态性能指标的原理图，该图是根据系统在单位阶跃函数作用下的时间响应-单位阶跃响应确定的，通常以h(t)表示。在图4中，上升时间以tr表示，即响应曲线从零首次上升到稳态值h(∞)所需的时间；峰值时间以tp代表，即响应曲线超过稳态值h(∞)达到第一个峰值所需的时间；超调量以σ％表示，即响应曲线超出稳态值的最大偏差与稳态值之比。即超调量表示系统响应过冲的程度，超调量大，不仅使系统中的各个元件处于恶劣的工作条件下，而且使调节时间加长；调节时间以ts表示，即在稳态值h(∞)上下取一误差带，通常取响应曲线开始进入并保持在误差带内所需的最小时间，称为调节时间。调节时间ts越小，说明系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态所需的时间越短。上升时间tr、峰值时间tp用来评价系统的响应速度；σ％反映系统动态过程的平稳性，即系统的阻尼程度；调节时间ts是同时反映系统响应速度和阻尼程度的综合指标，其中ts和σ％是最重要的两个动态性能的指标。根据这一动态性能指标的原理图，在本发明中，每个配料料仓的实际配料流量进入并保持在理论配料流量的误差带内所需的最小时间越短越好，也就是调节时间ts越短越好。此外，每个配料料仓的实际配料流量与理论配料流量的最大偏差越小越好，也就超调量σ％越小越好。

在图2所示的实施例中，可以在6个混匀矿配料料仓都设置有上述的反馈控制系统。在6个混匀矿配料料仓都设置有反馈控制系统的情况下，设置用于混匀矿的反馈控制的复杂程度和成本会有极大的提高。

在6个混匀矿配料料仓都设置有上述的反馈控制系统的情况下，也就是在图2所示的实施例中，每个混匀矿配料料仓都有各自相应的调节时间ts和超调量σ％，因为每个混匀矿配料料仓的机械系统的制造误差和机构的运行误差，例如电机转速和配料圆盘转速的误差，它们的调节时间ts和超调量σ％是彼此不同的，也就是说不是所有的混匀矿配料料仓可以在同一时间达到动态过程的平稳性并且不是所有的混匀矿配料料仓的响应速度是相同的。在这种情况下，整个系统的超调量有可能会因叠加而变大并且整个系统的响应速度会因各个混匀矿配料料仓的不同响应速度而变慢。

在本发明的另一个优选实施例中，可以在配料生产线上的其中若干个混匀矿配料料仓处设置有反馈控制，这样成本会有显著的下降并且不会对配料成分的稳定造成任何不利的影响。

在对若干混匀矿配料料仓进行反馈控制的情况下，没有反馈控制的其它混匀矿配料料仓的实际配料流量与理论配料流量之间误差的叠加会在具有反馈控制的所述若干混匀矿配料料仓上得到补偿，也就是说针对所述若干混匀矿配料料仓的反馈控制可以消除在所有混匀矿配料料仓处产生的配料流量误差，另外该具有反馈控制的所述若干混匀矿配料料仓中的称重式料位计保证了料仓中具有充足的混匀矿以补偿所有混匀矿配料料仓的配料误差。

由于减少了用于混匀矿配料料仓的反馈控制的数量，所以减少了整个系统的超调量会因叠加而变大的可能性并且减少了整个系统的响应速度会因各个混匀矿配料料仓的不同响应速度而变慢的可能性。

在本发明的又一个优选实施例中，在配料生产线上的最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置有基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制，这样成本会有更显著的下降并且不会对配料成分的稳定造成任何不利的影响。

在对所述最后一个混匀矿配料料仓进行反馈控制的情况下，没有反馈控制的其它混匀矿配料料仓的实际配料流量与理论配料流量之间误差会在具有反馈控制的所述最后一个混匀矿配料料仓上得到补偿，也就是说针对所述最后一个混匀矿配料料仓的反馈控制可以消除在所有混匀矿配料料仓处产生的配料流量误差，另外该具有反馈控制的所述最后一个混匀矿配料料仓中的称重式料位计保证了最后一个混匀矿料仓中具有充足的混匀矿以补偿所有混匀矿配料料仓的配料流量误差。

首先，因为在配料生产线上的最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置有反馈控制，所以整个混匀矿配料料仓的响应速度、整个混匀矿配料料仓的动态过程的平稳性只取决于配料生产线上的最后一个混匀矿配料料仓的反馈控制的动态性能。从而更进一步地显著减少了整个系统的超调量会因叠加而变大的可能性并且减少了整个系统的响应速度会因各个混匀矿配料料仓的不同响应速度而变慢的可能性。

另外，因为最后一个混匀矿配料料仓的出料最靠近最终的烧结总配料的出口，因此对该最后一个混匀矿配料料仓的反馈控制可以比其它靠前的混匀矿配料料仓在时间上更快的实现混匀矿的配比稳定。

本发明的自动配料系统还包括根据实际烧结矿化学成分与理论烧结矿化学成分进行比较以控制配料比例的反馈控制系统。在本发明中，在烧结机的最终烧结矿出料口具有红外测量仪，该红外测量仪根据烧结矿断面上的温度分布实时获得烧结矿的化学成分，然后将这一实际烧结矿成分与基于基本配料决策模型所获得的理论烧结矿成分进行对比，如果两者之间存在误差，则将这种误差通过PLC的PID控制器运算后，通过PLC输出信号给变频器控制电机转速并进而控制相应的配料圆盘的转速，从而形成闭环反馈控制。可以为每一个配料料仓设置这种化学成分反馈控制系统。与上述情况类似，也可以在配料生产线上的其中一个混匀矿配料料仓处，特别是最后一个混匀矿配料料仓处设置这种化学成分反馈控制，这样成本会有显著的下降并且不会对配料成分的稳定造成任何不利的影响。

另外，在本发明的烧结原料配比生产线上可以在至少一个混匀矿配料料仓处设置红外水分检测装置，该红外水分检测装置能够针对配料中的水分进行检测，这就可以为下一生产流程中的加水混合成球工艺提供水分控制的参照基础，从而可以实现针对第一次混水的反馈控制。

本发明的各种优选实施例采用了数据网络通讯、参数采集处理装置、烧结原料的基本配料决策模型和动态配料模型、双环以太网、人机接口/编程器、PC服务器、PLC的中央处理器，各种远程输入/输出工作站等计算机软件/硬件系统以及工业自动控制装置。

通过采用烧结原料配比PID反馈控制和化学成分PID反馈控制，本发明提供了一种自动配料系统，该系统自动地实现配料总重量的稳定并且同时保证各种配料成份比例的稳定。

Claims (6)

1.一种用于烧结生产的自动配料控制系统，其包括多个配料料仓、配料总皮带、分别设置在所述多个配料料仓中的多个称重式料位计、与所述多个配料料仓对应设置的多个称重皮带、设置在所述称重皮带上的压力传感器、多个配料圆盘、多个电机、多个变频器，所述多个配料料仓包括多个混匀矿配料料仓、多个灰尘配料料仓、多个冷返矿配料料仓、多个生石灰配料料仓和多个焦粉配料料仓，所述多个配料料仓中分别填装有相应的烧结原料，所述称重皮带上的压力传感器测量每个配料料仓的实际配料流量，根据炼铁生产所需的烧结矿量、混匀矿的化学成分、灰尘、冷返矿、生石灰、焦粉等参与配料的烧结原料、目标烧结矿成分、目标产品参数、过程参数限定条件以及燃料水分等因素，计算得出烧结原料的总料量、各种参与配料的理论烧结原料的配比并且计算得出理论烧结矿成分，

其特征在于，

通过将所述称重皮带上的压力传感器测量到的配料料仓的实际配料流量与根据理论烧结原料的配比得出的配料料仓的理论配料流量进行比较得出配料流量偏差，

基于配料流量偏差通过PLC的PID控制器运算后，由PLC输出信号给所述变频器，该变频器通过改变频率和电压控制电机转速并进而控制配料圆盘的转速，从而形成基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制，

其中在多个混匀矿配料料仓中最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置所述基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制，发生在其它混匀矿配料料仓处的配料流量偏差在所述最后一个混匀矿配料料仓处的所述基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制得到补偿，

其中在每个灰尘配料料仓、每个冷返矿配料料仓、每个生石灰配料料仓和每个焦粉配料料仓处设置所述基于配料流量偏差的闭环PID反馈控制。

2.根据权利要求1所述的自动配料控制系统，其特征在于，所述称重式料位计不断地监测配料料仓中的烧结原料的体积和重量，在配料料仓中的烧结原料过多可能会逸出配料料仓时，所述称重式料位计发出减少或停止向配料料仓供应烧结原料的信号，并且在配料料仓中的烧结原料过少可能造成无料可下时，所述称重式料位计发出增加向配料料仓供应烧结原料的信号。

3.根据权利要求1所述的自动配料控制系统，其特征在于，在至少一个混匀矿配料料仓处设置红外水分检测装置，该红外水分检测装置能够针对配料中的水分进行检测，为下一生产流程中的加水混合成球工艺提供水分控制的参照基础。

4.根据权利要求1所述的自动配料控制系统，其特征在于，所述系统采用了数据网络通讯、参数采集处理装置、烧结原料的基本配料决策模型和动态配料模型、双环以太网、人机接口/编程器、PC服务器、PLC的中央处理器，各种远程输入/输出工作站等计算机软件/硬件系统以及工业自动控制装置。

5.根据权利要求1所述的自动配料控制系统，其特征在于，所述自动配料控制系统还包括设置在最终烧结矿出料口的红外测量仪，所述红外测量仪根据烧结矿断面上的温度分布实时获得实际烧结矿的化学成分，通过将所述红外测量仪获得的实际烧结矿的化学成分与理论烧结矿成分进行比较得出化学成分偏差，基于化学成分偏差通过PLC的PID控制器运算后，由PLC输出信号给所述变频器，该变频器通过改变频率和电压控制电机转速并进而控制配料圆盘的转速，从而形成基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制。

6.根据权利要求5所述的自动配料控制系统，其特征在于，在多个混匀矿配料料仓中最靠近最终烧结总配料的出口的最后一个混匀矿配料料仓处设置所述基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制，

其中分别在多个灰尘配料料仓、多个冷返矿配料料仓、多个生石灰配料料仓和多个焦粉配料料仓的至少其中之一处设置所述基于化学成分偏差的闭环PID反馈控制。

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